论文部分内容阅读
随着塑料包装材料的广泛应用，改善其较弱的气体阻隔性能成了一个亟待解决的问题。层状纳米复合材料由于环保、低成本、工艺简便、少量片层的添加便可大幅提升材料气体阻隔性能，近年来成为了研究热点。为探明小分子在不同片层分布结构中的渗透规律，本文以“层层自组装”法在改性PET薄膜上制备了“隔离”、“均匀定向”和“随机分散”结构的氧化石墨烯(GO)-聚乙烯醇(PVA)纳米复合薄膜，并对其进行了XRD、PLM、SEM等形貌表征和透气、力学等性能测试。论文的主要研究结果如下: 通过考察自组装层数(BL)、GO分散液浓度和片层分布结构对薄膜气体阻隔性的影响发现，(1)GO分散液浓度较低(＜0.5mg/ml)时，涂覆的BL层数越多，薄膜阻隔性越好。当BL达到20时，“均匀定向”结构复合薄膜的透氧系数较改性PET薄膜下降了98％，阻隔性提高了64倍;当BL达到40时，透气测试结果已低于仪器探测下限。(2)“均匀定向”结构复合薄膜的透氧系数随GO分散液浓度增大先下降、后上升，在分散液浓度为0.5mg/ml时达到最小值。SEM分析证明了以该浓度制备的复合薄膜界面结合最佳、缺陷最少。(3)GO分散液浓度较低时，随着片层分布不均匀性的增加，复合薄膜的阻隔性先上升、后下降。“隔离”结构薄膜PET/GOn/PVAn与“均匀定向”结构薄膜PET/(GO/PVA)n的气体阻隔性相当（均优于“随机分散”结构），这可能是由于隔离结构中的上下GO片层之间的间距较大，O2分子在穿透时并未受到明显的层间阻碍。 与各经典气体渗透理论模型比较发现，GO分散液浓度较低时(＜0.5mg/ml)，涂覆层中吸附的GO片层较少，薄膜阻隔性的增强符合Nielsen“稀疏”模型;当GO分散液浓度为0.5mg/ml时，涂覆层中吸附的GO片层数量较多，与Cussler“稠密”模型的预测值接近。 此外，GO纳米片层的添加提高了薄膜的拉伸强度，但对断裂伸长率的影响不大。随着GO分散液浓度的增加，拉伸强度先增大、后减小，在分散液浓度为1mg/ml时取得最大值，较对照PET/PVA10薄膜提高了65％。