一种高机械强度的聚乙烯醇（PVA）基可降解复合材料的制备方法

一种高机械强度的聚乙烯醇(pva)基可降解复合材料的制备方法
技术领域
1.本发明属于功能材料技术领域，具体提供一种的高机械强度的pva基可降解复合材料的制备方法。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.当前，复合材料在生活生产中的需求日益增加，形式各样的复合材料被制备成各种制品，其生产的速度逐年增长。传统的复合材料，如聚乙烯(pe)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)，惰性极强，需要数百年才能在自然环境中完全降解。虽然pe和pet复合材料可以通过催化热解降解，但需从自然环境中分离出高活性的微生物或需高昂的合成酶，且降解一般需要苛刻和严格的条件。即便如此，能够通过这种方法完全有效降解的复合材料依旧非常少。目前，全球每年有超过1亿吨的塑料垃圾被丢弃到环境中，这导致了严重的环境污染问题。此外，由于环境中塑料垃圾的积累，越来越多的陆生和海洋动物受到伤害，对地球的生态平衡以及人类的食物来源都有一定的影响。为了有效缓解塑料垃圾积累造成的严重问题，大量的学者将研究集中在降解材料的开发与制备上。
4.解决塑料等复合材料堆积问题最有效的途径是探寻新型复合材料替代传统复合材料，且这种新型的复合材料需要在自然环境中完全降解为对环境友好的物质。聚乙烯醇(pva)作为一种新型的可降解材料，具有一定的机械强度、良好的生物兼容性以及无毒的特点。在自然环境中，pva通过氧化pva的羟基生成二酮，继而水解碳-碳二酮键，可被微生物完全降解为co2和h2o。然而，pva基聚合物材料内部缺乏动态可逆的及高密度的强作用力，使pva基材料的力学性能受限，阻碍了pva基复合材料的应用。因此，制备具有可降解的高机械强度的pva复合材料对拓展其应用具有重要的实际意义。


