海藻酸钠/ 水性聚氨酯共混膜的结构表征

        非降解的塑料制品已被广泛应用于许多领域, 但它所带来的环境污染日益威胁人类的生存, 可降解的环境友好材料的研究与开发日益受到人们的重视。海藻酸钠是从褐藻中提取, 由于其良好的生物降解性和生物相容性, 而被广泛应用于化学、生物、医药、食品等领域 。海藻酸钠以其良好的成膜性被广泛用于制备各种用途的膜材料, 然而海藻酸钠膜质脆和极差的耐水性, 使其在应用上受到限制。文献曾报道海藻酸钠与聚乙烯醇、纤维素、羧甲基壳聚糖等高分子材料共混可以改善其力学性能。聚酯型水性聚氨酯( WPU ) 可生物降解 , 是一种环境友好材料。由于该聚氨酯硬段上存在有亲水性基团, 可与海藻酸钠形成氢键, 软段又表现为疏水性, 故它与海藻酸钠共混后, 膜的抗水性能可有望得到提高; 此外水性聚氨酯膜有很高的断裂伸长率, 与海藻酸钠共混制膜, 亦可望改善海藻酸钠膜质脆的缺点。

1.共混膜的红外光谱分析

   图 1 为A L 、A P 10、A P50、A P70、WPU 膜的红外谱图。从海藻酸钠的红外谱图可发现3 335 cm- 1 为O H 基的伸缩振动峰, 1 594 cm - 1和 1 409 cm- 1 分别归属为海藻酸盐的—CO O - 基的不对称和对称伸缩振动。从 WPU 的红外谱图可发现 3 336 cm - 1为 N H 基的伸缩振动峰, 1 724 cm- 1 处为 C= O 吸收峰。WPU 膜在 3 336 cm- 1 处的 N H 基伸缩振动峰, 随着海藻酸钠的加入明显加宽, 强度增加且移向低波数; 比较 A L 和 A P 10 的图谱发现, 3 335 cm- 1 处的 O H 基伸缩振动也移向了低波数, 这说明共混膜中两者分子间存在强烈的分子间氢键作用。WP U 在 1 724 cm - 1处的C= O 基吸收峰随海藻酸钠的加入移向高波数, 而吸收强度减弱, A L 在 1 594 cm- 1 处海藻酸盐的- COO - 基的不对称伸缩振动, 随着聚氨酯的加入而向高波数移动, 这进一步说明了共混膜中二者分子间存在着较强的分子间氢键作用。

2.共混膜的 X 射线衍射分析

   图 2 为海藻酸钠、WP U  及其共混膜的 X 射线衍射图谱。2H=  14 和2H=  21 处为海藻酸钠的衍射峰,

在 2H=  22 和 2H=   24. 5 处为水性聚氨酯的衍射峰。共混膜中随着 WP U 含量增加, 海藻酸钠在 2H=  14

处的衍射峰逐渐消失, 而 WPU 在 2H= 24. 5 处的衍射峰也随着海藻酸钠的加入逐渐消失, 这表明两者分子间存在着较强的相互作用。用剪纸称重法[ 10] 测得海藻酸钠、WPU 及其共混膜的结晶度大小顺序为WPU > A P90> A P 70> A P50> A P 30> A P 10> A L , 很明显随着海藻酸钠含量的增加结晶度下降, 这表明了共混膜中两种分子间存在着较强的相互作用, 破坏了 WP U 原有的晶体结构。

3.透光率分析

   膜的透光率通常也是判断共混高分子相容性好坏的辅助手段, 若共混膜中两种高分子相容性很差, 则在两相界面上由于光的散射或反射而使膜的透光率很低, 海藻酸钠和 WP U 及其共混膜在 800 nm 波长处的透光率, 共混膜的透光率都大于 70% , 表明共混膜中两种分子有良好的相容性。

4.共混膜截面形貌分析

5.共混膜的力学性能和抗水性

由海藻酸钠与水性聚氨酯通过流延法成功地制备出共混膜, 通过 F T IR 、X RD 、SEM 、U V 及力学性能测试表明: 共混膜中两种物质存在较强的氢键作用及良好的相容性。水性聚氨酯的引入, 使得共混膜的抗水性、断裂伸长率明显高于纯海藻酸钠膜。共混 膜的抗张强度明显高于水性聚氨酯膜, 当水性聚氨酯 含量为 10% 时, 共混膜有较高的抗张强度( 80 M Pa) , 高于纯海藻酸钠膜和水性聚氨酯膜。