具有阻隔性和導(dǎo)電性的聚偏二氯乙烯/石墨烯復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于聚偏二氯乙烯復(fù)合材料領(lǐng)域，特別涉及一種具有阻隔性和導(dǎo)電性的聚偏二氯乙稀/石墨稀復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚偏二氯乙烯(PVDC)是以偏二氯乙烯單體為主要成分，與少量其他單體聚合而成的共聚物，PVDC分子具有高度的對(duì)稱性和規(guī)整性，分子間凝聚力強(qiáng)，結(jié)晶度高，其分子中的氯原子具有疏水性，不會(huì)形成氫鍵，加之偏二氯乙烯分子量大，氧分子和水分子等難在聚偏二氯乙烯分子中移動(dòng)，因而具有優(yōu)良的阻隔性能。PVDC膜是一種阻隔性高、韌性強(qiáng)以及低溫?zé)岱庖约盎瘜W(xué)穩(wěn)定性良好的包裝材料，傳統(tǒng)的PVDC膜主要用于包裝密封領(lǐng)域，例如食品、藥品等的包裝。目前也有采用低密度聚乙烯/PVDC復(fù)合膜包裝牛奶，采用尼龍/PVDC復(fù)合膜包裝高溫蒸煮食品的應(yīng)用。雖然現(xiàn)有的PVDC膜或PVDC復(fù)合膜在具有較為優(yōu)良的阻氧、阻汽以及阻隔氣味的性能，但為了適應(yīng)一些特殊產(chǎn)品，如特殊藥品的包裝，現(xiàn)有的PVDC膜或PVDC復(fù)合膜的密封阻隔性能仍有待提高。此外，現(xiàn)有的PVDC膜或PVDC復(fù)合膜通常是以塑料為基材制備而成，只具有單一的阻隔性能，不具備導(dǎo)電性能，無法用于需要抗靜電以及電磁屏蔽的電子產(chǎn)品的包裝，其功能還有待進(jìn)一步拓展和提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供具有阻隔性和導(dǎo)電性的聚偏二氯乙烯/石墨烯復(fù)合材料及其制備方法，以提高聚偏二氯乙烯膜的阻隔性能，并賦予其導(dǎo)電性能，豐富聚偏二氯乙烯膜產(chǎn)品的品種。
[0004]本發(fā)明所述具有阻隔性和導(dǎo)電性的聚偏二氯乙烯/石墨烯復(fù)合材料，該復(fù)合材料由基材和覆蓋在基材上的聚偏二氯乙烯/石墨烯復(fù)合材料層組成，或者由基材、依次覆蓋在基材上的粘結(jié)劑層和聚偏二氯乙烯/石墨烯復(fù)合材料層組成，所述聚偏二氯乙烯/石墨稀復(fù)合材料層包括聚偏二氯乙稀和石墨稀，該復(fù)合材料層中石墨稀的含量為0.lwt%?10wt % ο
[0005]上述聚偏二氯乙烯/石墨烯復(fù)合材料中，所述基材呈薄膜狀或片狀，基材的單面或者雙面上覆蓋有聚偏二氯乙烯/石墨烯復(fù)合材料層。基材上聚偏二氯乙烯/石墨烯復(fù)合材料層的覆蓋層數(shù)和厚度根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行確定，聚偏二氯乙烯/石墨烯復(fù)合材料層的厚度通常為2?1000 μ m。
[0006]上述聚偏二氯乙稀/石墨稀復(fù)合材料中，所述基材織物基材、有機(jī)基材或者無機(jī)基材；所述織物基材可為牛津布、網(wǎng)格布或者無紡布等；所述有機(jī)基材可為塑料基材、紙張、玻璃紙等，其中塑料基材可為聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚氯乙烯或者聚乙烯醇等；所述無機(jī)基材可為鋁箔。
[0007]上述聚偏二氯乙稀/石墨稀復(fù)合材料中，所述聚偏二氯乙稀/石墨稀復(fù)合材料層中還含有添加劑，聚偏二氯乙稀/石墨稀復(fù)合材料層中，石墨稀的含量為0.lwt %?10wt%，添加劑的含量不超過2.5wt%，余量為聚偏二氯乙稀，所述添加劑為苯甲醇、2-乙基乙醇、1-十二醇、乙酸鉀、乙酸鈉、碳酸氫鈉、十二烷基磺酸鈉、甘油三月桂酸酯、檸檬酸、山梨聚糖單二十二烷酸酯、異丙醇、檸檬酸鈉、雙甘油脂肪酸酯中的至少一種。
[0008]上述聚偏二氯乙稀/石墨稀復(fù)合材料中，所述聚偏二氯乙稀是以偏二氯乙稀單體為主要成分，與第二單體聚合而成的共聚物，可為市售的任意聚偏二氯乙烯，例如，以偏二氯乙烯單體為主要成分，與氯乙烯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、全氟酯、乙酸乙酯或者甲基丙烯酸甲酯聚合而成的共聚物。
[0009]本發(fā)明還提供了一種具有阻隔性和導(dǎo)電性的聚偏二氯乙烯/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，工藝步驟如下:
