改性碳纳米纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种改性碳纳米纤维及其制备方法和应用。该改性碳纳米纤维的制备方法包括如下步骤：在第一基底上形成碳纳米管阵列；在第二基底上形成高分子聚合物，高分子聚合物为2‑恶唑啉类单体与含氮杂环类单体的共聚物；及在保护性气体氛围下，对第一基底及第二基底进行紫外光照射处理，以使高分子聚合物和碳纳米管阵列进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列，将改性碳纳米管阵列进行纺丝，得到碳纳米管纤维；在碳纳米管纤维上喷涂前驱体并于保护气体氛围下反应，得到改性碳纳米纤维，前驱体选自环氧树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂及聚苯乙烯树脂中的至少一种。上述制备方法得到的改性碳纳米纤维能够用于制备抗变形能力较好的布料。

Modified carbon nanofibers and their preparation methods and Applications

The invention relates to a modified carbon nanofibers, a preparation method and application thereof. The preparation method of the modified carbon nanofibers includes the following steps: forming carbon nanotube arrays on the first substrate; forming macromolecule polymers on the second substrate, copolymers of 2 oxazoline monomers and nitrogen-containing heterocyclic monomers; and ultraviolet irradiation on the first and second substrates in a protective gas atmosphere to make the macromolecule polymers. Modified carbon nanotube arrays were obtained by grafting reaction with carbon nanotube arrays, spinning the modified carbon nanotube arrays to obtain carbon nanotube fibers, spraying precursors on carbon nanotube fibers and reacting in protective gas atmosphere to obtain modified carbon nanofibers. The precursors were selected from at least one of the epoxy resins, polyurethane resins and polystyrene resins. The modified carbon nanofibers prepared by the above methods can be used to prepare cloth with good deformation resistance.

【技术实现步骤摘要】
改性碳纳米纤维及其制备方法和应用
本专利技术涉及材料
，特别是涉及一种改性碳纳米纤维及其制备方法和应用。
技术介绍
碳纳米管纤维是通过碳纳米管经过纺丝制备得到，具有许多异常的力学、电学和化学性能，被广泛应用于中生活和生产的各个领域，例如化妆品、涂料及能源等。尤其是在纺织行业，碳纳米管纤维具有非常广阔的使用前景。然而，传统的碳纳米管纤维制备的布料的抗变形能力较差，不能满足实际需要。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种改性碳纳米纤维的制备方法，该制备方法得到的改性碳纳米纤维能够用于制备抗变形能力较好的布料。此外，还提供一种改性碳纳米纤维及其制备方法和应用。