[发明专利]制备掺入碳纳米管的芳族聚酰胺聚合物的方法

说明书

发明领域

本发明涉及制备包含芳族聚酰胺聚合物和碳纳米管的组合物的方法，并涉及所得的组合物以及含有所述组合物的制品。

发明背景

碳纳米管具有细长的管身，其在环状面上通常仅为几个原子。这些碳纳米管是中空的，并且通常具有线状富勒烯结构。碳纳米管的长度可能是其直径的数千倍或数百万倍。单壁碳纳米管和多壁碳纳米管在本领域都是已知的。

已知碳纳米管拥有强度、重量以及导电率的独特组合。

美国专利6,872,403公开了一种由聚甲基丙烯酸甲酯基质制成并由碳纳米管扩充的合成树脂。该树脂据称可在骨组织中用作骨水泥以用于人工关节、假牙和/或牙齿修复固定。

发明概述

在一个实施方案中，本发明涉及制备芳族聚酰胺聚合物溶液的方法，该溶液具有分散在其中的碳纳米管，所述方法包括：

提供第一分散体，所述第一分散体包含处于第一溶剂中的碳纳米管和载体聚合物；

提供包含芳族二胺和任选地第二溶剂的第一溶液，所述芳族二胺具有的电子亲和势低于载体聚合物的电子亲和势；

将第一溶液加入到第一分散体中以形成第二分散体；

向第二分散体中加入芳族二元酸或芳族二酰氯；

使芳族二元酸或芳族二酰氯与芳族二胺聚合，以形成处于第一芳族聚酰胺溶液中的包含碳纳米管的芳族聚酰胺聚合物或共聚物；

分离包含碳纳米管的芳族聚酰胺聚合物或共聚物；

将包含碳纳米管的芳族聚酰胺聚合物或共聚物溶于第三溶剂中以形成第二芳族聚酰胺溶液。

本发明还涉及由本文所公开的方法制备的组合物，并涉及包含此类组合物的制品。

例证性实施方案的详细描述

在一个实施方案中，本发明涉及制备芳族聚酰胺聚合物溶液的方法，该溶液具有分散在其中的碳纳米管，所述方法包括：

提供第一分散体，所述第一分散体包含处于第一溶剂中的碳纳米管和载体聚合物；

提供包含芳族二胺和任选的第二溶剂的第一溶液，该芳族二胺具有的电子亲和势低于载体聚合物的电子亲和势；

将第一溶液加入到第一分散体中以形成第二分散体；

向第二分散体中加入芳族二元酸或芳族二酰氯；

使芳族二元酸或芳族二酰氯与芳族二胺聚合，以形成处于第一芳族聚酰胺溶液中的包含碳纳米管的芳族聚酰胺聚合物或共聚物；

分离包含碳纳米管的芳族聚酰胺聚合物或共聚物；

将包含碳纳米管的芳族聚酰胺聚合物或共聚物溶于第三溶剂中以形成第二芳族聚酰胺溶液。

应该指出，第一溶液可包含无任何溶剂存在的芳族二胺。换句话讲，“第一溶液”可为纯的芳族二胺。然而，在一些实施方案中，任选的第二溶剂可以实现更好地控制向第一分散体中加入芳族二胺。

在一些实施方案中，芳族二胺包括下列的一种或多种：对苯二胺、间苯二胺、4，4′-联苯二胺、3，3′-联苯二胺、3，4′-联苯二胺、4，4′-二苯醚二胺、3，3′-二苯醚二胺、3，4′-二苯醚二胺和4，4′-磺酰基联苯二胺、以及它们的混合物。

芳族二元酸和二酰氯包括对苯二甲酸、间苯二甲酸、2，6-萘二甲酸、2，6-萘二甲酰氯、间苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯、以及由下式表示的化合物：

其中Z为OH或Cl，Y为-O-或-SO₂-。

在一些实施方案中，芳族二元酸或芳族二酰氯为对苯二甲酸、间苯二甲酸、2，6-萘二甲酸、4，4′-二苯醚二甲酸、3，3′-二苯醚二甲酸、4，4′-磺酰基二苯甲酸、3，3′-磺酰基二苯甲酸、3，4′-磺酰基二苯甲酸、4，4′-二苯甲酸、3，3′-二苯甲酸、3，4′-二苯甲酸、以及它们的混合物。此外，也可利用羧酸的二酰氯类似物。这些类似物包括2，6-萘二甲酰氯、对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、4，4′-二苯醚二甲酰氯、3，3′-二苯醚二甲酰氯、4，4′-磺酰基二苯甲酰氯、3，3′-磺酰基二苯甲酰氯、3，4′-磺酰基二苯甲酰氯、4，4′-二苯甲酰氯、3，3′-二苯甲酰氯、3，4′-二苯甲酰氯。

一些实施方案涉及包含对苯二胺的芳族聚酰胺聚合物或共聚物。

碳纳米管可包含单壁或多壁碳纳米管、或它们的混合物。在一些实施方案中，碳纳米管包含50％至100％的多壁碳纳米管。在某些实施方案中，掺入到聚合物中的纳米管具有大于100∶1的平均纵横比。在一些实施方案中，碳纳米管的平均长度大于50纳米，并且在一些实施方案中大于100纳米。在某些实施方案中，碳纳米管以低于逾渗阈值的浓度存在。