[0010](1)將氧化石墨烯0.1?10質(zhì)量份均勻分散在溶劑100質(zhì)量份中形成氧化石墨烯分散液，然后加入聚偏二氯乙烯乳液5?300質(zhì)量份并超聲或攪拌至氧化石墨烯分散液與聚偏二氯乙烯乳液混合均勻得復(fù)合乳液；所述溶劑為水、乙醇、丙酮或者四氫呋喃，所述聚偏二氯乙烯乳液的固含量為10%?80% ;
[0011](2)將步驟(1)所得復(fù)合乳液均勻涂布在經(jīng)過電暈處理或者是預(yù)涂有粘合劑的基材上，干燥后得到聚偏二氯乙烯/氧化石墨烯復(fù)合材料；或者將步驟(1)所得復(fù)合乳液均勻涂布在經(jīng)過電暈處理或者是預(yù)涂有粘合劑的基材上并干燥，然后重復(fù)上述涂布復(fù)合乳液和干燥的操作至少1次，得到聚偏二氯乙烯/氧化石墨烯復(fù)合材料；
[0012](3)采用還原劑將步驟(2)所得聚偏二氯乙烯/氧化石墨烯復(fù)合材料中的氧化石墨烯還原為石墨烯，經(jīng)干燥后在30?45°C熟化1?3天，即得具有阻隔性和導(dǎo)電性的聚偏二氯乙稀/石墨稀復(fù)合材料。
[0013]上述方法中，所述還原劑為水合肼、正丁胺、乙二胺、維生素C水溶液、硼氫化鈉水溶液或者檸檬酸氫鈉水溶液。
[0014]上述方法的步驟(1)中，所述聚偏二氯乙烯乳液可采用市售的聚偏二氯乙烯乳液，所述聚偏二氯乙烯乳液的固含量為10?80%是指乳液中聚偏二氯乙烯的含量為
10wt %?80wt % ο
[0015]上述方法的步驟(2)中，復(fù)合乳液在經(jīng)過電暈處理或者是預(yù)涂有粘合劑的基材上的涂布總量為1?20g/m2。
[0016]上述方法中，步驟(2)中優(yōu)選的干燥方式為遠(yuǎn)紅外干燥，步驟(3)中優(yōu)選的干燥方式為鼓風(fēng)干燥、優(yōu)選的干燥溫度為50?60°C，具體的干燥時(shí)間因復(fù)合乳液在基材上的涂布量的不同而不同，涂布量越大，步驟(2)和(3)中的干燥時(shí)間越長。
[0017]上述方法中，所述基材織物基材、有機(jī)基材或者無機(jī)基材；所述織物基材可為牛津布、網(wǎng)格布或者無紡布等；所述有機(jī)基材可為塑料基材、紙張、玻璃紙等，其中塑料基材可為聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚氯乙烯或者聚乙烯醇等；所述無機(jī)基材可為鋁箔；所述基材呈薄膜狀或片狀。
[0018]上述方法的步驟(1)中，將氧化石墨烯分散液與聚偏二氯乙烯乳液混合均勻后，加入添加劑0.1?2.5質(zhì)量份，再超聲或攪拌混合均勻即得復(fù)合乳液。加入添加劑能夠賦予復(fù)合乳液和最終制備的聚偏二氯乙烯/石墨烯復(fù)合材料更優(yōu)良的性能，例如，添加1-十二醇可起到增塑和增香的作用，添加乙酸鉀、乙酸鈉可起到防腐和防霉的作用，添加檸檬酸可起到輔助防腐的作用，劑添加苯甲醇、十二烷基磺酸鈉、山梨聚糖單二十二烷酸酯、檸檬酸鈉、雙甘油脂肪酸酯、苯甲醇、碳酸氫鈉作為表面活性劑，可起到乳化穩(wěn)定作用。添加劑優(yōu)選為苯甲醇、2-乙基乙醇、1-十二醇、乙酸鉀、乙酸鈉、碳酸氫鈉、十二烷基磺酸鈉、甘油三月桂酸酯、檸檬酸、山梨聚糖單二十二烷酸酯、異丙醇、檸檬酸鈉、雙甘油脂肪酸酯中的至少一種。
[0019]上述方法中，所述聚偏二氯乙烯是以偏二氯乙烯單體為主要成分，與第二單體聚合而成的共聚物，可為市售的任意聚偏二氯乙烯，例如，以偏二氯乙烯單體為主要成分，與氯乙烯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、全氟酯、乙酸乙酯或者甲基丙烯酸甲酯聚合而成的共聚物。
[0020]上述方法中，所述溶劑水為去離子水或者蒸餾水。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0022]1.本發(fā)明提供了一種新型的聚偏二氯乙烯復(fù)合材料，該復(fù)合材料在聚偏二氯乙烯基體中引入了二維填料石墨烯，由于片狀的石墨烯能夠使氣體分子在聚偏二氯乙烯基體中的擴(kuò)散通路發(fā)生彎曲，從而有效提高聚偏二氯乙烯的氣體阻隔性，同時(shí)，由于石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，因此石墨烯的引入還能賦予本發(fā)明所述復(fù)合材料優(yōu)良的導(dǎo)電性能，尤其適合在電子產(chǎn)品抗靜電、電磁屏蔽、防潮密封包裝等領(lǐng)域應(yīng)用。
[0023]2.實(shí)驗(yàn)表明，與未引入石墨烯的聚偏二氯乙烯復(fù)合材料相比，本發(fā)明所述具有阻隔性和導(dǎo)電性的聚