[发明专利]一种碳纳米球共聚改性PBO聚合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及改性PBO聚合物及其制备方法。

背景技术

聚对苯撑苯并二噁唑(Polyp-Phenylene-2，6-benzobisoxazole)，简称PBO，PBO纤维是由PBO聚合物通过液晶纺丝技术制得的一种高性能纤维。与其它高性能纤维相比，PBO纤维具有更高的比强度、比模量和耐热性、阻燃性，被誉为“21世纪的超级纤维”。据报道，PBO纤维产品现在的强度能达到5.8GPa，模量180GPa，在现有的化学纤维中最高；耐热温度达到600℃，在火焰中不燃烧、不收缩，耐热性和难燃性高于其它任何一种有机纤维。PBO纤维可应用于弹道导弹和复合材料的增强组分，纤维光缆的受拉件和光缆的保护膜；电热线、等各种软线的增强纤维；绳索和缆绳等高拉力材料；高温过滤用耐热过滤材料；导弹和子弹的防护设备、防弹背心、防弹头盔和高性能航行服；航空航天用材料等各个领域。但是，PBO纤维的刚性结构，柔性差，其弹性模量为180GPa，使其应用受到了很大的限制。

发明内容

本发明是要解决现有的PBO纤维柔性差的技术问题，而提供一种碳纳米球共聚改性PBO聚合物及其制备方法。

本发明的一种碳纳米球共聚改性PBO聚合物的结构表示式为：其中A表示碳纳米球，r表示连接在碳纳米球表面的链的数目，其中r＝2～10，n表示PBO的聚合度，其中n＝30～100。

上述的碳纳米球共聚改性PBO聚合物的制备方法按以下步骤进行：

一、将葡萄糖水溶液放入具有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在温度为160～180℃的条件下水热反应8～24h，所得产物经离心后得到的固相物，固相物经水、乙醇洗涤后，放入温度为80～90℃的干燥箱中干燥10h，得到碳纳米球；其中葡萄糖中葡萄糖与水的质量比为1：(5～10)；

二、在氮气氛保护下、将五氧化二磷加至磷酸中，搅拌溶解，得到多聚磷酸溶液；

三、将步骤一制备的碳纳米球、步骤二制备的多聚磷酸溶液、4,6-氨基间苯二酚盐酸盐和对苯二甲酸分别准备好；

四、将碳纳米球加入到多聚磷酸溶液中，搅拌0.5～1h，得碳纳米球的分散溶液；

五、将4,6-氨基间苯二酚盐酸盐加入到碳纳米球的分散溶液中，在搅拌条件下升温至87～93℃，得到混合溶液；

六、将对苯二甲酸加入到混合溶液中，先升温至80～100℃并搅拌4h～5h，然后再升温至115～124℃并搅拌反应20～24h，之后补加P₂O₅使体系中多聚磷酸的质量百分浓度保持83％～86％范围内，搅拌2～3h，最后升温到150～163℃，聚合反应20～24h，得到碳纳米球共聚改性PBO聚合物。

本发明的碳纳米球共聚改性PBO聚合物的制备过程以为例进行说明，该制备过程可用图1中的式子表示，图1中m、n、s和k均表示聚合度，聚合度为30～100。

本发明采用碳纳米球对PBO进行共聚改性，利用碳纳米球表面附有的大量羟基基团，将碳纳米球与PBO共聚，PBO分子链与碳纳米球连接在一起，从而提高PBO纤维的弹性模量。本发明的碳纳米球共聚改性PBO聚合物的抗拉强度为5～7GPa，弹性模量为240～245GPa，柔性好，而且制备方法简单，可用于纺织领域制作防弹衣。

附图说明

图1为的制备过程表示式图；

图2是试验1步骤一制备的碳纳米球的扫描电镜照片；

图3是试验1制备的碳纳米球共聚改性PBO聚合物的傅立叶红外吸收光谱图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种碳纳米球共聚改性PBO聚合物的结构表示式为：其中A表示碳纳米球，r表示连接在碳纳米球表示的链的数目，其中r＝2～10，n表示PBO的聚合度，其中n＝30～100。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是r＝3～6、n＝40～60。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：具体实施方式一碳纳米球共聚改性PBO聚合物的制备方法按以下步骤进行：

一、将葡萄糖水溶液放入具有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在温度为160～180℃的条件下水热反应8～24h，所得产物经离心后得到的固相物，固相物经水、乙醇洗涤后，放入温度为80～90℃的干燥箱中干燥10h，得到碳纳米球；其中葡萄糖中葡萄糖与水的质量比为1：(5～10)；

二、在氮气氛保护下、将五氧化二磷加至磷酸中，搅拌溶解，得到多聚磷酸溶液；