[发明专利]一种用于碳纳米管分散的苯乙炔基多官能聚合物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于碳纳米管分散的苯乙炔基多官能聚合物及其制备方法，该聚合物的主链为苯乙炔、侧链为烷氧基。其制备方法为：以1,4‑位双烷氧基取代的双酚醚1为原料，再溴代得到双溴代的双酚醚2，随后与三甲基硅基乙炔反应得到中间体3，中间体3脱除TMS后得到端炔4，端炔4再与双溴代双酚醚端2发生Sonogashira反应生成含功能性主链和侧链的高分子多官能聚合物。本发明所提供的对苯乙炔基多官能聚合物与碳纳米管之间发生主链π‑π吸附，侧链缠绕作用，在不破坏碳纳米管的前提下，实现对碳纳米管的良好分散，根据聚合物结构和碳纳米管尺寸的不同，分散度介于2～7％范围。

技术领域

本发明属于有机高分子领域，具体涉及一种用于分散碳纳米管的苯乙炔基多官能聚合物及其制备方法。

背景技术

碳纳米管是一种具有六边形结构完美连接的一维纳米材料，具有优异的力学、电学和化学性能。常见的碳纳米管的直径为2～100nm，长度为10～200μm。由于碳纳米管之间存在较强的范德华力，导致单壁或多壁碳纳米管容易发生团聚、缠绕或打结，无法均匀分散，从而制约了碳纳米管的使用。

孙晓妍等关于《碳纳米管的分散性研究》指出：碳纳米管具有独特的结构和优异的物理化学性能，但碳管间易相互缠绕而发生团聚。碳纳米管在基体中的分散性对其发挥功能性有重要影响。目前碳纳米管的分散方法主要包括机械分散法、超声处理法、表面修饰法、氮掺杂、超临界流体膨胀法、接枝法、电场诱导法等。

郑伟玲关于《聚苯乙炔包覆多壁碳纳米管的制备及其分散性》的研究，用苯乙炔合成聚苯乙炔(PPA)，对多壁碳纳米管进行纯化、氧化，然后将多壁碳纳米管与PPA一起在甲苯中超声分散。结果显示氧化多壁碳纳米管已被PPA包覆且能够稳定分散于甲苯溶液中，一个多月不沉降。分别采用傅立叶变换红外(FTIR)光谱、酸碱滴定、拉曼光谱分析氧化后多壁碳纳米管的结构变化。利用高分辨透射电镜(HRTEM)分别观察纯化、氧化、PPA包覆多壁碳纳米管的分散情况。

发明内容

为了克服现有碳纳米管易团聚难分散的技术缺陷，本发明提供了一种基于苯乙炔的多官能聚合物，针对管径为12～15nm，管长为3～15μm的单臂或多壁碳纳米管，该聚合物对碳纳米管的分散度介于2～7％。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明还提供了一种用于碳纳米管分散的苯乙炔基多官能聚合物，结构通式如下式所示：

其中，n为大于零的自然数，R基团为C₄H₉、C₆H₁₃或C₈H₁₇。

在一些实施例中，所述苯乙炔基多官能聚合物对碳纳米管的分散度介于2～7％。

本发明还提供了一种用于碳纳米管分散的苯乙炔基多官能聚合物的制备方法，包括：

1)以1,4-位双烷氧基取代的双酚醚1为原料，溴代反应，得双溴代的双酚醚2；

2)将上述的双溴代的双酚醚2与三甲基硅基乙炔反应得到中间体3，中间体3脱除TMS 后得到端炔4；

3)将端炔4与双溴代双酚醚2发生Sonogashira反应生成对苯乙炔基多官能聚合物5。

在一些实施例中，制备对苯乙炔基多官能聚合物的具体步骤为：在氮气保护下，将端炔4、双溴代的双酚醚2、CuI、四三苯基膦钯、三苯基膦加入反应瓶中，再加入甲苯、三乙胺。氮气置换后，于70℃下反应一定时间、再经萃取、干燥、浓缩处理得到黄色粘液，再经甲醇/ 四氢呋喃反复沉淀法得到黄色固体粉末。

在一些实施例中，所述1,4-位双烷氧基取代的双酚醚1为1,3-二丁氧基苯、1,3-二己氧基苯或1,3-二辛氧基苯。