一种改性碳纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：在第一基底上形成碳纳米管阵列；在第二基底上形成高分子聚合物，所述高分子聚合物为2-恶唑啉类单体与含氮杂环类单体的共聚物，所述2-恶唑啉类单体选自2-异丙烯基-2-恶唑啉及4,4'-二甲基-2-乙烯基-2-恶唑啉中的至少一种，所述含氮杂环类单体为N-乙烯基吡咯烷酮；在第一保护性气体氛围下，对形成有所述碳纳米管阵列的所述第一基底及形成有所述高分子聚合物的所述第二基底进行紫外光照射处理，以使所述高分子聚合物和所述碳纳米管阵列进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列；将所述改性碳纳米管阵列进行纺丝，得到碳纳米管纤维；在所述碳纳米管纤维上喷涂前驱体，并在第二保护性气体氛围下于140℃～160℃反应，得到改性碳纳米纤维，所述前驱体选自环氧树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂及聚苯乙烯树脂中的至少一种。上述改性碳纳米纤维的制备方法，采用紫外光将高分子聚合物接枝到碳纳米管阵列的表面，并且高分子聚合物为2-恶唑啉类单体与含氮杂环类单体的共聚物，2-恶唑啉类单体选自2-异丙烯基-2-恶唑啉及4,4'-二甲基-2-乙烯基-2-恶唑啉中的至少一种，含氮杂环类单体为N-乙烯基吡咯烷酮，得到易于分散的改性碳纳米管阵列，并通过在由该改性碳纳米管制成的碳纳米管纤维上喷涂前驱体，前驱体选自环氧树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂及聚苯乙烯树脂中的至少一种，使得前驱体与高分子聚合物的-NCO(异氰酸基)反应而形成保护膜，以使得到的改性碳纳米纤维能能够制作抗形变能力较强的布料。经试验验证，上述制备方法得到的改性碳纳米纤维的杨氏模量为545GPa～730GPa，抗形变能力较强，由该改性碳纳米纤维制备的布料的杨氏模量为540GPa～640GPa，也具有较强的抗形变能力。在其中一个实施例中，所述在所述碳纳米管纤维上喷涂前驱体，并在第二保护性气体氛围下于140℃～160℃反应的步骤中，反应时间为1h～2h。在其中一个实施例中，所述高分子聚合物的重均分子量为3500～30000；及/或，所述2-恶唑啉类单体与所述含氮杂环类单体的摩尔比为0.75～3.2。在其中一个实施例中，所述紫外光的照射功率为15mW～35mW，所述紫外光为照射波长为196nm～350nm的单色窄带光，所述紫外光照射处理的时间为10min～35min。在其中一个实施例中，所述在第二基底上形成高分子聚合物的步骤之前，还包括所述高分子聚合物的制备步骤：将所述2-恶唑啉类单体与所述含氮杂环类单体通过自由基聚合反应，得到反应物；向所述反应物中加入溶剂，固液分离后收集沉淀，得到所述高分子聚合物。在其中一个实施例中，将所述2-恶唑啉类单体与所述含氮杂环类单体通过自由基聚合反应的步骤具体为：将所述2-恶唑啉类单体、所述含氮杂环类单体及引发剂混合，并于60℃～65℃下进行自由基聚合反应，反应时间为6h～8h，所述引发剂为过硫酸钾。在其中一个实施例中，所述引发剂与所述2-恶唑啉类单体的摩尔比为1:18～1:24。在其中一个实施例中，所述在第一基底上形成碳纳米管阵列的步骤包括：在所述第一基底上沉积催化剂层；及在保护性气体氛围下，将形成有所述催化剂层的所述第一基底升温至550℃～900℃后，再通入碳源气体反应，得到所述碳纳米管阵列；所述源气体包括乙烯和己烷，所述乙烯和所述己烷的气体分压比为1.25:1～8:1，所述碳源气体的流速为5mL/min～15mL/min，通入所述碳源气体进行反应的时间为10min～25min。一种改性碳纳米纤维，由上述改性碳纳米纤维的制备方法制备得到。上述改性碳纳米纤维在制备布料中的应用。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将对本专利技术进行更全面的描述。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。一实施方式的改性碳纳米纤维的制备方法，能够制备抗变形能力较好的改性碳纳米纤维，进而能够应用于制备品质更好的布料。该改性碳纳米纤维的制备方法包括如下步骤S110～S130：S110、制备改性碳纳米管阵列。在其中一个实施例中，制备改性碳纳米管阵列的步骤包括S111～S113:S111、在第一基底上沉积碳纳米管阵列。在其中一个实施例中，在第一基底上沉积碳纳米管阵列的步骤包括S1111～S1112：S1111、在第一基底上沉积催化剂层。在其中一个实施例中，采用电子束蒸发法在第一基底的表面形成催化剂层。进一步地，催化剂层的材料选自铁、钴和镍中的至少一种。催化剂层的厚度为20nm～23nm。S1112、在保护性气体氛围下，将形成有催化剂层的第一基底升温至550℃～900℃后，再通入碳源气体反应，得到碳纳米管阵列。在其中一个实施例中，将沉积有催化剂层的第一基底放置于化学气相反应炉中进行反应。进一步地，先向化学气相反应炉中通入保护性气体，再升高化学气相反应炉的温度至550℃～900℃，使得催化剂层在第一基底上均匀成核；再向其中通入碳源气体进行反应。更进一步地，碳源气体包括乙烯和己烷，乙烯和己烷的气体分压比为1.25:1～8:1。碳源气体的流速为5mL/min～15mL/min，通入碳源气体进行反应的时间为10min～25min。