[发明专利]一种通过共价键修饰改善碳纳米管在聚酰胺酰亚胺中分散的方法

说明书

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体公开了一种通过共价键修饰改善碳纳米管在聚酰胺酰亚胺中分散的方法。首先，利用双氧水和硝酸对碳纳米管进行酸化处理，制备酸化碳纳米管。然后，将单体邻甲氧基苯胺接枝到SCNTs上，得到邻甲氧基苯胺修饰的酸化碳纳米管材料(SCNTs‑OMA)。最后，采用原位氧化聚合方法，通过SCNTs‑OMA和聚邻甲氧基苯胺聚合物骨架形成共价键，制备聚邻甲氧基苯胺接枝酸化碳纳米管(SCNTs‑POMA)复合材料。通过碳纳米管表面接枝聚邻甲氧基苯胺，有效地改善了碳纳米管在聚酰胺酰亚胺中的分散，提高了聚酰胺酰亚胺复合材料的导电性能和力学性能。

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体公开了一种通过共价键修饰改善碳纳米管在聚酰胺酰亚胺中分散的方法。

背景技术

众所周知，填料在聚合物基体中的分散对复合材料的性能起着关键性的作用。比如，碳纳米管因其独特的纳米结构以及良好的导电和机械性能，被广泛用来制备聚合物复合材料。但巨大的比表面积以及较强的分子间的范德华力导致它在树脂基体中团聚，降低碳纳米管作为导电及增强填料的效果。因此，如何改善碳纳米管与聚合物基体的相容性，是进一步提升导电复合材料性能的关键。

发明内容

为了解决背景技术部分指出的技术问题，本发明通过碳纳米管表面接枝聚邻甲氧基苯胺，将聚邻甲氧基苯胺共价接枝在碳纳米管表面，提高碳纳米管与聚酰胺酰亚胺之间的相容性，进而改善碳纳米管在聚酰胺酰亚胺中的分散性，以获得均匀分散的聚酰胺酰亚胺导电复合材料。

本发明采用的技术方案如下：

通过共价键修饰改善碳纳米管在聚酰胺酰亚胺中分散的方法，具体步骤如下：

(1)制备聚邻甲氧基苯胺接枝碳纳米管

1)碳纳米管的酸化

将50～200mL(优选为100mL)硝酸和4g碳纳米管(CNTs)添加到三颈烧瓶中，继续加入20～100mL(优选为50mL)H₂O₂。将混合液加热到50～100℃ (优选为70℃)，剧烈搅拌2小时。将混合液减压过滤，用去离子水洗涤至中性，置于真空烘箱中，80℃下干燥4小时，得到酸化碳纳米管(SCNTs)。

2)邻甲氧基苯胺接枝碳纳米管

将50mL THF添加到双颈圆底烧瓶中，随后添加0.1～1g(优选为0.5g) SCNTs。将所得混合物在超声和搅拌条件下分散12小时，以使SCNTs在THF溶剂中均匀分散。接着，向烧瓶中添加1mL吡啶，并将烧瓶置于冰水浴，控制温度在0～20℃(优选为5℃)左右，再向烧瓶中添加0.2～2mL(优选为1mL)氯化亚砜(SOCl₂)，并将溶液搅拌2小时。随后，向溶液中添加0.5～4mL(优选为1mL)邻甲氧基苯胺(OMA)，然后继续搅拌12小时以完成反应。反应结束后将反应液减压抽滤，干燥，得到邻甲氧基苯胺接枝碳纳米管(SCNTs-OMA)。

3)聚邻甲氧基苯胺接枝碳纳米管

配置300mL 0.5～3M(优选为1M)对苯甲磺酸(p-TSA)/1～6M(优选为3M)氯化钠(NaCl)的混合溶液。取100mL混合溶液加入到三口烧瓶中，向烧瓶中加入0.5～3g(优选为1.23g)邻甲氧基苯胺(OMA)，再加入0.05～0.2 g(优选为0.1g)SCNTs-OMA，将混合溶液置于冰水浴中搅拌均匀。称取1～6g (优选为3.4g)过磷酸铵(APS)加入到配置好的p-TSA/NaCl混合溶液中，缓慢滴加到反应体系中，反应3～12小时(优选为6小时)。反应结束后，进行减压过滤，蒸馏水洗涤至中性，将产物用N-甲基吡咯烷酮，N,N-二甲基甲酰胺索氏提取，除去自聚合的POMA，最后将产干燥，得到最终产物聚邻甲氧基苯胺接枝碳纳米管(SCNTs-POMA)。

其具体过程如下式所示：