PVAL_肉桂醛_山梨酸钾复合薄膜的制备及性能_李凤红.pdf

第 51 卷，第 6 期2023 年 6 月工程塑料应用Vol.51，No.6Jun.2023ENGINEERING PLASTICS APPLICATIONPVAL/肉桂醛/山梨酸钾复合薄膜的制备及性能李凤红，吕维思，李鹏珍，王哲，郭柯赟，笪伟(沈阳工业大学石油化工学院，辽宁辽阳 111003)摘要：选取聚乙烯醇(PVAL)为成膜基材，添加不同配比的肉桂醛(CIN)和山梨酸钾(KS)，采用流延法制备一种PVAL/CIN/KS复合薄膜，通过改变CIN的添加量来改善薄膜的热性能、力学性能、阻隔性能和耐水性能等。采用傅里叶变换红外光谱仪、差示扫描量热仪、万能力学试验机、紫外-可见分光光度计等对复合薄膜的性能及结构进行一系列的表征和分析。结果表明，随着CIN含量增加，复合薄膜的熔点有所下降，在CIN质量分数(PVAL质量的百分数)为40%时，熔点达到最小值为154.22。拉伸强度随CIN含量增加呈现出先增大后降低的趋势，断裂伸长率则逐渐提升，当CIN质量分数为20%时拉伸强度达到最大值，为12.84 MPa，相比于未添加CIN/KS复合物的薄膜而言，提高了79.08%，当CIN质量分数增加至30%时，薄膜的拉伸强度变为11.53 MPa，断裂伸长率从554.19%提升至596.48%。当CIN质量分数为30%时，薄膜表现出最佳的气体阻隔性，水蒸气透过系数达到最低，为1.04 g mm/(m2 h kPa)，吸水率趋于饱和状态，为78.71%，综合性能最佳。关键词：复合薄膜；肉桂醛；山梨酸钾；聚乙烯醇；拉伸强度；气体阻隔；吸水率中图分类号：TQ325.9 文献标识码：A 文章编号：1001-3539（2023）06-0022-05Preparation and Properties of PVAL/Cinnamaldehyde/Potassium Sorbate Composite FilmsLi Fenghong，L Weisi，Li Pengzhen，Wang Zhe，Guo Keyun，Da Wei (School of Petrochemical Engineering，Shenyang University of Technology，Liaoyang 111003，China)Abstract：Selecting polyvinyl alcohol(PVAL)as the film-forming substrate，adding different ratios of cinnamaldehyde(CIN)and potassium sorbate(KS)，a PVAL/CIN/KS composite film was prepared by tape casting method.The CIN addition was changed for improving the thermal properties，mechanical properties，barrier properties，and water resistance of the film.The properties and structures of the composite films were characterized and analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy，differential scanning calorimetry，universal mechanical testing machine，and ultraviolet visible spectrophotometer.The results show that with the increase of CIN content，the melting temperature of the composite film decreases.When the CIN content was 40 wt%(percentage of PVAL mass)，the melting temperature reaches its minimum value of 154.22.The tensile strength shows a trend of first increasing and then decreasing with the increase of CIN content，while the elongation at break gradually increases.When the CIN content is 20 wt%，the maximum tensile strength reaches 12.84 MPa，which is 79.08%higher than the film without the addition of CIN/KS.When the CIN content increases to 30 wt%，the tensile strength of the film becomes 11.53 MPa，and the elongation at break increases from 554.19%to 596.48%.When the CIN content is 30 wt%，the film exhibits the best gas barrier performance，with the lowest water vapor permeability of 1.04 g mm/(m2 h kPa)and the water absorption tending to saturation of 78.71%，indicating the best overall performances.Keywords：composite film；cinnamaldehyde；potassium sorbate；polyvinyl alcohol；tensile strength；gas barrier performance；water absorption聚乙烯醇(PVAL)是一种在强碱条件下由聚乙酸乙烯酯(PVAc)醇解制备而成的多羟基水溶性天然可生物降解高分子材料1-3。