技术实现要素：

5.针对现有技术中pva复合材料力学性能不足的现状，本发明提出采用3,4-二羟基苯甲醛接枝pva(简称g-pva)，同时在g-pva中引入单宁酸(ta)和fe
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，通过高密度可逆的氢键和fe
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组成强的分子作用力，进一步提高pva复合材料的力学性能。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.本发明的第一个方面，提供了一种高机械强度的聚乙烯醇基可降解复合材料的制备方法，包括：
8.将pva溶解于溶液中，加热搅拌，得到pva溶液；
9.将3，4-二羟基苯甲醛溶解在所述pva溶液中，然后，加入ta溶液，在加热搅拌下进行超声处理，再加入对甲基苯磺酰胺，进行反应，得到反应溶液；
10.将三氯化铁溶液加入到所述反应溶液中，进行反应，得到g-pva-fe-ta络合物溶液；
11.将所述g-pva-fe-ta络合物溶液浇筑到模具中，涂布均匀、固化，剥离，得到g-pva-fe-ta复合材料；
12.将所述g-pva-fe-ta复合材料在在甘油/水中浸泡，即得；
13.基于上述原料，本发明还针对各组分的组成和用量进行了探究。经验证，所述pva与3，4-二羟基苯甲醛的质量比为8～10：3～4；所述pva、ta、三氯化铁的质量比为8～10：0.02～0.05：0.06～0.12；所述pva、ptsa的质量比为8～10：0.8～1时，本发明制备的可降解g-pva-fe-ta复合材料具有较强的力学性能。
14.本发明的第二个方面，提供了上述的方法制备的高机械强度的聚乙烯醇基可降解复合材料。
15.本发明的第三个方面，提供了上述的高机械强度的聚乙烯醇基可降解复合材料在食品、包装、医药、建筑、机械领域中的应用。
16.本发明的有益效果
17.(1)本发明得到的可降解g-pva-fe-ta复合材料具有较强的力学性能，最优的条件下，应变可达800％，应力高达18mpa，很好的解决了现有聚乙烯醇基材料力学性能差的问题。本发明制备具有可降解的高机械强度的pva复合材料对拓展其应用具有重要的实际意义。
18.(2)本发明制备方法简单、实用性强，易于推广。
附图说明
19.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示例性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
20.图1是聚乙烯醇(pva)基可降解复合材料的制备流程图。
21.图2是本发明实施例1中g-pva-fe-ta复合材料的扫描电镜(sem)图。
22.图3是本发明实施例1中g-pva-fe-ta复合材料降解过程中的扫描电镜(sem)图。
23.图4是本发明实施例1制备的g-pva-fe-ta复合材料的机械性能测试：(a)人工操作下，g-pva-fe-ta复合材料能够被拧转、弯曲和拉升；(b)四种复合材料的力学性能对比；(c)g-pva-fe-ta复合材料提高压反应釜的实景图；(d)对比不同组分复合材料所能承受的最大应力。(e)g-pva-fe-ta复合材料的拉伸循环性能测试。其中，g-pva意为未添加fecl3和单宁酸的复合材料，其他处理过程同实施例1，g-pva-ta是未添加的fecl3的复合材料，其他处理过程同实施例1，二者作为对比样。
24.图5采用质构仪对复合材料的拉力进行测试。由下至上曲线分别对应实施例1(甘油：水＝1：0)，实施例2(甘油：水＝4：1)，实施例3(甘油：水＝1：1)，实施例4(甘油：水＝1：4)，实施例4(甘油：水＝0：1)的g-pva-fe-ta复合材料的力学性能测试。
25.图6是本发明实施例1中g-pva-fe-ta复合材料在不同温度及贮存时间的力学性能测试图。
fe-ta复合材料在甘油/水中浸泡36小时，甘油和水的体积比为1：0。
46.实施例2
47.一种高机械强度的pva基可降解复合材料的制备方法，包括如下步骤：
48.首先，将9.50g pva溶解于158ml的dmso，在90℃下搅拌5h；然后在80℃搅拌下，将3.29g 3，4-二羟基苯甲醛溶解在pva溶液中。随后，将0.025g ta溶解到加到19ml dmso溶液中并滴加到上述溶液中，在80℃下强烈搅拌，超声10min。后添加0.81g ptsa到溶液中，在80℃下反应6h。将三氯化铁的dmso溶液(1.90ml,50.0mg/ml)滴加到反应溶液中，在80℃搅拌30分钟后，将g-pva-fe-ta络合物溶液慢慢地倒在聚四氟乙烯模具中，涂布均匀。50℃烘干后36小时后，将完整的g-pva-fe-ta复合材料从玻璃板上手动剥离。最后将g-pva-fe-ta复合材料在甘油/水中浸泡36小时，甘油和水的体积比为4：1。
49.实施例3
50.一种高机械强度的pva基可降解复合材料的制备方法，包括如下步骤：
51.首先，将9.50g pva溶解于158ml的dmso，在90℃下搅拌5h；然后在80℃搅拌下，将3.29g 3，4-二羟基苯甲醛溶解在pva溶液中。随后，将0.025g ta溶解到加到19ml dmso溶液中并滴加到上述溶液中，在80℃下强烈搅拌，超声10min。后添加0.81g ptsa到溶液中，在80℃下反应6h。将三氯化铁的dmso溶液(1.90ml,50.0mg/ml)滴加到反应溶液中，在80℃搅拌30分钟后，将g-pva-fe-ta络合物溶液慢慢地倒在聚四氟乙烯模具中，涂布均匀。50℃烘干后36小时后，将完整的g-pva-fe-ta复合材料从聚四氟乙烯模具上手动剥离。最后将g-pva-fe-ta复合材料在甘油/水中浸泡36小时，甘油和水的体积比为1：1。
52.实施例4
53.一种高机械强度的pva基可降解复合材料的制备方法，包括如下步骤：
54.首先，将9.50g pva溶解于158ml的dmso，在90℃下搅拌5h；然后在80℃搅拌下，将3.29g 3，4-二羟基苯甲醛溶解在pva溶液中。随后，将0.025g ta溶解到加到19ml dmso溶液中并滴加到上述溶液中，在80℃下强烈搅拌，超声10min。后添加0.81g ptsa到溶液中，在80℃下反应6h。将三氯化铁的dmso溶液(1.90ml,50.0mg/ml)滴加到反应溶液中，在80℃搅拌30分钟后，将g-pva-fe-ta络合物溶液慢慢地倒在聚四氟乙烯模具中，涂布均匀。50℃烘干后36小时后，将完整的g-pva-fe-ta复合材料从聚四氟乙烯模具上手动剥离。最后将g-pva-fe-ta复合材料在甘油/水中浸泡36小时，甘油和水的体积比为1：4。
55.实施例5
56.一种高机械强度的pva基可降解复合材料的制备方法，包括如下步骤：
57.首先，将9.50g pva溶解于158ml的dmso，在90℃下搅拌5h；然后在80℃搅拌下，将3.29g 3，4-二羟基苯甲醛溶解在pva溶液中。随后，将0.025g ta溶解到加到19ml dmso溶液中并滴加到上述溶液中，在80℃下强烈搅拌，超声10min。后添加0.81g ptsa到溶液中，在80℃下反应6h。将三氯化铁的dmso溶液(1.90ml,50.0mg/ml)滴加到反应溶液中，在80℃搅拌30分钟后，将g-pva-fe-ta络合物溶液慢慢地倒在聚四氟乙烯模具中，涂布均匀。50℃烘干后36小时后，将完整的g-pva-fe-ta复合材料从聚四氟乙烯模具上手动剥离。最后将g-pva-fe-ta复合材料在甘油/水中浸泡36小时，甘油和水的体积比为0：1。
58.对上述的高机械强度的pva基可降解复合材料进行表征和性能测试，结果如图1至图6所示，由此可知，本发明制备的pva基可降解复合材料在最优的条件下，应变可达800％，
应力高达18mpa，很好的解决了现有聚乙烯醇基材料力学性能差的问题。
59.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。