[发明专利]一种增强聚乙烯醇复合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种增强聚乙烯醇复合物的制备方法，具体地，是利用Kevlar纳米纤维非共价改性多壁碳纳米管制备增强聚乙烯醇复合物的方法。

背景技术

理想的碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，没有任何的缺陷存在。近年来，碳纳米管由于其独特的结构特征和优异的物化性能受到了广泛的关注。其中，将碳纳米管引入聚合物基体，制备纳米复合材料，能够显著的提高材料的综合性能。目前，针对在复合材料中使用的碳纳米管，主要有以下处理方法：溶剂直接分散、共价修饰改性以及非共价修饰改性。溶剂直接分散是指将碳纳米管分散在某些溶剂中，然后直接填入到聚合物基体中。该方法在制备聚合物基碳纳米管复合材料方面具有直接、简单的优点。但是由于碳纳米管的纳米级尺寸，极易团聚，分散性较差，且与聚合物基体作用力较弱，导致增强效果不够理想；共价修饰改性是指通过化学方法修饰碳纳米管，然后应用于复合材料中。该方法能够显著提高碳纳米管的分散性和与聚合物基体的作用力。然而，复杂的制备和处理过程使得该方法不适于大规模生产，且剧烈的化学反应会破坏碳纳米管的本征结构，导致热电等性能的下降。非共价修饰改性是指利用共轭、氢键等作用，对碳纳米管表面进行修饰。该方法简单可行，且不会破坏碳纳米管的结构，能够明显提高碳纳米管在聚合物基体中的分散性和界面作用力，适用于制备多种聚合物复合材料。

芳纶纤维是一类新合成纤维的总称，包括芳香族聚酰胺纤维和芳香族聚酰亚胺纤维。它是近代一种高技术领域的特种纤维。其中，聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（Kevlar纤维）因具有密度低、强度高、韧性好、耐高温且易于加工和成型等优点，近年来倍受关注。目前，Kevlar层压薄板与钢、铝板的复合装甲，不仅已广泛应用于坦克、装甲车，而且用于核动力航空母舰及导弹驱逐舰，使上述兵器的防护性能及机动性能均大为改观。Kevlar与碳化硼等陶瓷的复合材料是制造直升飞机驾驶舱和驾驶座的理想材料。Kevlar纤维还是制造避弹衣的理想材料。

聚乙烯醇（PVA）树脂主要用于涂料、粘合剂、分散剂、薄膜等不同领域。与其他聚合物材料相比，聚乙烯醇具有生物降解性、水溶性、气体阻隔性、耐油性、无毒等优点，因此聚乙烯醇广泛地应用于纤维、包装、生物医学材料等领域。聚乙烯醇材料有多种良好的性能，如生物相容性好，无毒，容易成型加工等，在各行各业中有着广泛的应用。但是随着社会的不断进步，对材料性能的要求越来越高，单一的聚乙烯醇材料已经不能够满足要求，因此高性能的聚乙烯醇基复合材料的制备得到了广泛的关注。

经过对现有技术的检索发现，Coleman课题组在Kevlar coated carbon nanotubes for reinforcement of polyvinylchloride, Journal of Materials Chemistry,2008, 18,5585–5588文献中首次利用Kevlar和碳纳米管共混的方法得到了Kevlar-CNT/聚氯乙烯复合材料。但是该方法在高温下用浓酸处理Kevlar纤维和碳纳米管，处理方法复杂，条件剧烈。

发明内容

本发明针对上述现有方法存在的不足，提供了一种简单可行的增强聚乙烯醇复合物的制备方法，即利用Kevlar纳米纤维非共价改性多壁碳纳米管制备增强聚乙烯醇复合物的方法，该方法进一步提高了聚乙烯醇聚合物的机械性能，并且由于制备方法的工艺步骤简单，具有规模化生产的条件。本发明的技术方案如下：

一种增强聚乙烯醇复合物的制备方法，包括如下步骤：

（1）在含有氢氧化钾的二甲基亚砜中加入Kevlar纤维，搅拌溶解，得到稳定分散的Kevlar纳米纤维溶液；

（2）在所述Kevlar纳米纤维溶液中加入多壁碳纳米管，采用超声处理，离心除去下层沉淀，得到稳定分散的Kevlar纳米纤维非共价改性的多壁碳纳米管分散液，即MWNT分散液；烘干所述MWNT分散液，得到粉末状的Kevlar/MWNT；将所述粉末状的Kevlar/MWNT溶于水中，超声分散，得到Kevlar/MWNT的水分散液；

（3）向样品瓶中加入所述Kevlar/MWNT的水分散液以及聚乙烯醇，加温搅拌溶解后，依次经过溶液浇铸和真空干燥处理得到Kevlar/MWNT增强的聚乙烯醇复合物。

步骤（1）所述搅拌溶解是指：在二甲基亚砜(50～100ml)中加入Kevlar纤维(0.1～0.2g)和氢氧化钾(0.15～0.3g)，40～60^oC下磁力搅拌溶解。