[发明专利]一种高强度聚合物纳米带及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米带制备技术领域，更具体的涉及一种高强度聚合物纳米带及其制备方法。

背景技术

目前，复合材料中用来做加强材料的形貌通常是纤维、纳米线、纳米管、纳米带和纳米片等形貌，其中纤维是采用纺丝方法制备的，而其他四种形貌的加强材料制备方法多样，但总体而言都很复杂。除了少数低熔点的聚合物能采用干法纺丝，大多数聚合物都只能采用湿纺纺丝，需要用到大量溶剂，一方面增加了原料成本，另一方面增加了工艺成本。纳米线和纳米管的合成一般采用高温化学气相沉积法，工艺复杂、产量较低。

现有技术中纳米带的制造方法多种多样，如Liu等人公开报道了一种聚苯乙炔纳米带阵列的制备方法：在聚四氟乙烯反应釜中加入纳米铜催化剂和苯乙炔，密封后升温到180℃，苯乙炔气化后在纳米铜催化剂表面聚合形成聚苯乙炔纳米带阵列，但是该方法制备纳米带的工艺过程较为复杂，且制备的纳米带强度较低。另有发明专利CN200410011173.X公开了一种聚邻苯胺纳米带的制备方法：采用邻苯二胺为原料，以硝酸银、氯金酸或者三氯化铁为氧化剂，将邻苯二胺与氧化剂按照一定摩尔比混匀后静置，即得到聚邻苯胺纳米带，该方法制备的聚邻苯胺纳米带虽然导电性好，但是由于其分子量较低，难以成为高强度的加强材料。 

发明内容

本发明基于上述现有技术问题，创造性地提出一种高强度聚合物纳米带及其制备方法，采用两种单体缩聚形成全碳梯形聚合物，这种聚合物在其形成的过程中自发生成纳米带，无需模板剂和后续处理，为高强度纳米带的合成提供了一种新的技术思路和解决方法。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种聚合物纳米带，通过在聚合物的缩聚形成过程中自发生成纳米带，所述聚合物的结构通式为：

其中R=NH₂、OH、烷氧基或烷基，烷氧基选自甲氧基或乙氧基，烷基选自甲基或乙基。

进一步的根据本发明所述的聚合物纳米带，其中所述聚合物的分子链弹性模量处于350-600 GPa。

一种聚合物纳米带的制备方法，包括以下步骤：

（1）将第一反应单体和第二反应单体溶解在溶剂中并加入催化剂，其中第一反应单体的结构通式如下：

其中R=NH₂、OH、烷氧基或烷基，烷氧基选自甲氧基或乙氧基，烷基选自甲基或乙基，第二反应单体选自二氯甲烷、丙酮或甲醛；

（2）搅拌反应预定时间后转入反应釜，在高温条件下聚合预定时间；

（3）自然冷却后过滤、洗涤、干燥，形成所述聚合物纳米带。

进一步的根据本发明所述聚合物纳米带的制备方法，其中步骤（1）的具体过程为将第一反应单体溶解在溶剂中，然后加入催化剂，搅拌均匀后加入第二反应单体。

进一步的根据本发明所述聚合物纳米带的制备方法，其中步骤（1）中的所述催化剂选自三氟化硼、三氯化铝或常见酸中的一种，步骤（1）中的所述溶剂选自硝基苯、水或乙醇。

进一步的根据本发明所述聚合物纳米带的制备方法，其中所述催化剂选自三氟化硼或三氯化铝，所述溶剂选自硝基苯。

进一步的根据本发明所述聚合物纳米带的制备方法，其中所述催化剂选自盐酸、硫酸或醋酸，所述溶剂选自水或乙醇。

进一步的根据本发明所述聚合物纳米带的制备方法，其中所述第一反应单体与第二反应单体间物质的量的关系为1:2-1:2.5，所述催化剂在溶剂中的浓度为0.8-3mol/L，且催化剂在溶剂中的浓度为第一反应单体在溶剂中浓度的10倍左右。

进一步的根据本发明所述聚合物纳米带的制备方法，其中步骤（2）中，搅拌反应预定时间为2小时左右，所述反应釜为聚四氟乙烯反应釜，聚合反应温度在50-250℃，聚合反应时间为12小时左右。

进一步的根据本发明所述聚合物纳米带的制备方法，其中所制备的聚合物纳米带的分子链弹性模量大于350 GPa。

通过本发明的技术方案至少能够达到以下技术效果：

1）、本发明所制备的聚合物纳米带强度高，具有优异的力学性能，能够很好地在复合材料中用作加强材料。

2）、本发明所提供的聚合物纳米带的制备工艺简单，容易实现，便于工业化生产，为高强度纳米带的合成提供了一种新的技术思路和解决方法，具有较广的市场前景。

附图说明

附图1为本发明实施方式之一所制备的聚合物纳米带的扫描电镜照片。

具体实施方式