[发明专利]一种石墨烯纳米带接枝改性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

PBO全名聚对苯撑苯并双噁唑，是由4，6-二氨基间苯二酚盐酸盐与对苯二甲酸为单体，以多磷酸为溶剂进行溶液缩聚、纺丝、水洗、干燥而制得。是20世纪80年代由美国为发展航天航空事业而开发的复合材料用增强材料，是含有杂环芳香族的聚酞胺家族中最有发展前途的一个成员之一，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。耐热温度达到600℃，极限氧指数68，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，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。PBO纤维主要用于耐热产业纺织品和纤维增强材料。鉴于PBO纤维优良的力学性能，它也是制造高尔夫球杆、网球拍、滑雪杖、滑雪板、冲浪板、射箭弓弦、自行车赛车最好的材料。目前，PBO纤维的拉伸强度在5.8GPa左右，但是该强度还是不能满足我们的需求。

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，而提供一种石墨烯纳米带接枝改性PBO聚合物及其制备方法。

本发明的一种石墨烯纳米带接枝改性PBO聚合物的结构式为：

，其中A表示石墨烯纳米带，n＝30～100，s＝30～100。

上述的石墨烯纳米带接枝改性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、将羧基化的石墨烯纳米带加入步骤一制备的多聚磷酸溶液中，搅拌0.5～2小时，得羧基化的石墨烯纳米带的分散溶液；

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石墨烯纳米带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，得的石墨烯纳米带接枝改性PBO聚合物。

本发明的石墨烯纳米带接枝改性PBO聚合物的制备过程可用下式表示：

式中PPA为多聚磷酸溶液，MSA为甲磺酸，

为羧基化的石墨烯纳米带结构示意图。

本发明采用羧基化的石墨烯纳米带对PBO聚合物进行接枝改性，石墨烯纳米带是在二维石墨烯平面的基础上，经过一定的剪切而形成的带状结构。石墨烯纳米带能够由碳纳米管作为原料来制备，也可以化学的合成。石墨烯纳米带有很好的的力学性能。

本发明的石墨烯纳米带接枝改性PBO聚合物，石墨烯纳米带接枝到PBO聚合物，由于石墨烯纳米带的刚性结构，使得PBO聚合物轴向的拉伸性能会有明显的提高。本发明的石墨烯纳米带接枝改性PBO聚合物制备的纤维的拉伸强度为8～9GPa，与PBO聚合物制备的纤维相比，提高了38％～55％。

附图说明

图1是试验1中制备的石墨烯纳米带接枝改性PBO聚合物的红外吸收光谱图。

具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的一种石墨烯纳米带接枝改性PBO聚合物的结构式为：，其中A表示石墨烯纳米带，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：具体实施方式一所述的一种石墨烯纳米带接枝改性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、将羧基化的石墨烯纳米带加入步骤一制备的多聚磷酸溶液中，搅拌0.5～2小时，得羧基化的石墨烯纳米带的分散溶液；

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石墨烯纳米带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，得的石墨烯纳米带接枝改性PBO聚合物。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一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一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤二中羧基化的石墨烯纳米带与多聚磷酸溶液的质量比为1：(50～1000)。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四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一至四之一相同。