[发明专利]一种聚乙烯亚胺功能化碳纳米管改性聚甲醛复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种聚乙烯亚胺功能化碳纳米管改性聚甲醛复合材料的制备方法，包括：A)碳纳米管与酸混合，得到羧基化的碳纳米管；B)将羧基化的碳纳米管和聚乙烯亚胺在缩合剂的存在下混合反应，得到聚乙烯亚胺功能化碳纳米管产物；C)将聚甲醛和聚乙烯亚胺功能化碳纳米管产物反应，成型，得到产品。本发明方法可以使聚乙烯亚胺功能化碳纳米管在聚甲醛基体内分散均匀并提高碳纳米管与聚甲醛间的界面结合力，从而提高了聚甲醛复合材料的热稳定性、改善其结晶行为和力学性能，可广泛用于汽车、电子电器、机械、精密仪器和建材等领域。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其是涉及一种聚乙烯亚胺功能化碳纳米管改性聚甲醛复合材料及其制备方法。

背景技术

聚甲醛是一种高结晶性的热塑性工程塑料，具有优异的化学性能、力学性能、耐腐蚀性、抗蠕变性和自润滑性能，被广泛用于汽车、机械设备、电子电器等领域。但是，聚甲醛分子链由碳氧键(C-O)交替排列，两个相邻氧原子对亚甲基氢原子有较强的活化作用，使聚甲醛在加工过程中有解聚倾向，尤其是在热和氧作用下易产生自由基，发生连续降解反应。另外，规整的分子链结构使其结晶度较高，且所生成的球晶尺寸较大，从而使制品耐缺口冲击强度偏低，韧性差，成型收缩率高。许多研究人员针对上述问题开展研发工作。

常用的手段有共混、共聚及纳米复合等。关于纳米复合改性POM的工作涉及到了许多纳米材料，如纳米SiO₂、纳米羟基磷灰石、纳米笼型倍半硅氧烷、碳纳米管(CNTs)等。

碳纳米管自发现以来以其独特的结构如小尺度、低密度、极大的长径比和高比表面积等和优异的力学、电学、热学和光学性能等特性使其在材料、电子、能源等高科技领域具有广泛的应用前景。碳纳米管可作为一种超级纤维用作复合材料的增强体和增韧体。

由于碳纳米管本身的拓扑学结构和较大的比表面积，使其非常容易互相缠绕在一起，在制备聚甲醛/碳纳米管复合材料的过程中，难以实现碳纳米管在聚甲醛基体中均匀分散。从而引发复合材料中缺陷产生，很难改善聚甲醛的机械性能和物理性能。其次，碳纳米管与聚甲醛基体的界面结合是影响复合材料性能的另一重要因素。碳纳米管具有原子尺度光滑的表面，因此碳纳米管与高分子基体的界面结合力相对较弱。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种聚乙烯亚胺功能化碳纳米管改性聚甲醛复合材料，本发明提供的上述复合材料具有有良好的热稳定性和结晶成核剂的作用以及良好的力学性能。

本发明提供了一种聚乙烯亚胺功能化碳纳米管改性聚甲醛复合材料的制备方法，包括：

A)碳纳米管与酸混合，得到羧基化的碳纳米管；

B)将羧基化的碳纳米管和聚乙烯亚胺在缩合剂的存在下混合反应，得到聚乙烯亚胺功能化碳纳米管产物；

C)将聚甲醛和聚乙烯亚胺功能化碳纳米管产物反应，成型，得到产品。

优选的，所述酸包括浓硫酸和浓硝酸；所述浓硫酸和浓硝酸的混合比例为3：1；所述混合为超声处理，所述超声处理的时间为1～10h。

优选的，所述步骤A)后还包括将羧基化的碳纳米管用蒸馏水洗涤至中性，干燥。

优选的，所述聚乙烯亚胺的分子量为600～10000；所述反应温度为25～70℃；所述反应时间为1～24h。

优选的，所述将羧基化的碳纳米管和聚乙烯亚胺的质量比为1：(3～5)；所述缩合剂包括EDC和NES；所述羧基化的碳纳米管和缩合剂的质量比为1～2:1。

优选的，所述聚乙烯亚胺功能化碳纳米管产物与聚甲醛的重量比为0.0001～1：1。

优选的，所述步骤C)反应温度为140～220℃；所述反应时间为0.1～96h。