[发明专利]一种萘并噁嗪基聚合物和萘并噁嗪基多孔碳纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳纤维技术领域，具体涉及一种萘并噁嗪基聚合物和萘并噁嗪基多孔碳纤维及其制备方法。

背景技术

多孔碳纤维是在传统碳纤维基础上通过化学或者物理活化方法发展起来的一类碳纤维材料。多孔碳纤维相比传统碳纤维，具有超高比表面积，一般可达到800-1500m²/g,最高的比表面积甚至高达3000m²/g以上，可作为一种非常理想的载体材料用于吸附材料、催化剂载体、储能材料、超级电容器和电极材料等。目前主要前驱体原料一般有粘胶、聚丙烯腈、沥青、聚酰亚胺纤维以及酚醛树脂等。而静电纺丝是制备纳米级碳纤维最简单的工艺之一，静电纺丝法具有价格低廉、设备简单、操作简易、高效等优点，是目前能够直接连续制备纳米纤维重要方法之一。一般情况下，静电纺丝纤维经过碳化处理后都具有实心结构和光滑的表面，而目前，已经有几种方法尝试性在碳纳米纤维表面进行制孔，并取得了一定的效果。其中有一种方法是将两种互不相容的聚合物分子溶于同一种溶剂后去进行电纺，然后通过碳化或其它化学物理方法选择性地除去其中的一种成分形成多孔结构；多孔的碳纳米纤维也可以通过使电纺丝中不同成分发生微相分离而产生。此外，通过氧化或碳化同一分子链中的一部分链段也可能产生多孔结构。模板法、化学/物理活化法结合静电纺丝制备多孔碳纳米纤维的方法也被经常用到。尽管上述方法在制备孔碳纳米纤维上取得了一定的效果，但仍然存在着孔径大小不均一、分布不均匀等缺点，因此，如何在静电纺丝中制备出孔径大小均一、分布均匀的孔碳纳米纤维依然是我们需要探讨和着手解决的问题。

酚醛树脂纤维是一类非常适合做活性碳纤维底物的材料，但是现有的酚醛基电纺碳纤维的制备技术都存在一些问题，例如热塑性酚醛树脂不易固化，热固性酚醛树脂可纺性差、炭产率低等。在众多可作为碳纤维底物酚醛树脂中苯并噁嗪是一类非常有特点和优势的材料。它不仅保持了传统酚醛树脂优异的热性能、阻燃性、电绝缘性、尺寸收缩率小、无副产物，玻璃化转变温度高、碳残率高，易于活化等优点，而且克服了传统酚醛树脂在成形固化过程中释放小分子的缺点，制品孔隙率低，接近零收缩。本发明通过合成含有萘并噁嗪基聚合物并对其进行共混、热解，从而制备碳纤维，此方法具有工艺简单、纤维尺寸均匀及纯度高等优点，可以为今后实现规模生产纳米碳纤维提供一条简单经济的工艺路线，对进一步开拓碳材料及纳米碳材料的研究领域具有重大的意义。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种萘并噁嗪基聚合物。

本发明的另一目的在于提供萘并噁嗪基聚合物的制备方法。

本发明的另一目的在于提供由上述萘并噁嗪基聚合物制备的萘并噁嗪基多孔碳纤维。

本发明的再一目的在于提供由上述萘并噁嗪基多孔碳纤维的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种萘并噁嗪基聚合物，其结构式如下所示：

其中，n为50～100的自然数；R为甲基或者氢原子。

所述的萘并噁嗪基聚合物的制备方法，具体包括以下步骤：

(a)萘并噁嗪基丙烯酸酯的合成

在室温以及通入惰性气体的条件下，将含醇羟基的萘并噁嗪、盐酸吸附剂以及溶剂A加入反应器中，搅拌溶解，得到混合溶液；在0～5℃条件下，将酰氯试剂溶液滴加到混合溶液中，边滴加边搅拌反应6～24h，得到反应产物；将反应产物洗涤，干燥，过滤，旋转蒸馏，得到萘并噁嗪基丙烯酸酯；其中，所述含醇羟基的萘并噁嗪用量为每10mL的溶剂A中加入1～5g含醇羟基的萘并噁嗪，所述含醇羟基的萘并噁嗪与盐酸吸附剂的摩尔比为0.5～1：1，所述的酰氯试剂溶液是将酰氯试剂溶于溶剂B中制备得到，酰氯试剂的用量为每10mL溶剂B中加入10～20g酰氯试剂，所述酰氯试剂与含醇羟基的萘并噁嗪的摩尔比为1～3：1；

(b)萘并噁嗪基聚合物的合成

在室温以及通入惰性气体的条件下，将步骤(a)制备的萘并噁嗪基丙烯酸酯、引发剂和溶剂加入反应器中，搅拌溶解，然后升温至60～90℃，恒温搅拌6～12h，冷却至室温，得到反应产物；将反应产物加入沉淀剂中，然后过滤洗涤，干燥，得到萘并噁嗪基聚合物；其中，所述萘并噁嗪基丙烯酸酯的用量为每10mL溶剂中加入1～5g萘并噁嗪基丙烯酸酯，所述引发剂与萘并噁嗪基丙烯酸酯的质量比为0.1～1：100。

步骤(a)中所述含醇羟基的萘并噁嗪，结构式如(Ⅱ)所示：