通过此设置，得到的碳纳米管阵列的力学性能较好。在其中一个实施例中，保护性气体选自氮气、氢气、氩气和氦气中的至少一种。在其中一个实施例中，在第一基底上沉积得到的碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列。需要说明的是，在第一基底上沉积得到的碳纳米管阵列也可以是多壁碳纳米管阵列。需要说明的是，采用上述改性碳纳米纤维的制备方法时，单壁碳纳米管阵列的表面较多壁碳纳米管阵列的表面修饰难度更大。在其中一个实施例中，在第一基底上沉积得到的碳纳米管阵列的长度为650μm～1200μm。碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为10nm～15nm。在其中一个实施例中，第一基底为氧化铝板。第一基底的主要作用在于对承载碳纳米管阵列。在其中一个实施例中，第一基底的尺寸为8英尺。当然，在其他实施方式中，第一基底的尺寸也可以是其他任意尺寸。在其中一个实施例中，第一基底具有第一工作面，在第一工作面沉积形成碳纳米管阵列层。S112、在第二基底上沉积高分子聚合物。在其中一个实施例中，2-恶唑啉类单体选自2-异丙烯基-2-恶唑啉及4,4'-二甲基-2-乙烯基-2-恶唑啉中的至少一种，含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性碳纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在第一基底上形成碳纳米管阵列；在第二基底上形成高分子聚合物，所述高分子聚合物为2‑恶唑啉类单体与含氮杂环类单体的共聚物，所述2‑恶唑啉类单体选自2‑异丙烯基‑2‑恶唑啉及4,4'‑二甲基‑2‑乙烯基‑2‑恶唑啉中的至少一种，所述含氮杂环类单体为N‑乙烯基吡咯烷酮；在第一保护性气体氛围下，对形成有所述碳纳米管阵列的所述第一基底及形成有所述高分子聚合物的所述第二基底进行紫外光照射处理，以使所述高分子聚合物和所述碳纳米管阵列进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列；将所述改性碳纳米管阵列进行纺丝，得到碳纳米管纤维；在所述碳纳米管纤维上喷涂前驱体，并在第二保护性气体氛围下于140℃～160℃反应，得到改性碳纳米纤维，所述前驱体选自环氧树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂及聚苯乙烯树脂中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种改性碳纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在第一基底上形成碳纳米管阵列；在第二基底上形成高分子聚合物，所述高分子聚合物为2-恶唑啉类单体与含氮杂环类单体的共聚物，所述2-恶唑啉类单体选自2-异丙烯基-2-恶唑啉及4,4'-二甲基-2-乙烯基-2-恶唑啉中的至少一种，所述含氮杂环类单体为N-乙烯基吡咯烷酮；在第一保护性气体氛围下，对形成有所述碳纳米管阵列的所述第一基底及形成有所述高分子聚合物的所述第二基底进行紫外光照射处理，以使所述高分子聚合物和所述碳纳米管阵列进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列；将所述改性碳纳米管阵列进行纺丝，得到碳纳米管纤维；在所述碳纳米管纤维上喷涂前驱体，并在第二保护性气体氛围下于140℃～160℃反应，得到改性碳纳米纤维，所述前驱体选自环氧树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂及聚苯乙烯树脂中的至少一种。2.根据权利要求1所述的改性碳纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述在所述碳纳米管纤维上喷涂前驱体，并在第二保护性气体氛围下于140℃～160℃反应的步骤中，反应时间为1h～2h。3.根据权利要求1所述的改性碳纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述高分子聚合物的重均分子量为3500～30000；及/或，所述2-恶唑啉类单体与所述含氮杂环类单体的摩尔比为0.75～3.2。4.根据权利要求1所述的改性碳纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述紫外光的照射功率为15mW～35mW，所述紫外光为照射波长为196nm～350nm的单色窄带光，所述紫外光照射处理的时间为10mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓飞，
申请(专利权)人：深圳烯湾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44