[发明专利]一种改性炭黑/PVA薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于改性炭黑的聚合物基复合材料领域，涉及一种PVA薄膜及其制备方法。

背景技术

炭黑是一种常见填料，常用于橡胶补强，颜料着色或作为导电材料。但炭黑因粒径小，比表面能大，容易发生团聚，在聚合物中难于很好地分散，影响了改性效果。为了提高炭黑在聚合物中的分散性，材料研究者提出了很多炭黑的改性方法，如通过电晕处理，等离子处理炭黑表面获得活性基团等物理方法，用偶联剂处理炭黑表面引入活性基团等化学方法，其中在炭黑表面引入活性基团，再接枝高分子链是效果较好的一种方法。该法在炭黑粒子表面引入聚合物链，增大了粒子间的位阻，而且聚醚胺的端胺基与炭黑粒子表面的羧基形成的离子键增大了粒子间的排斥，减弱了团聚效应，使粒子在聚合物中获得良好的分散性。

聚乙烯醇(PVA)是一种生物可降解高分子材料,价格低廉，结晶度高，粘接力强、常通过流延成膜制备薄膜材料，其制品柔韧平滑、耐油、耐溶剂及气体阻隔性能出众，在食品、药品包装方面具有独特优势。但PVA薄膜强度，模量较低，耐热性较差。

本发明通过强酸氧化，酸碱中和法制得一种具有良好分散性的改性炭黑，并将此改性炭黑加入到聚乙烯醇水溶液中经流延成膜或挤出成型，获得了一种改性炭黑/PVA薄膜。改性炭黑粒子对PVA起到了成核剂的作用，促进了PVA的结晶，提高了结晶度。聚醚胺高分子链中的醚氧键、胺基与PVA分子链中的大量羟基形成氢键，提高了PVA的熔融温度和热分解温度。该法提供了一种提高薄膜力学性能和耐热性的有效手段。

发明内容:

本发明的目的是提供一种改性炭黑/PVA薄膜及其制备方法，以提高 PVA薄膜的强度、模量和结晶度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供的改性炭黑/PVA薄膜，其由质量m份改性炭黑与100-m份PVA在90℃下于水中溶解后浇注成型，或在熔融温度（225±10℃）下挤出成型，其中0<m≤10；所述的改性炭黑采用氧化炭黑、长链脂肪胺聚氧乙烯醚改性炭黑、聚氧乙烯-聚氧丙烯醚单胺改性炭黑；聚氧乙烯-聚氧丙烯醚双胺改性炭黑。所述的PVA采用PVA-1750、PVA-1778、PVA-1788、PVA-1798中的一种。

所述的长链脂肪胺聚氧乙烯醚改性炭黑可以采用AC-1810改性炭黑、AC-1830改性炭黑或AC-1860改性炭黑。

所述的聚氧乙烯-聚氧丙烯醚单胺改性炭黑可以采用M-1000改性炭黑、M-2005改性炭黑M-2070改性炭黑。

所述的聚氧乙烯-聚氧丙烯醚双胺改性炭黑可以采用ED-600改性炭黑、ED-900改性炭黑或ED-2003改性炭黑。

本发明提供的第一种改性炭黑/PVA薄膜的制备方法，是采用浇注成型方法制备，具体是：分别将m质量份的氧化炭黑与聚醚胺改性炭黑加入到蒸馏水中，经磁力搅拌器搅拌，再加入100-m质量份PVA，0<m≤10，然后经梯度升温至聚乙烯醇完全溶解，停止加热，冷却后浇注在玻璃板上，室温下平稳放置2～3d后脱模，得到改性炭黑/PVA薄膜。

本发明提供的第二种改性炭黑/PVA薄膜的制备方法，是采用挤出成型方法制备，具体是：将m质量份的改性炭黑与100-m质量份PVA混合均匀，0<m≤10，经挤出机挤出造粒，在挤出成型中，挤出温度为225±10℃，转速10～50转/分钟，再经压延成型得到改性炭黑/PVA薄膜。

本发明所述的改性炭黑可以由以下方法制成，其步骤包括：

步骤1：将浓硫酸和浓硝酸按体积比3:1配制的混酸加入到盛有炭黑的反应器中，于70℃下超声，搅拌24h，经过透析至透析液呈中性，取出后置于烘箱中在80℃烘干，制得氧化炭黑粉末；

步骤2：按质量份数，取步骤1中的氧化炭黑m₁份分散于100-m₁份蒸馏水中，取m₂份聚醚胺溶于100-m₂份蒸馏水中，0<m₁≤10,0<m₂≤50，然后将氧化炭黑分散液滴加至聚醚胺溶液中，于常温下反应24h，得到聚醚胺改性炭黑的水分散液。