CN101457019A - 碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料及其制备方法。该复合材料以芳香二胺和对苯二甲酰氯为单体，碳纳米管的溶剂分散液为分散剂，经缩聚反应而形成的碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料。该复合材料中碳纳米管以纳米尺度均匀分散、镶嵌在聚砜酰胺树脂中，从而形成碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料。这种材料将无机物的刚性，尺寸稳定性和耐热性与有机聚合物的韧性和可加工性完美地结合了起来。可赋予材料许多采用传统方法所难以达到的优良性能。本发明方法的优点是工艺简单，可操作性强，制作方便而且成本低廉。

Description

碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
有机高分子聚合物聚砜酰胺是应用较广泛的工程塑料，具有耐化学腐蚀、耐辐射、耐高温、不燃性和电绝缘等优良性能。可以制成优良的过滤材料，也可用于电机的绝缘纸。尤其将其制成纺织纤维，更由于其高强、轻质、耐高温的特点，可用来制成一些特殊的专用服装，如抗荷服、代偿服、作战服以及消防服等。但是，由于聚砜酰胺抗静电性能较差，所以如何提高聚砜酰胺树脂的综合性能是当今材料学科的重要颗题之一。
目前研究的重点大多数集中在如何提高聚合物的分子量上，尚未见到采用纳米技术制备聚砜酰胺与碳纳米管的复合材料的有关报道。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料。
本发明的目的之二在于提供该纳米复合材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料，其特征在于该复合材料以芳香二胺和对苯二甲酰氯为单体，碳纳米管的溶剂分散液为分散剂，经缩聚反应而形成的碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料；所述的两种单体芳香二胺和对苯二甲酰氯的组成及重量百分含量为：
芳香二胺  40～60％，对苯二甲酰氯  60～40％；
所述的碳纳米管的溶剂分散液为多壁碳纳米管和非离子表面活性剂按1：(1.2～1.5)的质量比分散在2-吡咯烷酮中形成的溶剂分散液，其中碳纳米管的质量为单体总质量的1～5％；
上述的碳纳米管的溶剂分散体中，碳纳米管的质量百分比浓度为1～5％之间。
上述的碳纳米管的的直径为8～15nm，长度不大于50μm。
上述的碳纳米管的溶剂分散体中的非离子表面活性剂为HLB值为11～13辛基酚聚氧乙烯醚和HLB值为5的乳化剂OP-4，按2∶3的质量比形成的混合型表面活性剂。
上述芳香二胺为对苯二胺、间苯二胺中的一种或两种。
上述对苯二胺为4’4二氨基二苯砜；所述的间苯二胺为3’3二氨基二苯砜。
一种制备上述的碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：
a.制备碳纳米管的溶剂分散液：将经过算处理的多壁碳纳米管用无离子水洗至PH值为6-7，真空干燥后，和非离子表面活性剂溶于2-吡咯烷酮中，超声分散60～90min，形成碳纳米管的溶剂分散体；
b.将步骤a所得碳纳米管的溶剂分散体加入到N，N—二甲基乙酰胺溶剂中，形成含有碳纳米管的混合溶剂；
c.将芳香二胺加入到步骤b所得混合溶剂中，并降温至-8℃～-10℃；形成碳纳米管与芳香二胺的混合分散液。
d.在步骤c所得混合分散液中加入对苯二甲酰氯，使其进行缩聚反应，反应时间为1～1.5小时，调节反应液的pH值为6—7，经过滤，即得碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料。
上述步骤d中调节反应液pH值所用的碱为氯化钙或氯化锂。
本发明中，典型的聚砜酰胺是由二氨基二苯砜和对苯二甲酰氯缩聚而成，其化学反应式为：
Figure A200910044848D00041
本发明采用了低温原位聚合的技术，先将碳纳米管的溶剂分散体加入到N，N—二甲基乙酰胺溶剂中，搅拌，形成含有碳纳米管的混合分散溶液；然后将芳香二胺加入到上述分散溶液中，形成碳纳米管与芳香二胺的混合分散液。最后加入另一个单体进行缩聚反应，使碳纳米管以纳米尺度均匀分散、镶嵌在聚砜酰胺树脂中，从而形成碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料。这种材料将无机物的刚性，尺寸稳定性和耐热性与有机聚合物的韧性和可加工性完美地结合了起来。可赋予材料许多采用传统方法所难以达到的优良性能。
本发明方法的优点是工艺简单，可操作性强，制作方便而且成本低廉。
附图说明
图1为碳纳米管在碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料中的透射电镜图。
具体实施方式
实施例一：
a.原料准备：主要原料为4’4二胺基二苯砜、3’3二胺基二苯砜，对苯二甲酰氯，碳纳米管的溶剂分散体，其浓度在1—5％之间。
b.碳纳米管的溶剂分散体的制备如下：
1)将一定量的多壁碳纳米管在质量浓度为68.0％的硝酸和质量浓度为98％的硫酸以体积比为1∶3的比例混合液中磁力搅拌3小时。
2)过滤后，用无离子水洗至pH值为6-7。
3)真空干燥。
4)将上述处理过的多壁碳纳米管2g，非离子表面活性剂3g，2-吡咯烷酮95g的组成的混合物，超声分散60～90min。形成碳纳米管的溶剂分散液。
c.在500ml的四颈反应器中，加入上述碳纳米管的溶剂分散液25g和275克N’N——二甲基乙酰胺溶剂，边搅拌边加入0.09mol(22.35克)的4’4二胺基二苯砜和0.03mol(7.5克)3’3二氨基二苯砜，冷却至-8℃一-10℃；在低温下继续搅拌30分钟。
d.在上述低温溶液中边搅拌边加入0.12mol(24.4克)的对苯二甲酰氯，高速搅拌使其进行缩聚反应；反应3分钟后关闭冷却泵，使其自然升温。
e.继续反应1小时后，加入氧化钙中和至pH值为6—7；最后经过过滤出料，即得产品。
参见图1，图1是碳纳米管在碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料中的透射电镜图；由图可非常清晰地看到碳纳米管在复合材料中以纳米尺寸均匀地分散在聚合物中。
所得产品经测试其电阻<103Ω因此，这种复合材料可制成优良的抗静电材料。也可以通过湿法纺丝的技术制成耐高温阻燃的导电纤维。

