一种基于巯基-烯点击反应制备超支化聚合物/碳纳米管/碳纤维跨尺度增强体的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于巯基‑烯点击反应制备超支化聚合物/碳纳米管/碳纤维跨尺度增强体的方法，其步骤如下：1)利用双氧水对碳纤维和碳纳米管进行处理，得到氧化处理碳纤维和氧化处理碳纳米管；2)将氧化处理碳纤维和氧化处理碳纳米管分别与含乙烯基硅烷偶联剂反应，得到乙烯基功能化碳纤维以及乙烯基功能化碳纳米管；3)以多巯基化合物和二烯烃化合物为原料，通过紫外光引发巯基‑烯点击反应制得超支化聚合物，然后加入乙烯基功能化碳纤维以及乙烯基功能化碳纳米管，在紫外光照射下继续巯基‑烯点击反应。本发明专利技术反应周期较短、产率高、副产物少且无害，解决了碳纤维表面惰性、表面活性官能团少、与聚合物基体表面相容性差等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于巯基-烯点击反应制备超支化聚合物/碳纳米管/碳纤维跨尺度增强体的方法
本专利技术涉及碳纤维材料
，具体涉及一种基于巯基-烯点击反应制备超支化聚合物/碳纳米管/碳纤维跨尺度增强体的方法。
技术介绍
碳纤维是一种新型无机纤维材料，与传统的纤维材料相比，碳纤维不仅比强度和比模量高，耐高温性好，耐疲劳性强，而且热膨胀系数低，耐腐蚀性好，X射线透射性好，因此广泛应用于航空航天等领域。但由于碳纤维表面惰性，与树脂的浸润性差，复合时碳纤维与树脂基体间的界面结合强度不高，这些缺点影响了碳纤维性能的发挥，因此需要对其表面进行改性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是：提供一种基于巯基-烯点击反应制备超支化聚合物/碳纳米管/碳纤维跨尺度增强体的方法，反应周期较短、产率高、副产物少且无害，解决了碳纤维表面惰性、表面活性官能团少、与聚合物基体表面相容性差等问题，可明显改善碳纤维与树脂基体间的界面相互作用。本专利技术为解决上述问题所提供的技术方案为：一种基于巯基-烯点击反应制备超支化聚合物/碳纳米管/碳纤维跨尺度增强体的方法，所述方法包括以下步骤：步骤一、将4g碳纤维加入到100～200mL质量百分比溶度为30％的双氧水中，超声波处理30～60分钟，然后在50～80℃油浴中反应1～4小时，反应结束后抽滤，并用去离子水洗涤4次，置于120℃真空干燥箱中干燥至恒重，即得到氧化处理碳纤维；步骤二、将4g通过所述步骤一中制得的氧化处理碳纤维加入到100～200mL体积比为95:5的乙醇与含乙烯基硅烷偶联剂混合溶液中，用乙酸调节pH值至4～6，室温下磁力搅拌30～50分钟，然后在80℃油浴锅中反应4～6小时，反应结束后抽滤并用去离子水洗涤4次，置于120℃真空干燥箱中干燥至恒重，即得到乙烯基功能化碳纤维；步骤三、将0.5g碳纳米管加入到50～100mL质量百分比溶度为30％的双氧水中，超声波处理30～60分钟，然后在60～80℃油浴中反应2～4小时，反应结束后抽滤，并用去离子水洗涤4次，置于100℃真空干燥箱中干燥至恒重，即得到氧化处理碳纳米管；步骤四、将0.5g氧化处理碳纳米管分散到50～100mL体积比为95:5的乙醇与含乙烯基硅烷偶联剂混合溶液中，用乙酸调节pH值至4～6，超声处理30～60分钟，然后在80℃油浴锅中反应4～8小时，反应结束后抽滤并用去离子水洗涤4次，置于100℃真空干燥箱中干燥至恒重，即得到乙烯基功能化碳纳米管；步骤五、将0.01～0.015摩尔多巯基化合物、0.01摩尔二烯烃化合物和0.2～0.5毫摩尔光引发剂分散在40～80mL的二甲基甲酰胺中，采用波长为365nm的紫外光照射体系引发巯基-烯点击反应，照射30分钟后再加入0.5g乙烯基功能化碳纳米管和4g乙烯基功能化碳纤维，超声处理30～60分钟，用波长为365nm的紫外光再照射30～60分钟，反应结束后用二甲基甲酰胺清洗4次，在80℃真空干燥箱中干燥48小时，即得到超支化聚合物/碳纳米管/碳纤维跨尺度增强体。优选的，所述步骤四中的含乙烯基硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷中的任意一种。