一种硅钼酸纳米晶/聚乙烯醇复合膜的制备方法与流程

本发明涉及聚乙烯醇复合膜材料的制备技术领域，特别涉及一种硅钼酸纳米晶/聚乙烯醇复合膜的制备方法和应用。

背景技术：

PVA（聚乙烯醇）是一种无毒，无味的水溶性高分子聚合物，外观为白色片状、絮状或粉末状固体，具有严格的分子线性结构和稳定的化学性质，在一定温度下能溶于水且温度越高溶解度越大，但不溶于大多数的有机溶剂。PVA分子链中含有大量极性强，尺寸小的侧羟基结构，由于羟基的存在，PVA易形成分子内和分子间氢键，从而交联形成一种网状结构。因此PVA材料具有良好的亲水性能，被广泛用于制备亲水膜材料。此外PVA还具有卓越的力学性能、耐热性、耐有机溶剂、抗有机物污染和良好的成膜性能，正是因为具有这些优良的性能，人们对其的研究越来越广泛。同时，PVA也获得了相当程度的工业化应用。但是随着科学技术的不断发展，人们对于材料性能的要求越来越苛刻，普通的PVA材料已经无法满足人们的需求，对PVA进行改性和功能化以改善其应用性能成为PVA材料发展的新趋势。纳米技术的快速发展为改性PVA材料提供了更有效的途径和方法，在PVA基质中引入纳米粒子成为国内外的研究热点，这种以PVA为基质，通过与各种纳米粒子复合而得到的同时兼备PVA材料和纳米粒子特性的PVA基复合材料，由于其优异的性能在力学、催化、功能材料(光、电、磁)等领域内得到了广泛应用。

技术实现要素：

本发明的目的是通过硅钼酸纳米晶体的添加来改善聚乙烯醇复合膜的力学性能，并提供一种硅钼酸纳米晶/聚乙烯醇复合膜的制备方法。

本发明具体步骤如下：

（1）称取10g聚乙烯醇颗粒加入100mL去离子水中，加热到60℃，搅拌1小时得到质量百分比含量为10%的聚乙烯醇溶液待用。

（2）将摩尔比为0.1~0.11的硅酸钠和钼酸钠分别投入去离子水中，搅拌加热到80℃，缓慢滴加盐酸调节溶液pH，在pH=1~2的条件下反应3小时，反应完毕后自然冷却到室温，再加入乙醚萃取，解压蒸馏回收乙醚，最后60℃条件下真空干燥得到纯净的硅钼酸纳米粒子。

（3）称取0.5~2g步骤（2）所得硅钼酸纳米粒子与步骤（1）所得的质量百分比含量为10%的聚乙烯醇溶液通过搅拌均匀混合，在超声频率为80HZ的条件下超声5分钟得到均一分散液；将均一分散液均匀倒在玻璃板上，60℃~70℃条件下真空干燥24小时得到硅钼酸/聚乙烯醇纳米复合膜材料。

所述化学试剂纯度均为化学纯以上纯度。

本发明制备的硅钼酸纳米晶/聚乙烯醇复合膜具有较高的力学性能, 在包装材料、组织工程材料、过滤膜材料等领域具有潜在性应用。

附图说明

图1为本发明对比实施例制备的聚乙烯醇薄膜与实施例1、2、3制备的硅钼酸纳米粒子质量百分比浓度分别为0.5%、1%、2%的硅钼酸/聚乙烯醇薄膜XRD谱图对比图。

图2为本发明对比实施例制备的聚乙烯醇薄膜与实施例1、2、3制备的硅钼酸纳米粒子质量百分比浓度分别为0.5%、1%、2%的硅钼酸/聚乙烯醇薄膜傅里叶红外谱图对比图。

图3为本发明对比实施例制备的聚乙烯醇薄膜与实施例1、2、3制备的硅钼酸纳米粒子质量百分比浓度分别为0.5%、1%、2%的硅钼酸/聚乙烯醇薄膜DSC图对比图。

图4为本发明对比实施例制备的聚乙烯醇薄膜与实施例3制备的硅钼酸纳米粒子质量百分比浓度2%的硅钼酸/聚乙烯醇薄膜应力-应变曲线图对比图。

具体实施方式

下述化学试剂纯度均为化学纯以上纯度。

对比实施例：聚乙烯醇薄膜的制备

称取10g聚乙烯醇颗粒加入到100mL去离子水中，加热到60℃，搅拌1小时得到质量百分比浓度为10%的聚乙烯醇溶液，将溶液均匀倒在玻璃板上，在60℃条件下真空干燥24小时得到聚乙烯醇薄膜材料。

实施例1：质量百分比浓度为0.5%的硅钼酸/聚乙烯醇薄膜的制备

（1）称取10g聚乙烯醇颗粒加入100mL去离子水中，加热到60℃，搅拌1小时得到质量百分比浓度为10%的聚乙烯醇溶液待用。

（2）将摩尔比为0.1的硅酸钠和钼酸钠分别投入去离子水中，搅拌加热到80℃，缓慢滴加盐酸调节溶液pH，在pH=1的条件下反应3小时，反应完毕后自然冷却到室温，再加入乙醚萃取，解压蒸馏回收乙醚，最后60℃条件下真空干燥得到纯净的硅钼酸纳米粒子。

