[发明专利]改性碳纳米纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种改性碳纳米纤维及其制备方法和应用。该改性碳纳米纤维的制备方法包括如下步骤：在第一基底上形成碳纳米管阵列；在第二基底上形成高分子聚合物，高分子聚合物为2‑恶唑啉类单体与含氮杂环类单体的共聚物；及在保护性气体氛围下，对第一基底及第二基底进行紫外光照射处理，以使高分子聚合物和碳纳米管阵列进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列，将改性碳纳米管阵列进行纺丝，得到碳纳米管纤维；在碳纳米管纤维上喷涂前驱体并于保护气体氛围下反应，得到改性碳纳米纤维，前驱体选自环氧树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂及聚苯乙烯树脂中的至少一种。上述制备方法得到的改性碳纳米纤维能够用于制备抗变形能力较好的布料。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别是涉及一种改性碳纳米纤维及其制备方法和应用。

背景技术

碳纳米管纤维是通过碳纳米管经过纺丝制备得到，具有许多异常的力学、电学和化学性能，被广泛应用于中生活和生产的各个领域，例如化妆品、涂料及能源等。尤其是在纺织行业，碳纳米管纤维具有非常广阔的使用前景。然而，传统的碳纳米管纤维制备的布料的抗变形能力较差，不能满足实际需要。

发明内容

基于此，有必要提供一种改性碳纳米纤维的制备方法，该制备方法得到的改性碳纳米纤维能够用于制备抗变形能力较好的布料。

此外，还提供一种改性碳纳米纤维及其制备方法和应用。

一种改性碳纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：

在第一基底上形成碳纳米管阵列；

在第二基底上形成高分子聚合物，所述高分子聚合物为2-恶唑啉类单体与含氮杂环类单体的共聚物，所述2-恶唑啉类单体选自2-异丙烯基-2-恶唑啉及4,4'-二甲基-2-乙烯基-2-恶唑啉中的至少一种，所述含氮杂环类单体为N-乙烯基吡咯烷酮；

在第一保护性气体氛围下，对形成有所述碳纳米管阵列的所述第一基底及形成有所述高分子聚合物的所述第二基底进行紫外光照射处理，以使所述高分子聚合物和所述碳纳米管阵列进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列；

将所述改性碳纳米管阵列进行纺丝，得到碳纳米管纤维；

在所述碳纳米管纤维上喷涂前驱体，并在第二保护性气体氛围下于140℃～160℃反应，得到改性碳纳米纤维，所述前驱体选自环氧树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂及聚苯乙烯树脂中的至少一种。

上述改性碳纳米纤维的制备方法，采用紫外光将高分子聚合物接枝到碳纳米管阵列的表面，并且高分子聚合物为2-恶唑啉类单体与含氮杂环类单体的共聚物，2-恶唑啉类单体选自2-异丙烯基-2-恶唑啉及4,4'-二甲基-2-乙烯基-2-恶唑啉中的至少一种，含氮杂环类单体为N-乙烯基吡咯烷酮，得到易于分散的改性碳纳米管阵列，并通过在由该改性碳纳米管制成的碳纳米管纤维上喷涂前驱体，前驱体选自环氧树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂及聚苯乙烯树脂中的至少一种，使得前驱体与高分子聚合物的-NCO(异氰酸基)反应而形成保护膜，以使得到的改性碳纳米纤维能能够制作抗形变能力较强的布料。经试验验证，上述制备方法得到的改性碳纳米纤维的杨氏模量为545GPa～730GPa，抗形变能力较强，由该改性碳纳米纤维制备的布料的杨氏模量为540GPa～640GPa，也具有较强的抗形变能力。

在其中一个实施例中，所述在所述碳纳米管纤维上喷涂前驱体，并在第二保护性气体氛围下于140℃～160℃反应的步骤中，反应时间为1h～2h。

在其中一个实施例中，所述高分子聚合物的重均分子量为3500～30000；及/或，

所述2-恶唑啉类单体与所述含氮杂环类单体的摩尔比为0.75～3.2。

在其中一个实施例中，所述紫外光的照射功率为15mW～35mW，所述紫外光为照射波长为196nm～350nm的单色窄带光，所述紫外光照射处理的时间为10min～35min。