[发明专利]一种碳纳米环接枝改性PBO聚合物及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201410174136.4 申请日: 2014-04-28
公开(公告)号: CN103923316A 公开(公告)日: 2014-07-16
发明(设计)人: 姜再兴;王明强;黄玉东;刘丽 申请(专利权)人: 哈尔滨工业大学
主分类号: C08G73/22 分类号: C08G73/22
代理公司: 哈尔滨市文洋专利代理事务所(普通合伙) 23210 代理人: 王艳萍
地址: 150001 黑龙*** 国省代码: 黑龙江;23
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摘要:
搜索关键词: 一种 纳米 接枝 改性 pbo 聚合物 及其 制备 方法
【说明书】:

技术领域

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(PBO)最初于上世纪60年代初由美国空军材料实验室委托美国斯坦福研究所SRI验室,为了满足航空航天材料的需要而设计和制备的的聚合物,该聚合物耐高温、高性能聚合物。被誉为21世纪超级纤维。在现有的化学纤维中拉伸性能最高,不仅超过钢纤维,而且可凌驾于碳纤维之上。其强度、模量为凯夫拉纤维的2倍,并且具有耐热阻燃的性能。一根直径为1mm的PBO细丝可吊起450kg的重物。此外,PBO纤维的耐冲击性、耐摩擦性和尺寸稳定性均很优异,并且质轻而柔软。在宇航飞行器、导弹、战机、防弹服、防弹头盔以及高温作业防护服、光纤、绳索、体育器材等领域有着广泛的应用。但是,目前,制备出的PBO纤维的拉伸强度为5.5~5.8GPa,与理论计算的强度还有很大差距,急需改善。

发明内容

本发明是要解决现有的PBO纤维的拉伸强度低的技术问题,而提供种碳纳米环接枝改性PBO聚合物及其制备方法。

本发明的一种碳纳米环接枝改性PBO聚合物的结构式如下:

其中A为碳纳米环,n=30~100,s=30~100,n,s均表示聚合度。

上述的碳纳米环接枝改性PBO聚合物的制备方法,按以下步骤进行:

一、将五氧化二磷加至磷酸中,搅拌溶解得多聚磷酸溶液;

二、将羧基化的碳纳米环加入步骤一制备的多聚磷酸溶液中,搅拌0.5~2小时,得羧基化的碳纳米环的分散溶液;

三、将PBO聚合物与甲磺酸混合搅拌4~24小时,得PBO溶液;

四、将步骤二得到的羧基化的碳纳米环分散液与步骤三得到的PBO溶液混合,然后在100℃~180℃温度下搅拌反应12~48小时,得反应产物,将反应产物水洗后干燥,得的碳纳米环接枝改性PBO聚合物。

以由10个苯环构成的碳纳米环为例,说明本发明的碳纳米环接枝改性PBO聚合物的制备过程,该制备过程可用下式表示:

其中的PPA表示多聚磷酸溶液,MSA表示甲磺酸;

为羧基化的碳纳米环;

本发明采用碳纳米环对PBO聚合物进行接枝改性,得到的碳纳米环接枝改性PBO聚合物的拉伸强度提高至8~9GPa,与现有的PBO聚合物纤维相比,提高了30%~55%。

附图说明

图1试验1制备的碳纳米环接枝改性PBO聚合物红外光谱图。

具体实施方式

具体实施方式一:本实施方式的一种碳纳米环接枝改性PBO聚合物的结构式如下:

其中A为碳纳米环,n=30~100,s=30~100。

本实施方式中,n,s均表示聚合度。

具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是碳纳米环A的结构示意图为:

其中的m为1~100,表示聚合度。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一不同的是碳纳米环A的结构示意图为:

其中的m为1~95,表示聚合度。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四:具体实施方式一所述的碳纳米环接枝改性PBO聚合物的制备方法,按以下步骤进行:

一、将五氧化二磷加至磷酸中,搅拌溶解得多聚磷酸溶液;

二、将羧基化的碳纳米环加入步骤一制备的多聚磷酸溶液中,搅拌0.5~2小时,得羧基化的碳纳米环的分散溶液;

三、将PBO聚合物与甲磺酸混合搅拌4~24小时,得PBO溶液;

四、将步骤二得到的羧基化的碳纳米环分散液与步骤三得到的PBO溶液混合,然后在100℃~180℃温度下搅拌反应12~48小时,得反应产物,将反应产物水洗后干燥,得的碳纳米环接枝改性PBO聚合物。

具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤一中五氧化二磷与磷酸的质量比为1:(1~2);其它与具体实施方式四相同。

具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式四或五不同的是步骤二中羧基化的碳纳米环与多聚磷酸溶液的质量比为1:(50~1000);其它与具体实施方式四或五相同。

具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式四至六之一不同的是步骤三中PBO聚合物与甲磺酸的质量比为1:(20~100);其它与具体实施方式四至六之一相同。

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