專利名稱：一種碳納米管增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳納米管增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚乙烯醇(PVA)是一種水溶性高聚合物，性能介于塑料和橡膠之間，用途相當(dāng)廣泛。除了作維綸纖維外，還被大量用于生產(chǎn)涂料、粘合劑、纖維漿料、紙品加工劑、乳化劑、分散劑、薄膜等產(chǎn)品。近年來高強(qiáng)高模的聚乙烯醇纖維產(chǎn)品備受關(guān)注，它是石棉，玻璃纖維理想的替代品，也可以部分代替芳綸靶板作為防彈材料。
碳納米管是一維新型納米材料的典型代表，于上世紀(jì)90年代初發(fā)現(xiàn)。它是由石墨層按一定的方式卷起而成，按其形成的層數(shù)可分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。碳納米管具有優(yōu)良的力學(xué)性能，其楊氏模量高達(dá)1Tpa，拉伸強(qiáng)度達(dá)到60Gpa，是聚合物增強(qiáng)的理想填料。然而，碳納米管在聚合物基體中的分散、界面結(jié)合以及定向問題尚未得到很好的解決，導(dǎo)致碳納米管在聚合物中未能很好地發(fā)揮其優(yōu)異的力學(xué)性能和獨(dú)特的導(dǎo)電性能。因此如何使碳納米管均勻分散在基體中，并改善碳納米管與聚合物的結(jié)合狀態(tài)等，是制備性能優(yōu)越的碳納米管聚合物復(fù)合材料的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為制備高強(qiáng)高模的聚乙烯醇纖維產(chǎn)品提供一種力學(xué)性能優(yōu)良的碳納米管增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料及其制備方法。
本發(fā)明的碳納米管增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料，它的組分及其重量百分比含量如下碳納米管1～9％，聚乙烯醇91～99％。
本發(fā)明的碳納米管增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料采用溶液攪拌制備法，其步驟如下室溫下將膽酸鹽和碳納米管在水中攪拌混合形成懸浮液，膽酸鹽與碳納米管的重量百分比0.1％～10％，然后按權(quán)利要求1中的碳納米管與聚乙烯醇的重量百分比加入重量濃度為50mg/ml的聚乙烯醇水溶液，充分?jǐn)嚢韬蟮玫教技{米管聚乙烯醇水溶液，將該水溶液倒入模具中室溫下蒸發(fā)得到復(fù)合材料。
本發(fā)明中所用的膽酸鹽可以是去氧膽酸鈉或?；侨パ跄懰徕c。
為使聚乙烯醇在制備過程中更好地溶解在水中，通常使用分子量為124～1750的聚乙烯醇。碳納米管的直徑以30nm～90nm為好。
為縮短制備時間，可采用在將碳納米管聚乙烯醇水溶液室溫蒸發(fā)前，先在120-160℃蒸發(fā)除去大部分的水。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明的復(fù)合材料以聚乙烯醇為基體，膽酸鹽修飾的碳納米管為添加劑，由于膽酸鹽修飾的碳納米管能均勻地分散在聚乙烯醇中，大大的提高了聚乙烯醇復(fù)合材料的力學(xué)性能，可用于制備高強(qiáng)高模的聚乙烯醇纖維產(chǎn)品。同時本發(fā)明復(fù)合材料采用溶液攪拌法制備，工藝簡單，操作方便，重復(fù)性好，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為碳納米管掃描電鏡圖片(SEM)；圖2為去氧膽酸鈉修飾的碳納米管掃描電鏡圖片(SEM)；圖3為碳納米管增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料拉伸斷面的掃描電鏡圖片(SEM)；圖4曲線1為聚乙烯醇的應(yīng)力應(yīng)變曲線，曲線2為碳納米管增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1室溫下將的0.5mg去氧膽酸鈉和50mg碳納米管在10ml水中攪拌混合形成懸浮液，然后加入重量濃度為50mg/ml的聚乙烯醇水溶液99ml，在室溫下混合均勻，形成碳納米管含量為1wt％的碳納米管聚乙烯醇復(fù)合溶液，然后在160℃慢慢蒸發(fā)大部分的水，最后將該碳納米管聚乙烯醇溶液倒入模具中室溫蒸發(fā)成膜。
