[发明专利]强碱性碳纳米管-石墨烯复合离子交换树脂材料及其制备方法

说明书

本发明涉及强碱性碳纳米管‑石墨烯复合离子交换树脂材料及其制备方法，复合离子交换树脂中基体与碳纳米管/石墨烯之间以共价键的形式结合。本发明通过采用以重量百分比计包括以下组分：(a)75～90份的聚合单体；(b)5～15份的共聚单体；(c)0.1～10份的碳纳米管；(d)0.1～10份的石墨烯。该技术方案很好的提高了复合离子交换树脂的热分解温度及抗溶胀性能，未来可用于强碱性复合离子交换树脂材料的工业生产和应用中。

技术领域

本发明涉及一种强碱性碳纳米管-石墨烯复合离子交换树脂材料及其制备方法。

背景技术

苯乙烯系离子交换树脂是一种重要的固体催化剂，已经广泛的应用在工业催化领域，如酯化，烷基化和水解反应等。随着应用技术的不断提高，工业生产和应用中对树脂的性能提出了更高的要求，如耐高温、耐高压、耐高辐射等。为了解决苯乙烯系树脂耐温性差这一问题，许多研究者提出将纳米材料添加进树脂中，以提高其各项性能。

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成的单层片状结构的新材料，具有优异的物理化学性能，如石墨烯的弹性模量可达1TPa，强度130GPa。当前，将石墨稀与聚合物复合制备高性能聚合物基纳米复合材料已成为石墨烯研究和应用的热点。碳纳米管是由石墨烯片卷曲成的一维管状结构，同样具有超高机械力学性能和热、电性能，在纳米复合材料的应用研究中一直占据着重要的地位。碳纳米管和石墨烯作为具有优异性能的纳米材料，其与离子交换树脂的复合材料也得到了一些研究。如专利CN 102372830A强碱性碳纳米管复合树脂及其制备方法公布了将碳纳米管作为添加相制备碳纳米管复合离子交换树脂的方法；专利CN 104926975A强碱性复合树脂材料及其制备方法公开了通过溶液插层法制备强碱性石墨烯复合阴离子交换树脂材料的方法。这些制备方法通常会面临石墨烯和碳纳米管在基体中分散不均，易发生团聚等问题，使复合材料性能的提升有限，限制了其应用。

无论是石墨烯和碳纳米管，由于它们自身的小尺寸效应和表面效应，加上强范德华力的作用，很容易在聚合物基体内部发生团聚，导致在基体中分散不均匀；另一方面由于石墨烯和碳纳米管表面具有的疏水性和化学惰性，导致它们与聚合物基体的相容性较差，复合材料的界面结合强度比较低，使纳米材料不能很好的在材料中发挥作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一提供一种耐热性能好、抗溶胀性能好、纳米填料分散性好的复合树脂材料，可用于苯乙烯系复合离子交换树脂材料的工业生产和应用中。

本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的用于强碱性碳纳米管-石墨烯复合离子交换树脂材料的制备方法。

为了解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案为：

一种强碱性碳纳米管-石墨烯复合离子交换树脂材料，所述复合离子交换树脂中基体与石墨烯之间以共价键的形式结合、基体与碳纳米管之间以共价键的形式结合。

上述技术方案中，优选地，所述复合离子交换树脂中基体与石墨烯之间以共价键的形式结合、基体与碳纳米管之间以酯基的形式结合。

上述技术方案中，优选地，所述碳纳米管/石墨烯-苯乙烯系衍生物化合物为碳纳米管-苯乙烯系衍生物化合物和石墨烯-苯乙烯系衍生物化合物的混合物，所述混合物中，碳纳米管-苯乙烯系衍生物化合物与石墨烯-苯乙烯系衍生物化合物的质量比为1:0.1～20，较为优选地，为1:1～10。

上述技术方案中，优选地，所述强碱性碳纳米管-石墨烯复合离子交换树脂材料，以重量百分比计包括以下组分：

(a)75～90份的聚合单体；

(b)5～15份的共聚单体；

(c)0.1～10份碳纳米管/石墨烯-苯乙烯系衍生物化合物；所述碳纳米管/石墨烯-苯乙烯系衍生物化合物中苯乙烯系衍生物与石墨烯、苯乙烯系衍生物与碳纳米管之间以酯基的形式结合。