一种高韧性PVC复合材料膜的制备方法与流程

本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种高韧性pvc复合材料膜的制备方法。

背景技术：

聚氯乙烯(pvc)是一种综合性能优良的通用塑料，其产量和用量仅次于聚乙烯，位居世界树脂产量的第二位。pvc具有良好的耐化学腐蚀性和阻燃性，价格低廉，原料来源广泛，在工业制品、日用品、管材、包装膜等方面均有广泛应用。但pvc也存在一定的缺点，如冲击强度低、热稳定性差、抗蠕变性差以及低温脆性等，这些缺点降低了pvc的使用范围和使用价值。

国内外自20世纪70年代起开始大规模开展pvc增韧改性的研究，采用弹性体共混、纳米粒子填充、纤维增强、弹性体/纳米粒子复合材料增韧等方法对其进行改性，进一步拓宽了其应用领域。目前共混改性pvc是改性与提高pvc冲击强度等性能的常用方法。人们在研究pvc/热塑性聚氨酯弹性体(tpu)共混材料力学性能时发现，tpu可显著提高pvc的韧性和冲击强度。但tpu改性pvc虽然能够显著提高共混体系的韧性，却会使材料的刚度和强度有一定程度的损失。相比之下，刚性粒子尤其是纳米颗粒增韧改性pvc具有一定优势，例如有研究通过基于碾磨的固态剪切复合技术(s3c)制备了pvc/高岭土纳米复合材料。研究发现，无机纳米粒子的加入能同时实现pvc的增强和增韧，但同时也发现了纳米粒子与pvc间界面相容性较差的问题。

技术实现要素：

本发明针对现有pvc增韧改性方法会降低pvc强度以及改性物质与pvc界面相容性差的问题，提供一种高韧性pvc复合材料膜的制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高韧性pvc复合材料膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备芳纶纳米纤维anfs：将koh加入dmso中，70℃机械搅拌2h后降至室温，加入对位芳纶纤维，室温下保持搅拌反应一周，制得anfs溶液；

2)乙基化改性anfs：向步骤1)所得anfs溶液中加入溴乙烷，30℃下反应17h后过滤，干燥后制得乙基化改性anfs；

3)制备pvc复合材料膜：将步骤2)所得乙基化改性anfs溶解到dmso中，超声1.5h后制得乙基化改性anfs溶液，将pvc粉末置入dmf中，400r/min搅拌1h后制得pvc溶液，将所得pvc溶液与乙基化改性anfs溶液混合，70℃下400r/min搅拌15min，再超声震荡15min，制得混合溶液，将混合溶液导入聚四氟乙烯浅平板中，放入真空干燥箱60℃干燥48h，制得pvc复合材料膜。

其中，步骤1)中所述koh与所述对位芳纶的质量比为(1-1.5):1；所述anfs溶液的浓度为2-2.5mg/ml。步骤2)中所述anfs溶液与所述溴乙烷的用量为1l:(1-1.5)ml。步骤3)中，所述混合溶液中乙基化改性anfs与pvc的重量比为(0.5-1.5):1000。

本发明的有益效果是：本发明将芳纶纳米纤维通过烷基化改性后，作为增强材料添加到pvc基体中，线性的芳纶纳米纤维对pvc基体增韧的同时会和pvc大分子相互缠结，增强体系的强度，与纯pvc膜力学性能相比，本发明所得pvc复合材料的杨氏模量、屈服强度和断裂韧性均得到大幅提高；与颗粒状的无机纳米粒子相比，芳纶纳米纤维呈线性，与pvc基体相容性好，不存在界面力学性能下降的情况。本发明工艺简单，反应条件温和，时间短，易控制，合成效率高。

附图说明

图1为本发明所得乙基化改性anfs的透射电镜图；图2是本发明所得pvc复合材料膜的透射电镜图。

具体实施方式

以下结合实例对本发明进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种高韧性pvc复合材料膜的制备方法，包括以下步骤：

1)制备芳纶纳米纤维anfs：将干燥的500ml三口瓶用氮气吹扫5min向其内部加入0.9gkoh和300mldmso，70℃机械搅拌2h后降至室温，加入0.6g对位芳纶纤维，室温下保持搅拌反应一周，制得anfs溶液；

