[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：在第一基底上形成碳纳米管阵列；在第二基底上形成高分子聚合物，高分子聚合物为2‑恶唑啉类单体与含氮杂环类单体的共聚物，2‑恶唑啉类单体选自2‑异丙烯基‑2‑恶唑啉及4,4'‑二甲基‑2‑乙烯基‑2‑恶唑啉中的至少一种，含氮杂环类单体为N‑乙烯基吡咯烷酮；及在保护性气体氛围下，对第一基底及第二基底进行紫外光照射处理，以使高分子聚合物和碳纳米管阵列进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列。上述制备方法制备的改性碳纳米管阵列能够用于制备具有较优抗形变能力的碳纳米管纤维。

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

碳纳米管是由石墨烯构成的中空管状物，具有许多异常的力学、电学和化学性能。碳纳米管纤维应用广泛，尤其是在传统产品中的应用给传统产品赋予更优异的功能。近年来，随着对碳纳米管的深入研究，碳纳米管已经进入纺织行业。通过碳纳米管制成的布料具有良好的导电及导热性能，被认为是一种具有取代碳纤维及玻璃纤维潜力的新型材料。然而，采用传统的碳纳米管制备的碳纳米管纤维的抗变形能力较差，进而影响由该碳纳米管纤维制作的布料的品质。

发明内容

基于此，有必要提供一种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具有较优异的抗变形能力的碳纳米管纤维。

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：

在第一基底上沉积碳纳米管阵列；

在第二基底上沉积高分子聚合物，所述高分子聚合物为2-恶唑啉类单体与含氮杂环类单体的共聚物，所述2-恶唑啉类单体选自2-异丙烯基-2-恶唑啉及4,4'-二甲基-2-乙烯基-2-恶唑啉中的至少一种，所述含氮杂环类单体为N-乙烯基吡咯烷酮；及

在保护性气体氛围下，对形成有所述碳纳米管阵列的所述第一基底及形成有所述高分子聚合物的所述第二基底进行紫外光照射处理，以使所述高分子聚合物和所述碳纳米管阵列进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列。

上述改性碳纳米管阵列的制备方法，采用紫外光将高分子聚合物或高分子聚合物的分解物接枝到碳纳米管阵列的表面，并且高分子聚合物为2-恶唑啉类单体与含氮杂环类单体的共聚物，2-恶唑啉类单体选自2-异丙烯基-2-恶唑啉及4,4'-二甲基-2-乙烯基-2-恶唑啉中的至少一种，含氮杂环类单体为N-乙烯基吡咯烷酮，使得制备的改性碳纳米管阵列易于分散，同时，特定的高分子聚合物的引入使得改性碳纳米管阵列能够用于制备具有较优异的抗变形能力的碳纳米管纤维。经试验验证，采用上述改性碳纳米管阵列制备的碳纳米管纤维的杨氏模量为580GPa～760GPa，抵抗变形的能力较强，能够用于制备品质较高的布料。

在其中一个实施例中，所述紫外光的照射功率为15mW～35mW，所述紫外光为照射波长为196nm～350nm的单色窄带光，所述紫外光照射处理的时间为10min～35min。

在其中一个实施例中，所述在第二基底上形成高分子聚合物的步骤之前，还包括所述高分子聚合物的制备步骤：将所述2-恶唑啉类单体与所述含氮杂环类单体通过自由基聚合反应，得到反应物；向所述反应物中加入溶剂，固液分离后收集沉淀，得到所述高分子聚合物。

在其中一个实施例中，将所述2-恶唑啉类单体与所述含氮杂环类单体通过自由基聚合反应的步骤具体为：将所述2-恶唑啉类单体、所述含氮杂环类单体及引发剂混合，并于60℃～65℃下进行自由基聚合反应，反应时间为6h～8h，所述引发剂为过硫酸钾。

在其中一个实施例中，所述引发剂与所述2-恶唑啉类单体的摩尔比为1:18～1:24。