關(guān)于瞬態(tài)電子改性PVA 基底薄膜的性能研究

樊苗苗 任向紅 宦 萌 李曉慧 魏 偉

(火箭軍工程大學(xué)，陜西 西安710025)

1 概述

通常用作瞬態(tài)基底的主要是合成高分子材料：聚乙烯醇（PVA）、聚氧化乙烯（PEO）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乳酸（PLA）、聚己內(nèi)酯（PCL）、聚乳酸羥基乙酸（PLGA）、聚碳酸脂（PC）、聚甲醛（POM）等。本文主要研究改性PVA基底薄膜的性能。

2 PVA基底薄膜的改性增塑

2.1 PVA薄膜的改性方法

PVA 根據(jù)其合成的聚合度和醇解度的不同進(jìn)行分類命名，如PVA0588、PVA1788、PVA1799 等，其中編號(hào)的前兩位數(shù)表示聚合度，后兩位數(shù)表示醇解度，PVA1788 即聚合度為1700、醇解度為88%。一般來(lái)講，隨著聚合度和醇解度的增大，PVA水溶液的黏度增大，在水中的溶解性變小，成膜的抗拉強(qiáng)度增大但斷裂伸長(zhǎng)率變小，醇解度為99%時(shí)在冷水中的溶解度較小[1,2]。PVA的改性方法主要有共聚和接枝等化學(xué)改性以及增塑和共混等物理改性[3,4]。PVA的共混改性，主要是使用與PVA 能夠混合相容的天然高分子和合成聚合物等共混制備薄膜，在性能方面相互補(bǔ)充，改善PVA 的親水性、熱熔性、拉伸性能以及成膜的表面粗糙度等。PVA通常與含有環(huán)氧基、氨基、醛基、羧基的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，破壞PVA分子內(nèi)的強(qiáng)氫鍵作用，改進(jìn)復(fù)合材料的性能[5]。PVA 與淀粉、改性纖維素共混，能夠提高成膜的熱穩(wěn)定性和拉伸性能[6]；PVA 與PEO 共混，PEO 的氧原子與PVA 的羥基發(fā)生反應(yīng)，能降低其熔點(diǎn)，提高力學(xué)性能；PVA與明膠、殼聚糖等共混，能改善其成膜的表面粗糙度[7]。

2.2 PVA薄膜的改性設(shè)計(jì)

PVA/Gel 共混改性：使用去離子水分別配制5wt%的PVA 和6%的Gel 溶液，然后按Gel 與PVA的質(zhì)量比1：9、2：8、3：7、4：6 分別進(jìn)行共混，并分成相同的兩組；一組加入占溶劑20wt%的DMSO（DMSO 與溶液中去離子水比例為2：8）增塑，另一組在加入同樣DMSO的同時(shí)，再加入占PVA質(zhì)量的對(duì)二甲氨基苯甲醛，與DMSO組成復(fù)合增塑劑進(jìn)行改性；按照共混、攪拌、脫泡等步驟處理后，按順序編號(hào)備用。PVA/PVP 共混改性：使用去離子水分別配制5wt%的PVA和8wt%的PVP 溶液，然后按PVP 與PVA的質(zhì)量比1：5、2：5、3：5、4：5、5：5 分別進(jìn)行共混，并依次加入占溶劑20wt%的DMSO（DMSO 與溶液中去離子水比例為2：8）增塑，按照共混、攪拌、脫泡等步驟處理后，按順序編號(hào)備用。

3 共混改性PVA基底薄膜的性能研究

3.1 PVA/Gel 復(fù)合薄膜

圖1 所示為不同比例PVA/Gel 復(fù)合膜的激光共聚焦顯微鏡照片：在溶劑中DMSO 占比20%時(shí)，PVA 與Gel 部分相容；當(dāng)Gel 與PVA 的共混比例大于2：8 時(shí)，復(fù)合膜中兩種組分相容性差，在蒸發(fā)溶劑成膜過程中有小顆粒結(jié)晶，薄膜的表面粗糙度明顯變大；當(dāng)Gel 與PVA 的共混比例為2：8 時(shí)，薄膜表面粗糙度最小，僅為0.184μm。使用對(duì)二甲氨基苯甲醛與DMSO復(fù)配增塑時(shí)，能夠增加PVA 與Gel 的相容性，隨Gel 加入比例增大，復(fù)合膜的表面粗糙度先減小后增大，但沒有明顯的變化，均在納米級(jí)，當(dāng)Gel 與PVA 的共混比例為3：7 時(shí)，薄膜的表面粗糙度最小僅為0.175μm。