PVAL无毒无味、无刺激、无腐蚀，其分子链内含有大量亲水性羟基基doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2023.06.004通信作者：李凤红，博士，教授，从事可降解功能高分子复合材料的制备及应用研究工作收稿日期：2023-03-15引用格式：李凤红，吕维思，李鹏珍，等.PVAL/肉桂醛/山梨酸钾复合薄膜的制备及性能J.工程塑料应用，2023，51(6)：2226，61.Li Fenghong，L Weisi，Li Pengzhen，et al.Preparation and properties of PVAL/cinnamaldehyde/potassium sorbate composite filmsJ.Engineering Plastics Application，2023，51(6)：2226，61 .22网络首发时间：2023-06-21 17:23:47网络首发地址：https:/ 实验部分1.1主要原材料PVAL：聚合度1 788，中国石化上海石油化工股份有限公司；CIN：分析纯，湖北省康纯香料有限公司；KS：分析纯，南通奥凯生物技术开发有限公司；聚己内酯基复合增塑剂(GCL)：自制16。1.2主要仪器及设备电子分析天平：JA3003N型，上海佑科仪器仪表有限公司；真空干燥箱：DZF-6050型，上海精宏实验设备有限公司；傅里叶变换红外光谱(FTIR)仪：TENSOR型，德国布鲁克公司；差示扫描量热(DSC)分析仪：DSC822e型，瑞士梅特勒-托利多仪器公司；微机控制电子万能试验机：CMT-6104型，深圳市新三思材料检验有限公司；紫外-可见分光光度计：Lambda 25型，美国PE公司。1.3试样制备取一定量的PVAL溶于一定量的蒸馏水中，在90 的恒温油浴锅中恒速搅拌2 h，待完全溶解后，向上述溶液中加入一定量先前制备好的复合增塑剂 GCL，恒温搅拌一段时间使其混合均匀，得到PVAL基液，然后再将CIN/KS复合物(复合物用量为 PVAL 质量的 0%，15%，20%，30%，40%，50%，CIN和KS的用量用质量分数表示，下同)缓慢滴加到上述PVAL基液中，继续恒速搅拌2 h，使其完全混合均匀，得到了不同比例的 PVAL/CIN/KS 成膜液，将上述不同比例的PVAL/CIN/KS成膜液在室温下静置一段时间，使其冷却至室温，采用流延成膜法，将成膜液倒入直径为20 cm的圆形成膜皿中，在真空干燥箱中干燥12 h后，揭膜，得到不同比例的PVAL/CIN/KS复合薄膜，其配方见表1。1.4测试及表征采用FTIR仪对薄膜进行表征，在波数4 000400 cm-1范 围 内 扫 描 16 次。谱 图 采 用 软 件Origin2018进行峰拟合处理，并对其特征吸收峰进行分析。采用DSC分析仪对薄膜样品进行热性能测试，在 N2保护作用下，以 10/min 的升温速率从-50 加热到250，在250 下恒温3 min，再由250 降到-50，得到DSC曲线，测量出样品的熔点。参照GB/T 1040.3-2006，采用微机控制电子万能试验机测试薄膜样条的力学性能，将制备的薄膜裁剪成 150 mm20 mm 长条状，设置拉伸速率为100 mm/min，恒温恒湿条件下测试样品的拉伸强度和断裂伸长率，每组样品平行测试3次，取其平均值为测试数据。将薄膜样品裁成长条(10 mm40 mm)置于比色皿中，紧贴比色皿内壁(切勿有气泡与褶皱)，然后采用紫外-可见分光光度计测定薄膜的吸光度，以不放样品(空气)的空白比色皿作为参比样，扫描范围为表1PVAL/CIN/KS复合薄膜配方薄膜样品PVAL/CIN0%PVAL/CIN5%/KSPVAL/CIN10%/KSPVAL/CIN20%/KSPVAL/CIN30%/KSPVAL/CIN40%/KSPVAL/GCL质量比2/12/12/12/12/12/1CIN质量分数/%0510203040KS质量分数/%0101010101023工程塑料应用2023 年，第 51 卷，第 6 期200800 nm，扫描速度为200 nm/min，取600 nm处波长所对应的吸光度，计算薄膜的不透明度，每个样品测3次，取平均值。不透明度通过式(1)计算17。O=A600L(1)式中：O薄膜的不透明度，mm-1；A600薄膜在600 nm处的吸光度；L薄膜厚度，mm。自制实验装置(拟杯式称重法)测定复合膜水蒸气透过系数(WVP)，选取一定规格直径为40 mm的干燥称量瓶，向内添加3 g无水CaCl2干燥剂放入杯底，用薄膜覆盖并密封固定称量瓶口，称重后将其装入盛有饱和NaCl溶液的恒温恒湿的干燥器中(温度为25，相对湿度为75%)，称量初始质量后，每间隔2 h称量一次，记录称量瓶质量的增加量，测试时间为24 h。每组薄膜测量3次，取其平均值18-20。薄膜的WVP通过式(2)计算。PW=m Lt A P(2)式中：PW薄膜的WVP，g mm/(m2 h kPa)；m水蒸气迁移量，g；A薄膜的测试面积，m2；t测定时间，h；P在25 时薄膜内侧和外侧两侧之间的水蒸气渗透压差，2.375 3 kPa。测试复合膜的吸水性：将每组复合薄膜取3个样条(80 mm30 mm)在 50 的干燥箱中干燥 24 h21，取出后称取每个样条的质量为m1；将各种样条平铺于表面皿上，置于装有蒸馏水的水温为25 的干燥器中，密封24 h后，从表面皿中取出，称其质量为m2；薄膜吸水率WA通过式(3)计算。WA=m2-m1m1 100%(3)2 结果与讨论2.1FTI