优选的，所述步骤五中的多巯基化合物为甘油三巯基丙酸酯、甘油三巯基乙酸酯、三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)、三羟甲基丙烷三(2-巯基乙酸酯)、2，4，6-三巯基-1，3，5-三嗪、三(2-羟乙基)异氰尿酸酯-三(巯基丙酸酯)、季戊四醇四(3-巯基丙酸)酯或季戊四醇四巯基乙酸酯中的任意一种。优选的，所述步骤五中的二烯烃化合物为二乙二醇二乙烯基醚、三乙二醇二乙烯基醚、1，4-环己烷二甲醇二乙烯基醚、三羟甲基丙烷二烯丙基醚、二烯丙基醚、双酚A双烯丙基醚、1，6-己二醇二乙烯醚或1，4-丁二醇二乙烯基醚中的任意一种。优选的，所述步骤五中的光引发剂为安息香正丁醚、二苯甲酮、安息香双甲醚或2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮中的任意一种。与现有技术相比，本专利技术的优点是：反应过程中加入光引发剂，在紫外光照射下完成点击反应，其反应条件较为温和，溶剂使用量低，副产物少，制备过程简单，时间非常短，非常有利于在生产中推广应用。碳纤维表面同时引入超支化聚合物和碳纳米管，可大幅增加碳纤维表面活性基团，同时亦可增加其表面粗糙度，从而改善碳纤维与树脂基体间的界面作用，整体提高复合材料的力学性能；采用巯基-烯点击反应的方法在碳纤维表面同时接枝碳纳米管和超支化聚合物，其反应周期较短、产率高、副产物少且无害，改性所得到的碳纤维表面包裹一层纳米尺度的碳纳米管和含有大量活性基团的超支化聚合物，这种接枝改性方法可以提高碳纤维自身的力学性能，而且还能改善其与聚合物基体间的相互作用；解决了碳纤维表面惰性、表面活性官能团少、与聚合物基体表面相容性差等问题，可明显改善碳纤维与树脂基体间的界面相互作用。具体实施方式以下将通过实施例来详细说明本专利技术的实施方式，藉此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。实施例1:本实施例说明本专利技术提供的一种基于巯基-烯点击反应制备超支化聚合物/碳纳米管/碳纤维跨尺度增强体的方法。第一步：将4g碳纤维加入到100mL质量百分比溶度为30％的双氧水中，超声波处理60分钟，然后在80℃油浴中反应1小时，反应结束后抽滤，并用去离子水洗涤4次，置于120℃真空干燥箱中干燥至恒重，即得到氧化处理碳纤维；第二步：将4g氧化处理碳纤维加入到100mL体积比为95:5的乙醇与甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷混合溶液中，用乙酸调节pH值至4，室温下磁力搅拌30分钟，然后在80℃油浴锅中反应4小时，反应结束后抽滤并用去离子水洗涤4次，置于120℃真空干燥箱中干燥至恒重，即得到乙烯基功能化碳纤维；第三步：将0.5g碳纳米管加入到50mL质量百分比溶度为30％的双氧水中，超声波处理60分钟，然后在80℃油浴中反应2小时，反应结束后抽滤，并用去离子水洗涤4次，置于100℃真空干燥箱中干燥至恒重，即得到氧化处理碳纳米管；第四步：将0.5g氧化处理碳纳米管分散到50mL体积比为95:5的乙醇与甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷混合溶液中，用乙酸调节pH值至4，超声处理30分钟，然后在80℃油浴锅中反应4小时，反应结束后抽滤并用去离子水洗涤4次，置于100℃真空干燥箱中干燥至恒重，即得到乙烯基功能化碳纳米管；第五步：将0.01摩尔甘油三巯基丙酸酯、0.01摩尔二乙二醇二乙烯基醚和0.2毫摩尔安息香正丁醚分散在40mL的二甲基甲酰胺中，采用波长为365nm的紫外光照射体系引发巯基-烯点击反应，照射30分钟后再加入0.5g乙烯基功能化碳纳米管和4g乙烯基功能化碳纤维，超声处理30分钟，用波长为365nm的紫外光再照射30分钟，反应结束后用二甲基甲酰胺清洗4次，在80℃真空干燥箱中干燥48小时，即得到超支化聚合物/碳纳米管/碳纤维跨尺度增强体。实施例2:本实施例说明本专利技术提供的一种基于巯基-烯点击反应制备超支化聚合物/碳纳米管/碳纤维跨尺度增强体的方法。