[发明专利]一种单壁碳纳米管接枝改性聚[2,5-二羟基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑]的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种接枝改性聚[2，5-二羟基-1，4-苯撑吡啶并二咪唑]的方法。 

背景技术

高性能有机纤维具有低密度、高强度、高模量等优异性能，因而在航空、航天、武器军备等领域得到了广泛应用。随着科技的发展，人们对高强高模纤维提出了更高的要求，而使用碳纳米管增强改性有机纤维已得到人们的普遍认同，并迅速发展成该领域的研究热点。单壁碳纳米管(SWNT)作为刚性的纳米级管状增强体，通过与聚合物共价连接形成纳米复合材料，可解决传统短纤增强复合材料中的增强体末端应力聚集这一严重问题，使复合纤维的力学性能大为提高。另外，由于SWNT具有典型的纳米管状中空结构，必然降低所得复合纤维的密度，从而获得极高比强度的复合纤维。 

聚[2，5-二羟基-1，4-苯撑吡啶并二咪唑](PIPD)是材料学家从结构与性能关系出发进行分子设计的产物。PIPD纤维是目前综合性能最高的有机纤维，它具有高比强度、高比模量、高抗冲击性、高表面极性、良好的界面粘结性能、热绝缘性、超强的耐热性能、独特的高抗压缩强度、优良的耐候性等优异性能。以上优良的特性使得高性能PIPD纤维受到世界各国的广泛重视。高性能PIPD纤维的研发及量产已成为满足国家重大工程和引领传统产业升级换代的迫切需求，对于加快我国新材料战略性新兴产业培育和发展具有重要意义。PIPD纤维性能优良，但是其实际的力学性能较之理论力学性能仍有较大差距。采用SWNT增强改性PIPD纤维能显著提高其力学性能。但是，将碳纳米管作为增强体添加到PIPD纤维中不可避免存在着易于团聚、难以分散等问题。同时由于PIPD聚合体系粘度大、搅拌困难，使SWNT与PIPD之间难以形成稳定的共价连接。 

发明内容

本发明的目的是提供一种单壁碳纳米管接枝改性聚[2，5-二羟基-1，4-苯撑吡啶并二咪唑]的方法，解决单壁碳纳米管在聚[2，5-二羟基-1，4-苯撑吡啶并二咪唑]基体中易于团聚、难以分散、难以与聚[2，5-二羟基-1，4-苯撑吡啶并二咪唑]形成稳定共价连接的问题。 

本发明的一种单壁碳纳米管接枝改性聚[2，5-二羟基-1，4-苯撑吡啶并二咪唑]的方法是通过以下步骤实现的：一、对单壁碳纳米管进行羧基化处理，得羧基化单壁碳纳米管； 

二、羧基化单壁碳纳米管接枝改性聚[2，5-二羟基-1，4-苯撑吡啶并二咪唑]：a、将五氧化二磷加至磷酸中，搅拌溶解得多聚磷酸溶液，其中五氧化二磷与磷酸的质量比为1∶1～2；b、 将步骤一得到的羧基化单壁碳纳米管加入a步骤制备的多聚磷酸溶液中，搅拌0.5～2小时，得羧基化单壁碳纳米管分散液，步骤一得到的羧基化单壁碳纳米管与a步骤制备的多聚磷酸溶液的质量比为1∶50～1000；c、将聚[2，5-二羟基-1，4-苯撑吡啶并二咪唑]与甲磺酸混合搅拌4～24小时，得聚[2，5-二羟基-1，4-苯撑吡啶并二咪唑]溶液，其中聚[2，5-二羟基-1，4-苯撑吡啶并二咪唑]与甲磺酸的质量比为1∶20～100；d、将b步骤得到的羧基化单壁碳纳米管分散液与c步骤得到的聚[2，5-二羟基-1，4-苯撑吡啶并二咪唑]溶液按照质量比为1∶1～2的比例混合，然后在100℃～180℃温度下搅拌反应12～48小时，得反应产物，将反应产物水洗后干燥，得羧基化单壁碳纳米管接枝改性聚[2，5-二羟基-1，4-苯撑吡啶并二咪唑]。 

本发明步骤一中对单壁碳纳米管进行羧基化处理的方法是采用现有公开处理方法处理即可。 

本发明步骤二中的c步骤中所述的聚[2，5-二羟基-1，4-苯撑吡啶并二咪唑]是采用现有公开的制备方法得到的，如授权公开号为CN101418073，专利号为200810137342.4的聚(2，5-二羟基-1，4-苯撑吡啶并二咪唑)的制备方法的专利中记载的制备方法。 

本发明步骤二的a步骤中磷酸浓度为85％。 

本发明步骤二的d步骤中将反应产物水洗后干燥，水洗方法为：将反应产物加入水中，在搅拌速度为100～1000转/分钟的条件下水洗6～36小时，控制反应产物与水的体积比为1∶100～1000。