圖1 PVA/Gel復(fù)合膜的激光共聚焦顯微鏡圖像

圖2 為不同比例PVA/Gel 復(fù)合薄膜的接觸角和表面能圖：復(fù)合薄膜的水接觸角比DMSO 增塑的PVA 薄膜大，說明共混Gel 使薄膜的水溶性變差，耐水性有一定提高；復(fù)合膜的水接觸角隨Gel 的加入比例增大逐漸變大，表面能則基本是變小趨勢(shì)，說明隨共混Gel 比例的增大，薄膜的耐水性提高；復(fù)合薄膜的水接觸角都是小于90°的，說明雖然復(fù)合膜與PVA 薄膜比較的水溶性變差。

圖2 PVA/Gel復(fù)合薄膜的接觸角和表面能圖

圖3 為PVA/Gel 復(fù)合薄膜的拉伸性能曲線圖，由圖中可以看出：當(dāng)Gel 的加入比例小于2：8 時(shí)，復(fù)合薄膜的拉伸性能較DMSO增塑PVA薄膜在拉伸性能方面有一定提高；當(dāng)Gel 與PVA共混比為1：9 時(shí)，復(fù)合薄膜的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別為25.4MPa 和266%，比溶劑占比20%DMSO 增塑的PVA 薄膜提高了13%和25%；隨著Gel 的共混比例增大，薄膜的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率變小，說明共混Gel 增加了PVA薄膜的硬度，隨著Gel 共混比例的增大，薄膜中可能形成連續(xù)相的明膠，整體的拉伸性能下降。復(fù)配增塑的PVA/Gel 復(fù)合膜抗拉強(qiáng)度與同共混比的DMSO 增塑的PVA/Gel 復(fù)合膜相當(dāng)，但斷裂伸長(zhǎng)率有較明顯的降低，其中PG6的斷裂伸長(zhǎng)率僅為143%，比PG2減小了約38%，進(jìn)一步驗(yàn)證復(fù)配增塑劑增加了PVA和Gel 了相容性。

圖3 PVA/Gel復(fù)合薄膜的拉伸性能曲線圖

圖4 為PVA/Gel 復(fù)合膜的TGA 測(cè)試結(jié)果，復(fù)合膜的整體失重情況與占溶劑質(zhì)量比20%DMSO增塑的PVA薄膜相當(dāng)。但通過加熱試驗(yàn)觀察，在200℃持續(xù)加熱，隨Gel 共混比例的增大，薄膜的失重越快。

圖4 PVA/Gel復(fù)合膜的TGA測(cè)試曲線

3.2 PVA/PVP 復(fù)合薄膜

圖5 所示為不同比例PVA/PVP 復(fù)合膜的激光共聚焦顯微鏡照片：PVP 與PVA具有良好相容性，隨PVP 共混比例的增大，薄膜表面的紋路逐漸變淺，表面粗糙度變小。當(dāng)PVP 與PVA的共混比例為5：5 時(shí)，薄膜的表面粗糙度最小，僅為0.191μm。

圖5 PVA/PVP 復(fù)合膜的激光共聚焦顯微鏡照片

圖6 為不同比例PVA/PVP 復(fù)合薄膜的接觸角和表面能圖：隨PVP 的共混比例增大，復(fù)合膜的水接觸角明顯變小，表面能逐漸變大，說明通過加入PVP 共混制膜，薄膜的水溶性得到了明顯改善。

圖7 為PVA/PVP 復(fù)合薄膜的拉伸性能曲線圖：隨著PVP 共混比例的增大，復(fù)合膜的斷裂伸長(zhǎng)率與溶劑占比20%DMSO 增塑的PVA 薄膜相當(dāng)，但抗拉伸強(qiáng)度明顯變??；當(dāng)PVP 與PVA 共混比例為4：6 時(shí)，薄膜的抗拉強(qiáng)度僅為4.26MPa，比質(zhì)量占比20%DMSO增塑的PVA薄膜降低了81%。

圖6 PVA/PVP 復(fù)合薄膜的接觸角和表面能圖

圖7 PVA/PVP 復(fù)合薄膜的拉伸性能曲線圖

4 結(jié)論

本文主要研究了PVA薄膜的性能改進(jìn)優(yōu)化，采用溶液澆鑄法制備薄膜，分析了DMSO與明膠和聚乙烯吡咯烷酮共混，薄膜在表面粗糙度、親水性、拉伸和熱降解等方面的性能變化。明膠與PVA共混，為部分相容體系，增強(qiáng)了薄膜的拉伸、耐水和熱降解性能；使用DMSO和對(duì)二甲胺基苯甲醛對(duì)PVA/Gel 進(jìn)行復(fù)配增塑，能夠增強(qiáng)明膠和PVA 的相容性，改善薄膜的表面粗糙度，提高抗拉伸強(qiáng)度；聚乙烯吡咯烷酮與PVA 共混，能夠改善薄膜的表面粗糙度、水溶和熱降解性能，隨共混比例的增大，薄膜的表面粗糙度和水接觸角明顯減小，抗拉強(qiáng)度有一定的降低；當(dāng)共混比例為4：5 時(shí)，薄膜的熱降解性能最好，在200℃時(shí)，熱失重率約為70%。