[发明专利]一种共价有机框架-尼龙纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种共价有机框架（COFs）‑尼龙纳米复合材料及其制备方法。其是将COFs均匀分散在酯类溶剂中，然后加入酰氯化合物混合反应，得到酰氯化改性的COFs分散液；再将所得分散液缓慢加入一定量胺类水溶液中，经界面聚合，使尼龙在COFs上原位生长，得到所述COFs‑尼龙纳米复合材料。本发明提供的COFs‑尼龙纳米复合材料中，COFs与尼龙二者之间通过共价键连接，形成了均匀分布的贯穿网络。和非共价物理共混相比，本发明COFs‑尼龙纳米复合材料具有更好的稳定性和抗冲击性能，具有更广的工业化应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料研究领域，具体涉及一种原位生长的共价有机框架-尼龙纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

聚酰胺俗称尼龙，是使用最为广泛的五大工程塑料之一。从其结构来看，尼龙自身具有良好的规整性和强极性基团，属于半结晶物质，亚甲基和酰胺基团之间由氢键连接，表现出较高的力学性能，耐磨等优点，然而，其韧性相对较低，吸湿性大，尼龙制品尺寸稳定性差等缺点限制了其在实际生产中的应用。为了改善上述缺点，满足不同场合使用要求，目前主要是对尼龙进行共聚改性和纳米粒子原位填充改性。其中，纳米粒子原位填充主要利用SiO₂、TiO₂、ZnO、碳纤维、石墨烯、晶须和蒙脱土等对其进行改性。

共价有机框架（COFs）是一种由C、H、O等轻元素组成，以共价键连接而成的晶态有机多孔材料，其构筑单元的丰富性以及结构中极强的共价键，赋予了COFs材料高孔隙率、低密度性、结构规整、比表面积大，易修饰等优良性能，目前在气体存储与分离，以及能源催化等领域有着广泛的应用前景。

发明内容

本发明提供了一种原位生长的COFs-尼龙纳米复合材料及其制备方法，其有效改善了尼龙制品的尺寸稳定性和韧性，打破了尼龙制品因尺寸稳定性差和韧性低导致的应用领域限制。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种COFs-尼龙纳米复合材料，其制备方法包括以下步骤：

1）将COFs均匀分散在一定量的酯类溶剂中，加入一定比例的酰氯化合物混合均匀后，反应一定时间，得到酰氯化改性的COFs分散液；

2）将步骤1）中得到的酰氯化改性的COFs分散液缓慢加入到一定量胺类水溶液中，经界面聚合，使尼龙在COFs上原位生长，得到所述COFs-尼龙纳米复合材料。

优选的，步骤1）中所用COFs与酰氯化合物的摩尔比为0.01:1-0.5:1。

优选的，所述COFs的分子结构上含有羟基或氨基，其具体分子结构式为：

，其中，R为-NH₂或-OH。

优选的，所述酯类溶剂为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯中的至少一种。

优选的，所述酰氯化合物为癸二酰氯、己二酰氯、间苯二甲酰氯、对苯二酰氯、丁烯二酰氯中的至少一种。

优选的，所述反应的时间为24小时，温度为室温。

优选的，步骤2）中所用胺类与酰氯化合物的摩尔比为1:0.8-1:1。

优选的，所用胺类为己二胺、二甲基己二胺、环己二胺、对苯二胺中的至少一种。

优选的，所述界面聚合的反应温度为室温，反应时间为5小时。

本发明的有益效果为：

本发明采用原位聚合的方法制备COFs-尼龙纳米复合材料，避免了COFs在聚合物之间发生团聚，实现了COFs在尼龙网络结构中的有效均匀分散，同时COFs与尼龙高分子链之间由共价键连接而成，能够稳定存在于水、强酸或强碱溶液之间，有效解决了尼龙制品尺寸稳定性差的问题。