[发明专利]一种可熔融加工的增强聚乙烯醇复合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚乙烯醇复合物制备领域，特别是一种可熔融加工的增强聚乙烯醇复合物及其制备方法。

背景技术

聚乙烯醇(PVA)是一种用途相当广泛的高分子聚合物，性能介于塑料和橡胶之间。聚乙烯醇树脂系列产品的外观有絮状、颗粒状、粉状三种；无毒无味、无污染，能耐油类、润滑剂和烃类等大多数有机溶剂；其水溶液有很好的粘接性和成膜性。主要用于PVA纤维、纺织行业经纱浆料、织物整理剂、涂料、粘合剂原料，还被大量用于生产乳化剂、分散剂、薄膜等产品。应用范围遍及纺织、食品、医药、建筑、木材加工、造纸、印刷、农业、钢铁、高分子化工等行业。近年来高强高模的聚乙烯醇纤维产品备受关注，它是石棉、玻璃纤维理想的替代品。

碳纳米管(CNT)具有高模量、高强度等优异的力学、光学性能以及良好的导电、导热性能，其独特的结构是理想的一维模型材料，可以作为增强体改善聚合物复合材料的强度和韧性，提高热稳定性，用量适当时可赋予聚合物基复合材料光学性能、导电性能等功能，CNT/聚合物复合材料的研究已成为纳米复合材料研究领域的一个重要方面。碳纳米管增强聚合物复合材料的制备方法主要有原位聚合法、溶液或熔融共混法、溶胶-凝胶法等，主要由聚合物基体的特点和性能来决定。

碳纳米管本身比表面积大，易发生团聚现象，导致碳纳米管在聚合物中未能很好地发挥其优异的力学性能和独特的导电性能，影响材料性能。要制备出性能优良的碳纳米管/高聚物复合材料，改善碳纳米管的团聚现象，改善碳纳米管与聚合物的结合状态，增强碳纳米管与高聚物基体界面间的作用力，使碳纳米管的均匀分散成为亟待解决的问题，也是制备性能优越的碳纳米管聚合物复合材料的关键。因此，碳纳米管的应用首先必须解决其在介质中的分散性问题。常用的方法便是采用表面活性剂实现CNTs在目标体系中的分散。表面活性剂在CNTs表面处理中的作用是利用其组分在溶液中由亲油亲水基团产生的胶团，构成纳米反应器，或在界面(表面)的两亲性由其一端官能团的吸附或反应与CNTs之间、CNTs微粒表面之间、CNTs微粒与其他材料之间形成“桥”，起到偶联和增容的作用。

碳纳米管增强聚乙烯醇的相关研究已见报道。张娟玲(多壁碳纳米管/聚乙烯醇复合材料膜的制备与表征、多壁碳纳米管/聚乙烯醇复合材料膜的制备及其性能研究)、朱钟鸣（碳纳米管化学改性及其聚乙烯醇复合材料）、崔灿（多壁碳纳米管/表面活性剂/聚乙烯醇复合材料膜的研究）、李春燕（水溶性碳纳米管及其在聚乙烯醇复合材料中的应用）、潘玮（聚乙烯醇/多壁碳纳米管复合材料的结构与性能）、于海容（聚乙烯醇/碳纳米管复合超滤膜的制备及应用研究）、张巍巍（聚乙烯醇与碳纳米管共混体系的薄膜材料制备及其性能研究）、蔡芳昌（碳纳米管/聚乙烯醇复合材料的制备及其导电性的研究）、专利（一种增强聚乙烯醇复合物的制备方法，申请号：201210104389.5；多壁碳纳米管/十二烷基磺酸钠/聚乙烯醇复合薄膜的制备方法，申请号：200910068001.9；一种碳纳米管增强聚乙烯醇复合材料及其制备方法，申请号：200610052222.3）等对CNT/PVA体系进行了研究，但制备这种复合材料时，基本是将CNT分散在水或混合溶剂中，再加入至PVA的水溶液中，通过干燥方式除去水分，形成膜材料。

严冬燕（PVA/SP非甲醛交联纤维和MWNTs增强PVA纤维的研究）、姜晓(胶原蛋白/PVA/碳纳米管复合纤维的结构与性能)、专利（一种碳纳米管导电纤维及其制备方法，申请号：200410017918.3；一种添加碳纳米管的聚乙烯醇纺丝原液的制备方法，申请号：200910053649.9；一种碳纳米管增强聚乙烯醇复合纤维的制备方法，申请号：201310168891.7）等人通过溶液湿法或凝胶纺丝制备了CNT增强PVA的复合纤维；而王帅（静电纺PVA/PEO/MWNTs复合纤维的制备及形态和结构的研究）、张凯莉(静电纺PVA/PEO/多壁碳纳米管超细纤维的制备与性能)、马彦龙(静电纺丝制备MWNTs/PVA/PEO复合超细纤维)、专利（一种高取向碳纳米管复合纤维及其制备方法，申请号：200510029612.4）等公开了应用了静电纺丝技术将CNT增强PVA溶液体系制备成纳米级别的纤维。无论是溶液纺丝还是静电纺丝，却始终未脱离CNT增强PVA溶液体系这一本质。这些方法的共性问题如下：（1）为了保证CNT在PVA溶液中的均匀分散，实际应用中将限制了CNT增强PVA溶液体系中碳纳米管的浓度；（2）制备膜材、常规湿法纤维及静电纳米纤维，均需要除去溶剂，影响制备效率。

发明内容