2)乙基化改性anfs：在氮气保护下，量取步骤1)所得anfs溶液50ml于三口烧瓶中，加入溴乙烷0.06ml，在30℃下机械搅拌17h后过滤，干燥后制得乙基化改性anfs；

3)制备pvc复合材料膜：将0.001g步骤2)所得乙基化改性anfs溶解到5mldmso中，超声1.5h后制得乙基化改性anfs溶液，将2gpvc粉末置入15mldmf中，400r/min搅拌1h后制得pvc溶液，将所得pvc溶液与乙基化改性anfs溶液混合，70℃下400r/min搅拌15min，再超声震荡15min，制得混合溶液，将混合溶液导入聚四氟乙烯浅平板中，放入真空干燥箱60℃干燥48h，制得pvc复合材料膜。

实施例2

一种高韧性pvc复合材料膜的制备方法，包括以下步骤：

1)制备芳纶纳米纤维anfs：将干燥的500ml三口瓶用氮气吹扫5min向其内部加入0.75gkoh和240mldmso，70℃机械搅拌2h后降至室温，加入0.6g对位芳纶纤维，室温下保持搅拌反应一周，制得anfs溶液；

2)乙基化改性anfs：在氮气保护下，量取步骤1)所得anfs溶液50ml于三口烧瓶中，加入溴乙烷0.05ml，在30℃下机械搅拌17h后过滤，干燥后制得乙基化改性anfs；

3)制备pvc复合材料膜：将0.002g步骤2)所得乙基化改性anfs溶解到5mldmso中，超声1.5h后制得乙基化改性anfs溶液，将2gpvc粉末置入15mldmf中，400r/min搅拌1h后制得pvc溶液，将所得pvc溶液与乙基化改性anfs溶液混合，70℃下400r/min搅拌15min，再超声震荡15min，制得混合溶液，将混合溶液导入聚四氟乙烯浅平板中，放入真空干燥箱60℃干燥48h，制得pvc复合材料膜。

实施例3

一种高韧性pvc复合材料膜的制备方法，包括以下步骤：

1)制备芳纶纳米纤维anfs：将干燥的500ml三口瓶用氮气吹扫5min向其内部加入0.6gkoh和270mldmso，70℃机械搅拌2h后降至室温，加入0.6g对位芳纶纤维，室温下保持搅拌反应一周，制得anfs溶液；

2)乙基化改性anfs：在氮气保护下，量取步骤1)所得anfs溶液50ml于三口烧瓶中，加入溴乙烷0.075ml，在30℃下机械搅拌17h后过滤，干燥后制得乙基化改性anfs；

3)制备pvc复合材料膜：将0.003g步骤2)所得乙基化改性anfs溶解到5mldmso中，超声1.5h后制得乙基化改性anfs溶液，将2gpvc粉末置入15mldmf中，400r/min搅拌1h后制得pvc溶液，将所得pvc溶液与乙基化改性anfs溶液混合，70℃下400r/min搅拌15min，再超声震荡15min，制得混合溶液，将混合溶液导入聚四氟乙烯浅平板中，放入真空干燥箱60℃干燥48h，制得pvc复合材料膜。

将实施例1-3所得pvc复合材料膜和纯pvc膜进行相关力学性能分析，如表1和表2所示，pvc复合材料膜的杨氏模量、拉伸强度及韧性与纯pvc膜相比都得到了很大提高，拉伸强度增率为51.02％，杨氏模量增率为28.29％，其中韧性增强效果最为显著，增率可达到86.40％。

表1.纯pvc膜与实施例1-3所得pvc复合材料膜力学性能对比

表2.实施例1-3所得pvc复合材料膜相较纯pvc膜力学性能增率

图1为本发明所得乙基化改性anfs的透射电镜图，改性后的对位芳纶仍保持了原有的线性结构；图2是本发明所得pvc复合材料膜的透射电镜图，从图中可以看出制得的pvc复合材料膜表面光滑、密度均匀，乙基化改性anfs在pvc基体中分布均匀，没有明显的界面痕迹。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。