第一步：将4g碳纤维加入到200mL质量百分比溶度为30％的双氧水中，超声波处理30分钟，然后在50℃油浴中反应4小时，反应结束本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于巯基‑烯点击反应制备超支化聚合物/碳纳米管/碳纤维跨尺度增强体的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一、将4g碳纤维加入到100～200mL质量百分比溶度为30％的双氧水中，超声波处理30～60分钟，然后在50～80℃油浴中反应1～4小时，反应结束后抽滤，并用去离子水洗涤4次，置于120℃真空干燥箱中干燥至恒重，即得到氧化处理碳纤维；步骤二、将4g通过所述步骤一中制得的氧化处理碳纤维加入到100～200mL体积比为95:5的乙醇与含乙烯基硅烷偶联剂混合溶液中，用乙酸调节pH值至4～6，室温下磁力搅拌30～50分钟，然后在80℃油浴锅中反应4～6小时，反应结束后抽滤并用去离子水洗涤4次，置于120℃真空干燥箱中干燥至恒重，即得到乙烯基功能化碳纤维；步骤三、将0.5g碳纳米管加入到50～100mL质量百分比溶度为30％的双氧水中，超声波处理30～60分钟，然后在60～80℃油浴中反应2～4小时，反应结束后抽滤，并用去离子水洗涤4次，置于100℃真空干燥箱中干燥至恒重，即得到氧化处理碳纳米管；步骤四、将0.5g氧化处理碳纳米管分散到50～100mL体积比为95:5的乙醇与含乙烯基硅烷偶联剂混合溶液中，用乙酸调节pH值至4～6，超声处理30～60分钟，然后在80℃油浴锅中反应4～8小时，反应结束后抽滤并用去离子水洗涤4次，置于100℃真空干燥箱中干燥至恒重，即得到乙烯基功能化碳纳米管；步骤五、将0.01～0.015摩尔多巯基化合物、0.01摩尔二烯烃化合物和0.2～0.5毫摩尔光引发剂分散在40～80mL的二甲基甲酰胺中，采用波长为365nm的紫外光照射体系引发巯基‑烯点击反应，照射30分钟后再加入0.5g乙烯基功能化碳纳米管和4g乙烯基功能化碳纤维，超声处理30～60分钟，用波长为365nm的紫外光再照射30～60分钟，反应结束后用二甲基甲酰胺清洗4次，在80℃真空干燥箱中干燥48小时，即得到超支化聚合物/碳纳米管/碳纤维跨尺度增强体。...

【技术特征摘要】
1.一种基于巯基-烯点击反应制备超支化聚合物/碳纳米管/碳纤维跨尺度增强体的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一、将4g碳纤维加入到100～200mL质量百分比溶度为30％的双氧水中，超声波处理30～60分钟，然后在50～80℃油浴中反应1～4小时，反应结束后抽滤，并用去离子水洗涤4次，置于120℃真空干燥箱中干燥至恒重，即得到氧化处理碳纤维；步骤二、将4g通过所述步骤一中制得的氧化处理碳纤维加入到100～200mL体积比为95:5的乙醇与含乙烯基硅烷偶联剂混合溶液中，用乙酸调节pH值至4～6，室温下磁力搅拌30～50分钟，然后在80℃油浴锅中反应4～6小时，反应结束后抽滤并用去离子水洗涤4次，置于120℃真空干燥箱中干燥至恒重，即得到乙烯基功能化碳纤维；步骤三、将0.5g碳纳米管加入到50～100mL质量百分比溶度为30％的双氧水中，超声波处理30～60分钟，然后在60～80℃油浴中反应2～4小时，反应结束后抽滤，并用去离子水洗涤4次，置于100℃真空干燥箱中干燥至恒重，即得到氧化处理碳纳米管；步骤四、将0.5g氧化处理碳纳米管分散到50～100mL体积比为95:5的乙醇与含乙烯基硅烷偶联剂混合溶液中，用乙酸调节pH值至4～6，超声处理30～60分钟，然后在80℃油浴锅中反应4～8小时，反应结束后抽滤并用去离子水洗涤4次，置于100℃真空干燥箱中干燥至恒重，即得到乙烯基功能化碳纳米管；步骤五、将0.01～0.015摩尔多巯基化合物、0.01摩尔二烯烃化合物和0.2～0.5毫摩尔光引发剂分散在40～80mL的二甲基甲酰胺中，采用波长为365nm的紫外光照射体系引发巯基-烯点击反应，照射30分钟后再加入0.5g乙烯基功能化...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊磊，詹凤，刘芳，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西,36