[发明专利]改性碳纳米管阵列、碳纳米管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管阵列、碳纳米管纤维及其制备方法和应用。该改性碳纳米管阵列的制备方法包括如下步骤：在第一基底上形成催化剂层；在保护性气体氛围下，将第一基底升温至600℃～800℃后，通入碳源气体反应，得到碳纳米管阵列，碳源气体包括乙烯和己烷，乙烯与己烷的气体分压比为3:2～4:1；在保护性气体氛围下，对改性物和第一基底进行紫外光照射处理以进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列，改性物选自苯乙烯‑丁二烯‑丁烯嵌段共聚物、苯乙烯‑丁烯‑丙烯嵌段共聚物及苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物中的至少一种。上述制备方法得到的改性碳纳米管阵列能够用于制备兼具塑性和防静电性的碳纳米管纤维。

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管阵列、碳纳米管纤维及其制备方法和应用。

背景技术

纳米纤维具有牢固、轻质、耐用及富有功能延伸发展等特性，逐渐应用于医疗卫生、高效防护、精细过滤、汽车工业及农业等领域。尤其在纺织业中的应用，纳米纤维同样具有广阔的使用前景。然后，传统的纳米纤维的塑性较差，制成的布料容易变形，并且传统的纳米纤维的防静电性能不能满足实际需求，影响布料的性能。

发明内容

基于此，有必要提供一种改性碳纳米管阵列的制备方法，该制备方法得到的改性碳纳米管阵列能够用于制备兼具塑性和防静电性的碳纳米管纤维。

此外，还提供一种改性碳纳米管阵列和碳纳米管纤维及其制备方法和应用。

一种改性碳纳米管阵列的制备方法，包括如下步骤：

在第一基底上形成催化剂层，所述催化剂选自铁、钴及镍中的至少一种；

在第一保护性气体氛围下，将形成有所述催化剂层的所述第一基底升温至600℃～800℃后，通入碳源气体反应，在所述第一基底上形成碳纳米管阵列，所述碳源气体包括乙烯和己烷，所述乙烯与所述己烷的气体分压比为3:2～4:1；及

在第二保护性气体氛围下，对改性物和形成有所述碳纳米管阵列的所述第一基底进行紫外光照射处理以进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列，所述改性物选自苯乙烯-丁二烯-丁烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁烯-丙烯嵌段共聚物及苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中的至少一种。

上述改性碳纳米管阵列的制备方法，通过将碳源气体与催化剂于600℃～800℃反应，碳源气体包括乙烯和己烷，乙烯与己烷的气体分压比为3:2～4:1，催化剂选自铁、钴及镍中的至少一种，能够得到具有较低电阻率的碳纳米管阵列，以能够用于制备具有较好防静电性能的碳纳米管纤维；通过紫外光照射使得改性物接枝于碳纳米管阵列上，改性物选自苯乙烯-丁二烯-丁烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁烯-丙烯嵌段共聚物及苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中的至少一种，以得到具有较高塑性的改性碳纳米管阵列，进而能够用于制备具有较高塑性的碳纳米管纤维。经试验验证，采用上述方法制备的改性碳纳米管阵列制成的碳纳米管纤维的塑性应变率为25％～31％，电阻率为2.06×10^-5Ω·m～2.94×10^-5Ω·m，兼具较优的塑性和较好的防静电性。

在其中一个实施例中，所述碳源气体的流速为8mL/min～12mL/min，通入所述碳源气体进行反应的时间为10min～25min。

在其中一个实施例中，所述改性物的重均分子量为15000～32000。

在其中一个实施例中，所述苯乙烯-丁二烯-丁烯嵌段共聚物中，所述苯乙烯链段、所述丁二烯链段与所述丁烯链段的摩尔比为1：3：7～1：3：3；及/或，

所述苯乙烯-丁烯-丙烯嵌段共聚物中，所述苯乙烯链段、所述丁烯链段与所述丙烯链段的摩尔比为1：1：1～3：1：1；及/或，

所述苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中，所述苯乙烯链段与所述丁二烯链段的摩尔比为0.8：1～1.13：1。