CN101717519A - 碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种纳米复合材料技术领域的碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物及其制备方法，包括：通过超声将多壁碳纳米管分散到盛有甲烷磺酸和五氧化二磷混合溶液的反应器中，然后加入4，4’-二苯醚二甲酸进行加温搅拌和氮气保护处理，获得功能性多壁碳纳米管溶液；加入3，3’-二氨基联苯胺并进行加温反应后，将反应器置于冰水中，依次经过碱洗、水洗和真空干燥处理得到碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物。本发明通过一步法合成的1％碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物比纯的苯并咪唑聚合物，热重损失5％时的温度高出50-70摄氏度，拉伸强度比纯的苯并咪唑聚合物高出40％，其屈服强度高出近60％。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种纳米复合材料技术领域的产品及其制备方法，具体是一种碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物及其制备方法。
背景技术
碳纳米管(CNTs)是由碳原子组成的单层或多层筒状的类石墨烯片层结构构成，分为单壁(SMWTs)和多壁(MWNTs)碳纳米管。近年来，碳纳米管因其独特的结构特征和优异的物化性能备受关注，其中，基于碳纳米管的聚合物纳米复合物已经成为材料科学研究中的热点之一。将碳纳米管引入聚合物基体，可以得到高性能的聚合物纳米复合材料。目前制备碳管增强聚合物的方法有两种：一是将碳纳米管和聚合物进行物理共混，由于碳管和聚合物基体的相容性差，导致碳管在聚合物基体的团聚，从而影响碳管对聚合物性能的提高：二是碳纳米管功能化后(连接相应的官能团)和聚合物复合，这种方法可以有效的改善碳管和聚合物之间的相容性，提高碳管对聚合物的增强效果。
聚苯并咪唑(PBI)具有优异的热和化学稳定性，在航空航天、微电子和半导体等很多领域得到了应用，本专利采用了一釜分批加料法或者同步加料法将多壁碳纳米管(MWNTs)功能化与在位聚合等反应步骤融合在一起，在不影响PBI的韧性同时，极大提高了其模量和拉伸强度，为PBI在高性能复合材料方面的应用赋予了潜在的价值。
经过对现有技术的检索发现，2004年Tan课题组在Covalent modification ofvapour-grown carbon nanofibers via direct Friedel-Crafts acylation inpolyphosphoric acid(通过傅克酰基化反应在多聚磷酸中对气相生成的碳纳米纤维进行共价改性)，J.Mater.Chem.，2004，14，2052-2056文献中首次以多聚磷酸为介质，利用傅克酰基化反应，将气相生成的碳纳米纤维进行共价改性，之后又成功将聚醚酮接枝到碳纳米管上，但是该法需要的反应时间较长。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物及其制备方法，进一步提高苯并咪唑聚合物的热力学性能，同时制备方法的工艺步骤简单，具有规模化生产的条件。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过在甲烷磺酸溶液中，首先通过Friedel-Crafts(F-C)反应用单体之一4，4’-二苯醚二甲酸(DCDPE)功能化MWNTs，然后加入另一单体3，3’-二氨基联苯胺(DAB)，原位聚合得到MWNT-g-OPBI/OPBI复合物。
本发明涉及碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物，其结构式为：
其中：n为聚合度，其取值范围为20～50，MWNT为多壁碳纳米管(multiwalled carbonnanotube)。
本发明涉及上述碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物的制备方法，包括以下步骤：
第一步、通过超声将多壁碳纳米管分散到盛有甲烷磺酸和五氧化二磷混合溶液的反应器中，然后加入4，4’-二苯醚二甲酸进行加温搅拌和氮气保护处理，获得功能性多壁碳纳米管溶液。