（3）称取0.5g步骤（2）所得硅钼酸纳米粒子与步骤（1）所得的质量百分比浓度为10%的聚乙烯醇溶液通过搅拌均匀混合，在超声频率为80HZ的条件下超声5分钟得到均一分散液；将均一分散液均匀倒在玻璃板上，60℃条件下真空干燥24小时得到质量百分比浓度为0.5%的硅钼酸/聚乙烯醇纳米复合膜材料。

实施例2: 质量百分比浓度为1%的硅钼酸/聚乙烯醇薄膜的制备

（1）称取10g聚乙烯醇颗粒加入100mL去离子水中，加热到60℃，搅拌1小时得到质量百分比浓度为10%的聚乙烯醇溶液待用。

（2）将摩尔比为0.1的硅酸钠和钼酸钠分别投入去离子水中，搅拌加热到80℃；缓慢滴加盐酸调节溶液pH，在pH=2的条件下反应3小时，反应完毕后自然冷却到室温，再加入乙醚萃取，解压蒸馏回收乙醚，最后60℃条件下真空干燥得到纯净的硅钼酸纳米粒子。

（3）称取1g步骤（2）所得硅钼酸纳米粒子与步骤（1）所得质量百分比含量为10%的聚乙烯醇溶液通过搅拌均匀混合，在超声频率为80HZ的条件下超声5分钟得到均一分散液。将均一分散液均匀倒在玻璃板上，60℃条件下真空干燥24小时得到质量百分比浓度为1%的硅钼酸/聚乙烯醇纳米复合膜材料。

实施例3: 质量百分比浓度为2%的硅钼酸/聚乙烯醇薄膜的制备

（1）称取10g聚乙烯醇颗粒加入100mL去离子水中，加热到60℃，搅拌1小时得到质量百分比浓度为10%的聚乙烯醇溶液待用。

（2）将摩尔比为0.1的硅酸钠和钼酸钠分别投入去离子水中，搅拌加热到80℃，缓慢滴加盐酸调节溶液pH，在pH=1.5的条件下反应3小时，反应完毕后自然冷却到室温，再加入乙醚萃取，解压蒸馏回收乙醚，最后60℃条件下真空干燥得到纯净的硅钼酸纳米粒子。

(3)称取2g步骤（2）硅钼酸纳米粒子与步骤（1）所得质量百分比浓度为10%的聚乙烯醇溶液通过搅拌均匀混合，在超声频率为80HZ的条件下超声5分钟得到均一分散液。将均一分散液均匀倒在玻璃板上，60℃条件下真空干燥24小时得到质量百分比浓度为2%的硅钼酸/聚乙烯醇纳米复合膜材料。

将本发明中的对比实施例和实施例1、2、3制备得到的硅钼酸/聚乙烯醇薄膜材料的晶体结构进行XRD表征，并进行对比,结果如图1所示。从图中可以看出实施例1、2、3制备得到的硅钼酸/聚乙烯醇薄膜材料的X射线衍射图与对比实施例制备得到的聚乙烯醇薄膜材料的X射线衍射图谱相似，说明硅钼酸纳米粒子能均匀地填充在聚乙烯醇基体中，成功制备了硅钼酸/聚乙烯醇薄膜材料。

将本发明中的对比实施例和实施例1、2、3制备得到的硅钼酸/聚乙烯醇薄膜材料进行傅里叶红外表征，并进行对比，结果如图2所示。从图中可以看出与对比实施例制备得到的聚乙烯醇薄膜材料相比，实施例1、2、3制备得到的硅钼酸/聚乙烯醇薄膜材料的傅里叶红外图中的羟基振动峰向低波移动，这可归因于聚乙烯醇分子上羟基与硅钼酸上羟基之间的氢键作用。

将本发明中的对比实施例和实施例1、2、3制备得到的硅钼酸/聚乙烯醇薄膜材料的晶体结构进行DSC表征，并进行对比，结果如图3所示。从图中可以看与对比实施例制备得到的聚乙烯醇薄膜材料相比，实施例1、2、3制备得到的硅钼酸/聚乙烯醇薄膜材料的熔点降低，玻璃转化温度提高，说明硅钼酸/聚乙烯醇薄膜材料在较低温度下的可塑性更强。

将本发明中的对比实施例和实施例3制备得到的硅钼酸/聚乙烯醇薄膜材料进行力学性能测试，并进行对比，结果如图4所示。从图中可以看与对比实施例制备得到的聚乙烯醇薄膜材料相比，实施例3制备得到的硅钼酸/聚乙烯醇薄膜材料的拉伸强度更高，说明硅钼酸纳米粒子的填充提高了聚乙烯醇材料的机械强度。