Claims (8)

1.一种碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料，其特征在于该复合材料以芳香二胺和对苯二甲酰氯为单体，碳纳米管的溶剂分散液为分散剂，经缩聚反应而形成的碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料；所述的两种单体芳香二胺和对苯二甲酰氯的组成及重量百分含量为：芳香二胺40～60％，对苯二甲酰氯60～40％；
所述的碳纳米管的溶剂分散液为多壁碳纳米管和非离子表面活性剂按1：(1.2～1.5)的质量比分散在2-吡咯烷酮中形成的溶剂分散液，其中碳纳米管的质量为单体总质量的1～5％；
2.根据权利要求1所述的碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料，其特征在于所述的碳纳米管的溶剂分散体中，碳纳米管的质量百分比浓度为1～5％之间。
3.根据权利要求1或2所述的碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料，其特征在于所述的碳纳米管的的直径为8～15nm，长度不大于50μm。
4.根据权利要求1所述的碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料，其特征在于所述的碳纳米管的溶剂分散体中的非离子表面活性剂为HLB值为11～13辛基酚聚氧乙烯醚和HLB值为5的乳化剂OP-4，按2∶3的质量比形成的混合型表面活性剂。
5.根据权利要求1所述的碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料，其特征在于所述芳香二胺为对苯二胺、间苯二胺中的一种或两种。
6.根据权利要求5所述的碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料，其特征在于所述对苯二胺为4’4二氨基二苯砜；所述的间苯二胺为3’3二氨基二苯砜。
7.一种制备根据权利要求1所述的碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：
a.制备碳纳米管的溶剂分散液：将经过算处理的多壁碳纳米管用无离子水洗至PH值为6-7，真空干燥后，和非离子表面活性剂溶于2-吡咯烷酮中，超声分散60～90min，形成碳纳米管的溶剂分散体；
b.将步骤a所得碳纳米管的溶剂分散体加入到N，N—二甲基乙酰胺溶剂中，形成含有碳纳米管的混合溶剂；
c.将芳香二胺加入到步骤b所得混合溶剂中，并降温至-8℃～-10℃；形成碳纳米管与芳香二胺的混合分散液。
d.在步骤c所得混合分散液中加入对苯二甲酰氯，使其进行缩聚反应，反应时间为1～1.5小时，调节反应液的pH值为6—7，经过滤，即得碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料。
8.根据权利要求7所述的碳纳米管/聚砜酰胺纳米复合材料的制备方法，其特征在于所述步骤d中调节反应液pH值所用的碱为氯化钙或氯化锂。
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