實(shí)施例2室溫下將的0.5mg去氧膽酸鈉和50mg碳納米管在10ml水中攪拌混合形成懸浮液，然后加入重量濃度為50mg/ml的聚乙烯醇水溶液47ml，在室溫下混合均勻，形成碳納米管含量為5wt％的碳納米管聚乙烯醇復(fù)合溶液，然后在160℃慢慢蒸發(fā)大部分的水，最后將該碳納米管聚乙烯醇溶液倒入模具中室溫蒸發(fā)成膜。圖1為碳納米管掃描電鏡圖片(SEM)，可以看出碳納米管纏結(jié)比較嚴(yán)重，不利于碳納米管在聚乙烯醇中分散。圖2為去氧膽酸鈉修飾的碳納米管掃描電鏡圖片(SEM)，可以看出去氧膽酸鈉修飾碳納米管后，碳納米管管壁被去氧膽酸鈉包袱，碳管纏結(jié)大為減少，這不但有利于碳納米管在聚乙烯醇中分散，也增強(qiáng)了碳納米管與聚乙烯醇間的界面接觸，從而增強(qiáng)碳納米管聚乙烯醇復(fù)合材料的力學(xué)性能。圖3為碳納米管增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料拉伸斷面的掃描電鏡圖片(SEM)，可以看出碳納米管在聚乙烯醇分散均勻。圖4中曲線1為聚乙烯醇的應(yīng)力應(yīng)變曲線，曲線2為碳納米管增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線，由圖可見碳納米管添加量為5wt％時，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度提高了67％。
實(shí)施例3室溫下將1.0mg的去氧膽酸鈉和50mg碳納米管在10ml水中攪拌混合形成懸浮液，然后加入重量濃度為50mg/ml的聚乙烯醇水溶液9ml，在室溫下混合均勻，形成碳納米管含量為9wt％的碳納米管聚乙烯醇復(fù)合溶液，然后在160℃慢慢蒸發(fā)大部分的水，最后將該碳納米管聚乙烯醇溶液倒入模具中室溫蒸發(fā)成膜。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料，其特征在于它的組分及其重量百分比含量如下碳納米管1～9％，聚乙烯醇91～99％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料，其特征是所說的聚乙烯醇的分子量為124～1750。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料，其特征是碳納米管的直徑為30nm～90nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料的制備方法，其步驟如下室溫下將膽酸鹽和碳納米管在水中攪拌混合形成懸浮液，膽酸鹽與碳納米管的重量百分比0.1％～10％，然后按權(quán)利要求1中的碳納米管與聚乙烯醇的重量百分比加入重量濃度為50mg/ml的聚乙烯醇水溶液，充分?jǐn)嚢韬蟮玫教技{米管聚乙烯醇水溶液，將該水溶液倒入模具中室溫下蒸發(fā)得到復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的碳納米管增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料的制備方法，其特征是在將碳納米管聚乙烯醇水溶液室溫蒸發(fā)前，先在120-160℃蒸發(fā)除去大部分的水。
全文摘要
本發(fā)明公開的碳納米管增強(qiáng)聚乙烯醇復(fù)合材料，含有重量百分比為1～9％的碳納米管，91～99％的聚乙烯醇。其制備方法如下室溫下將膽酸鹽和碳納米管在水中攪拌混合形成懸浮液，然后加入聚乙烯醇的水溶液，充分?jǐn)嚢韬蟮玫教技{米管聚乙烯醇水溶液，將該水溶液倒入模具中室溫下蒸發(fā)得到復(fù)合材料。本發(fā)明的復(fù)合材料以聚乙烯醇為基體，膽酸鹽修飾的碳納米管為添加劑，由于膽酸鹽修飾的碳納米管能均勻地分散在聚乙烯醇中，大大地提高了聚乙烯醇復(fù)合材料的力學(xué)性能，可用于制備高強(qiáng)高模的聚乙烯醇纖維產(chǎn)品。同時本發(fā)明復(fù)合材料采用溶液攪拌法制備，工藝簡單，操作方便，重復(fù)性好，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C08K3/00GK1900155SQ20061005222
公開日2007年1月24日 申請日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者糜裕宏, 張孝彬 申請人:浙江大學(xué)