所述的甲烷磺酸和五氧化二磷混合溶液中甲烷磺酸和五氧化二磷的质量比为10∶1，其中多壁碳纳米管的质量百分比含量为0.1％～2％。
所述的加温搅拌是指：并于80～100℃下进行机械搅拌；
所述的氮气保护处理是指：在氮气保护环境下反应4～12h；
第二步、向功能性多壁碳纳米管溶液中加入3，3’-二氨基联苯胺并进行加温反应后，将反应器置于冰水中，依次经过碱洗、水洗和真空干燥处理得到碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物。
所述的3，3’-二氨基联苯胺的摩尔数与4，4’-二苯醚二甲酸相同；
所述的加温反应是指：在140℃环境下反应40～120min。
本发明通过氮气氛围中的热重分析，一步法合成的1％碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物比纯的苯并咪唑聚合物，热重损失5％时的温度高出50-70摄氏度，由此表明前者具有更高的热稳定性。此外，碳管含量为1％的碳管增强聚苯并咪唑复合物其拉伸强度比纯的苯并咪唑聚合物高出40％，其屈服强度高出近60％，展现了优异的机械性能。
附图说明
图1为实施例核磁氢谱示意图；
其中：a和b分别是实施例1多壁碳纳米管接枝聚苯并咪唑(MWNT-g-OPBI)以及聚苯并咪唑(OPBI)的核磁氢谱。
图2为实施例透射电镜图；
其中：a和b分别是实施例1多壁碳纳米管和多壁碳纳米管接枝聚苯并咪唑的透射电镜图片。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
于150ml的三口烧瓶中，依次加入45g提前溶好的甲烷磺酸和五氧化二磷(10g/1g)的溶液，0.0024g多壁碳纳米管以及1.2912g 4，4’-二苯醚二甲酸，超声60min，然后在机械搅拌，氮气保护下，于80℃下反应12h。冷却至室温后，加入1.0713g 3，3’-二氨基联苯胺，继续于机械搅拌，氮气保护下，140℃反应120min。停止反应，将蓝黑色反应溶液缓慢倒入冰水中，去离子水洗后，用碳酸氢钠溶液于60℃下搅拌36h，再换成去离子水60℃下搅拌3h，最后在真空烘箱120℃下干燥12h即得到目标产物黑色纤维状固体。
将上述产物用二甲亚砜索氏提取5天，得到黑色粉末状固体多壁碳纳米管接枝聚苯并咪唑。
本实施例制备所得的碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物，其结构式为：
其中：n为20～50。
图1a和b分别为多壁碳纳米管接枝聚苯并咪唑和聚苯并咪唑的核磁谱图，采用氘代的二甲亚砜为溶剂。a图和b图中的特征化学位移完全一致，强有力的证明了聚苯并咪唑的分子链成功接枝到多壁碳纳米管上。
图2a和b分别为多壁碳纳米管和多壁碳纳米管接枝聚苯并咪唑的透射电镜图片，于a图中光滑的碳纳米管对比，b图中的碳纳米管明显的包裹了一层聚合物，厚度在3-10nm，为聚苯并咪唑成功接枝到多壁碳纳米管上提供了直接的证据。
实施例2
于150ml的三口烧瓶中，依次加入27g提前溶好的甲烷磺酸和五氧化二磷(10g/1g)的溶液，0.0118g多壁碳纳米管以及1.2912g 4，4’-二苯醚二甲酸，超声30min，然后在机械搅拌，氮气保护下，于100℃下反应4h。冷却至室温后，加入1.0713g 3，3’-二氨基联苯胺，继续于机械搅拌，氮气保护下，140℃反应60min。停止反应，将蓝黑色反应溶液缓慢倒入冰水中，去离子水洗后，用碳酸氢钠溶液于60℃下搅拌36h，再换成去离子水60℃下搅拌3h，最后在真空烘箱120℃下干燥12h即得到目标产物黑色纤维状固体。
本实施例制备所得的碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物，其结构式为：
其中：n为20～50。
实施例3
于150ml的三口烧瓶中，依次加入21g提前溶好的甲烷磺酸和五氧化二磷(10g/lg)的溶液，0.0236g多壁碳纳米管以及1.2912g 4，4’-二苯醚二甲酸，超声30min，然后在机械搅拌，氮气保护下，于100℃下反应4h。冷却至室温后，加入1.0713g 3，3’-二氨基联苯胺，继续于机械搅拌，氮气保护下，140℃反应40min。停止反应，将蓝黑色反应溶液缓慢倒入冰水中，去离子水洗后，用碳酸氢钠溶液于60℃下搅拌36h，再换成去离子水60℃下搅拌3h，最后在真空烘箱120℃下干燥12h即得到目标产物黑色纤维状固体。
本实施例制备所得的碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物，其结构式为：
