一種碳納米環(huán)接枝改性pbo聚合物及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】一種碳納米環(huán)接枝改性PBO聚合物及其制備方法，本發(fā)明涉及改性PBO聚合物及其制備方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的PBO纖維的拉伸強(qiáng)度低的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的一種碳納米環(huán)接枝改性PBO聚合物的結(jié)構(gòu)式如下：其中A為碳納米環(huán)，n＝30～100，s＝30～100。制法：將羧基化的碳納米環(huán)加入多聚磷酸溶液中，得羧基化的碳納米環(huán)的分散溶液；將PBO聚合物與甲磺酸混合攪拌，得PBO溶液；將羧基化的碳納米環(huán)分散液與PBO溶液混合，加熱反應(yīng)后，經(jīng)水洗、干燥，得到碳納米環(huán)接枝改性PBO聚合物。該聚合物的拉伸強(qiáng)度提高至8～9GPa，可用于生產(chǎn)耐熱紡織品或作為纖維增強(qiáng)材料。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種碳納米環(huán)接枝改性PBO聚合物及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及改性PBO聚合物及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚對(duì)苯撐苯并二噁唑(PBO)最初于上世紀(jì)60年代初由美國(guó)空軍材料實(shí)驗(yàn)室委托美國(guó)斯坦福研究所SRI驗(yàn)室，為了滿足航空航天材料的需要而設(shè)計(jì)和制備的的聚合物，該聚合物耐高溫、高性能聚合物。被譽(yù)為21世紀(jì)超級(jí)纖維。在現(xiàn)有的化學(xué)纖維中拉伸性能最高，不僅超過(guò)鋼纖維，而且可凌駕于碳纖維之上。其強(qiáng)度、模量為凱夫拉纖維的2倍，并且具有耐熱阻燃的性能。一根直徑為1mm的PBO細(xì)絲可吊起450kg的重物。此外，PBO纖維的耐沖擊性、耐摩擦性和尺寸穩(wěn)定性均很優(yōu)異，并且質(zhì)輕而柔軟。在宇航飛行器、導(dǎo)彈、戰(zhàn)機(jī)、防彈服、防彈頭盔以及高溫作業(yè)防護(hù)服、光纖、繩索、體育器材等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但是，目前，制備出的PBO纖維的拉伸強(qiáng)度為5.5~5.8GPa，與理論計(jì)算的強(qiáng)度還有很大差距，急需改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是要解決 現(xiàn)有的PBO纖維的拉伸強(qiáng)度低的技術(shù)問(wèn)題，而提供種碳納米環(huán)接枝改性PBO聚合物及其制備方法。
[0004]本發(fā)明的一種碳納米環(huán)接枝改性PBO聚合物的結(jié)構(gòu)式如下:
[0005]
【權(quán)利要求】
1.一種碳納米環(huán)接枝改性PBO聚合物，其特征在于該聚合物的結(jié)構(gòu)式如下:
2.制備權(quán)利要求1所述的碳納米環(huán)接枝改性PBO聚合物的方法，其特征在于該方法按以下步驟進(jìn)行: 一、將五氧化二磷加至磷酸中，攪拌溶解得多聚磷酸溶液； 二、將羧基化的碳納米環(huán)加入步驟一制備的多聚磷酸溶液中，攪拌0.5~2小時(shí)，得羧基化的碳納米環(huán)的分散溶液； 三、將PBO聚合物與甲磺酸混合攪拌4~24小時(shí)，得PBO溶液； 四、將步驟二得到的羧基化的碳納米環(huán)分散液與步驟三得到的PBO溶液混合，然后在100°C~180°C溫度下攪拌反應(yīng)12~48小時(shí)，得反應(yīng)產(chǎn)物，將反應(yīng)產(chǎn)物水洗后干燥，得的碳納米環(huán)接枝改性PBO聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳納米環(huán)接枝改性PBO聚合物的制備方法，其特征在于步驟一中五氧化二磷與磷酸的質(zhì)量比為1: (I~2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的碳納米環(huán)接枝改性PBO聚合物的制備方法，其特征在于步驟二中羧基化的碳納米環(huán)與多聚磷酸溶液的質(zhì)量比為1: (50~1000)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的碳納米環(huán)接枝改性PBO聚合物的制備方法，其特征在于步驟三中PBO聚合物與甲磺酸的質(zhì)量比為1: (20~100)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的碳納米環(huán)接枝改性PBO聚合物的制備方法，其特征在于是步驟二中羧基化的碳納米環(huán)的制備方法按以下步驟進(jìn)行: a、將碳納米環(huán)加入到混合酸中，升溫至90~100°C，在此溫度下攪拌反應(yīng)40~48小時(shí)，再冷卻至室溫，得到混合物溶液；其中混合酸是由濃硝酸與濃硫酸按體積比為1:(3~4)混合而成的；碳納米環(huán)的質(zhì)量與混合酸的體積的比Ig: (40mL~50mL)； b、向步驟a得到的混合物溶液中加入蒸餾水，攪拌30~50分鐘后，通過(guò)微孔濾膜抽濾，然后用蒸餾水潤(rùn)洗沉淀物，直至抽濾器下端濾出液體的PH值呈中性，然后將固相物在80~90°C下真空烘干，得到羧基化的碳納米環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的碳納米環(huán)接枝改性PBO聚合物的制備方法，其特征在于步驟三中的PBO聚合物的制備方法，按以下步驟進(jìn)行: ①、在氮?dú)鈿夥障?，向五氧化二磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為83.7%的多聚磷酸溶液中加入4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽、對(duì)苯二甲酸和二氯化錫，攪拌均勻得混合物A，然后將混合物A在60°C~80°C下加熱攪拌反應(yīng)12~36小時(shí)，得混合物B ； ②、將步驟①得到的混合物B升溫至110~120°C，然后加入五氧化二磷，再保溫?cái)嚢璺磻?yīng)5~6小時(shí)，得混合物C ; ③、將步驟②得到的混合物C升溫至150°C，然后保溫反應(yīng)5~6小時(shí)，再升溫至180°C，保溫反應(yīng)5~6小時(shí)，然后再將反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫后，水洗至中性，再在70~80°C下真空干燥20~24小時(shí)，得到PBO聚合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的碳納米環(huán)接枝改性PBO聚合物的制備方法，其特征在于步驟①中4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽與對(duì)苯二甲酸的摩爾比為1:1。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的碳納米環(huán)接枝改性PBO聚合物的制備方法，其特征在于步驟①中4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽、對(duì)苯二甲酸和二氯化錫的總質(zhì)量與多聚磷酸溶液的質(zhì)量比為0.2:1。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的碳納米環(huán)接枝改性PBO聚合物的制備方法，其特征在于步驟②中加入的五氧化二磷與步驟①中對(duì)苯二甲酸單體的摩爾比為1:0.7~0.8。
【文檔編號(hào)】C08G73/22GK103923316SQ201410174136
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】姜再興, 王明強(qiáng), 黃玉東, 劉麗 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)