[发明专利]一种聚合物接枝的碳纳米纤维及其制备方法

摘要

本发明公开了一种聚合物接枝的碳纳米纤维及其制备方法。碳纳米纤维经过酸化、酰化处理后与多羟基化合物反应，使其表面带上大量的羟基，然后利用这些活性的羟基引发某些单体的原位开环聚合，得到一种聚合物接枝的碳纳米纤维。此方法利用原位开环的优势，能够很好地控制接枝聚合物的分子量和接枝量，接枝效率高；所得聚合物接枝的碳纳米纤维在某些有机溶剂中表现出良好的溶解性，易于添加到橡胶、涂料、塑料或纤维中，制备高性能膜材料、高强纤维材料，从而在纳米材料和生物医学等诸方面有着广阔的应用前景。

主权项

1.一种聚合物接枝的碳纳米纤维的制备方法，其特征在于具体制备方法如下：步骤(a)：1重量份干燥的碳纳米纤维和0.1～100重量份强氧化性酸，以25～100kHz超声波处理0.1～100hr后加热到20～200℃，反应0.5～100hr，以滤膜抽滤，反复洗涤多次至中性，20～180℃真空干燥10～30hr后得到酸化的碳纳米纤维；其中强氧化性酸为0.1～70wt％硝酸、0.1～100wt％硫酸、1/100～100/1摩尔比硝酸和硫酸混合溶液、1/100～100/1摩尔比高锰酸钾和硫酸混合溶液、1/100～100/1摩尔比高锰酸钾和盐酸混合溶液、1/100～100/1摩尔比高锰酸钾和硝酸混合溶液、1/100～100/1摩尔比H2O2和硫酸混合溶液、1/100～100/1摩尔比H2O2和盐酸混合溶液或者1/100～100/1摩尔比H2O2和硝酸混合溶液；步骤(b)：把1重量份酸化的碳纳米纤维和1～100重量份酰化剂用25～100kHz超声波处理10～1000min后，加热到20～200℃，搅拌并回流下反应0.5～100hr，减压蒸馏除去酰化剂，得到酰化的碳纳米纤维；其中酰化剂为三氯化磷、五氯化磷、二氯亚砜、三溴化磷、五溴化磷或亚硫酰溴；步骤(c)：把1重量份酰化的碳纳米纤维和1～50重量份多元醇加入到圆底烧瓶后密封，反复抽充氮气三次，以25～100kHz超声波处理10～1000min后，在-20～200℃下反应0.1～100hr后，抽滤，反复洗涤后，20～180℃真空干燥，得到表面带有羟基的碳纳米纤维；其中多元醇为乙二醇、丙三醇、1，2-丙二醇，1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、丁三醇或聚乙二醇；步骤(d)：把1重量份表面带有羟基的碳纳米纤维加入到圆底烧瓶中后密封，反复抽充氮气三次，加入0.02～10重量份催化剂，以25～100kHz超声波处理10～1000min后，在-20～150℃下滴加1-500重量份单体，反应0.1～50hr后，终止反应，抽滤，洗涤后，20～180℃真空干燥，得到一种聚合物接枝的碳纳米纤维；其中催化剂为辛酸亚锡、三乙基铝、三异丙氧基铝、正丁氧基钛、异丙氧基钕或三氟化硼乙醚；单体为ε-己内酯、L-丙交酯、D，L-丙交酯、乙交酯、环氧乙烷、环氧丙烷、缩水甘油、3-乙基-3-羟甲基环氧丁烷或3-甲基-3-羟甲基环氧丁烷；在碳纳米纤维上接枝的聚合物为聚ε-己内酯、聚L-丙交酯、聚D，L-丙交酯、聚乙交酯、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚缩水甘油、聚3-乙基-3-羟甲基环氧丁烷或聚3-甲基-3-羟甲基环氧丁烷，其分子量在1000～100000之间，聚合物的接枝量在1～90wt％之间。