其中：n为20～50。
碳纳米管增强聚苯并咪唑(MWNT-g-OPBI/OPBI)复合物具有更加优异的热稳定性、化学稳定性以及高强度高模量等良好的机械性能，在航空航天、微电子和半导体等很多领域会有更加广泛且深入的应用。
Claims (7)
1.一种碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物，其特征在于，其结构式为：
其中：n为聚合度，其取值范围为20～50，MWNT为多壁碳纳米管。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、通过超声将多壁碳纳米管分散到盛有甲烷磺酸和五氧化二磷混合溶液的反应器中，然后加入4，4’-二苯醚二甲酸进行加温搅拌和氮气保护处理，获得功能性多壁碳纳米管溶液；
第二步、向功能性多壁碳纳米管溶液中加入3，3’-二氨基联苯胺并进行加温反应后，将反应器置于冰水中，依次经过碱洗、水洗和真空干燥处理得到碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物。
3.根据权利要求2所述的碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物的制备方法，其特征是，所述的甲烷磺酸和五氧化二磷混合溶液中甲烷磺酸和五氧化二磷的质量比为10∶1，其中多壁碳纳米管的质量百分比含量为0.1％～2％。
4.根据权利要求2所述的碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物的制备方法，其特征是，所述的加温搅拌是指：并于80～100℃下进行机械搅拌。
5.根据权利要求2所述的碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物的制备方法，其特征是，所述的氮气保护处理是指：在氮气保护环境下反应4～12h。
6.根据权利要求2所述的碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物的制备方法，其特征是，所述的3，3’-二氨基联苯胺的摩尔数与4，4’-二苯醚二甲酸相同。
7.根据权利要求2所述的碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物的制备方法，其特征是，所述的加温反应是指：在140℃环境下反应40～120min。
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|---|---|---|---|---|
| CN102061109A (zh) * | 2010-12-10 | 2011-05-18 | 华东理工大学 | 苯并唑类功能化的石墨烯杂化材料的制备方法 |
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102061109A (zh) * | 2010-12-10 | 2011-05-18 | 华东理工大学 | 苯并唑类功能化的石墨烯杂化材料的制备方法 |
| CN102061109B (zh) * | 2010-12-10 | 2013-04-10 | 华东理工大学 | 苯并唑类功能化的石墨烯杂化材料的制备方法 |
| CN102199277A (zh) * | 2011-03-16 | 2011-09-28 | 上海交通大学 | 碳纳米管增强聚醚胺复合物及其制备方法 |
| CN102199277B (zh) * | 2011-03-16 | 2012-09-19 | 上海交通大学 | 碳纳米管增强聚醚胺复合物及其制备方法 |
| CN102199334A (zh) * | 2011-04-14 | 2011-09-28 | 上海交通大学 | 聚苯并咪唑功能化碳管增强酸化聚醚胺复合物的制备方法 |
| CN102199334B (zh) * | 2011-04-14 | 2012-09-05 | 上海交通大学 | 聚苯并咪唑功能化碳管增强酸化聚醚胺复合物的制备方法 |
| CN117757119A (zh) * | 2024-01-05 | 2024-03-26 | 沧州兆阳纸塑包装有限公司 | 一种防水改性聚乙烯膜复合材料的制备方法 |
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