改性碳纳米管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管纤维及其制备方法和应用。该制备方法包括如下步骤：将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯进行聚合反应得到共聚物，不饱和二羧酸选自马来酸、二氯马来酸、苯基马来酸及二苯基马来酸中的至少一种；在第一保护性气体氛围下，对共聚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，并在第二保护性气体氛围下于140℃～160℃下反应，得到改性碳纳米管纤维，前驱体选自聚丙烯酸树脂及聚氨基甲酸乙酯树脂中的至少一种。上述制备方法得到的改性碳纳米管纤维的浸润性较好。

Modified carbon nanotube fibers and their preparation methods and Applications

The invention relates to a modified carbon nanotube fiber, a preparation method and application thereof. The preparation method includes the following steps: the copolymer is obtained by polymerization of unsaturated dicarboxylic acid, styrene and methyl methacrylate, and unsaturated dicarboxylic acid is selected from at least one of maleic acid, dichloromaleic acid, phenylmaleic acid and diphenylmaleic acid; the copolymer and carbon nanotube array are grafted in the first protective gas atmosphere to obtain modified carbon nanotubes. Carbon nanotube arrays; carbon nanotube fibers were obtained by spinning modified carbon nanotube arrays; precursors were sprayed on carbon nanotube fibers and reacted in the second protective gas atmosphere at 140 ~160 ~C to obtain modified carbon nanotube fibers. The precursors were selected from at least one of the polyacrylic acid resins and polyurethane resins. The wettability of the modified carbon nanotube fibers prepared by the above methods is good.

【技术实现步骤摘要】
改性碳纳米管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管纤维及其制备方法和应用。
技术介绍
纳米材料因其结构和性能上的独特性而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，纳米材料和技术具有非常广阔的使用前景。其中，碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能，逐渐被用于制备布料纤维。然而，在制作布料的过程中，传统的碳纳米管纤维的浸润性较差，不利于碳纳米管纤维的纺织。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种改性碳纳米管纤维的制备方法，该制备方法得到的改性碳纳米管纤维的浸润性较好。此外，还提供一种改性碳纳米管纤维及其制备方法和应用。一种改性碳纳米管纤维的制备方法，包括如下步骤：将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯进行聚合反应得到共聚物，所述不饱和二羧酸选自马来酸、二氯马来酸、苯基马来酸及二苯基马来酸中的至少一种；在第一保护性气体氛围下，对所述共聚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℃下反应，得到改性碳纳米管纤维，所述前驱体选自聚丙烯酸树脂及聚氨基甲酸乙酯树脂中的至少一种。上述改性碳纳米管纤维的制备方法，将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯进行聚合反应得到共聚物，不饱和二羧酸选自马来酸、二氯马来酸、苯基马来酸及二苯基马来酸中的至少一种，再采用紫外光将共聚物接枝到碳纳米管阵列的表面，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，选自聚丙烯酸树脂及聚氨基甲酸乙酯树脂中的至少一种，使得前驱体与共聚物的-COOR-(酯基)反应，得到浸润性较好的改性碳纳米管纤维。经试验验证，上述制备方法得到的改性碳纳米管纤维的浸润接触角为8°～15°，更容易织成布料。在其中一个实施例中，所述前驱体包括聚丙烯酸树脂及聚氨基甲酸乙酯树脂，且所述聚丙烯酸树脂及所述聚氨基甲酸乙酯树脂的摩尔比为0.8：1～3.5：1。在其中一个实施例中，所述将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯进行聚合反应得到共聚物的步骤具体为：将所述不饱和二羧酸、所述苯乙烯及所述甲基丙烯酸甲酯在紫外光照射下进行聚合反应，并控制反应温度为20℃～45℃，紫外光强度为45W～55W，反应时间为30min～40min。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℃下反应的步骤中，反应时间为1h～2h。在其中一个实施例中，所述不饱和二羧酸、所述苯乙烯及所述甲基丙烯酸甲酯的质量比为(2～7)：(9～14)：(4～7)。在其中一个实施例中，所述共聚物的重均分子量为3000～30000。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，所述在第一保护性气体氛围下，对所述共聚物和碳纳米管阵列进行接枝反应的步骤之前，还包括制备所述碳纳米管阵列的步骤：在所述第一基底上沉积催化剂层；及在第三保护性气体氛围下，将形成有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；所述碳源气体包括己烷和乙烯，所述己烷和所述乙烯的气体分压比为1:8～1:1.25，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。一种改性碳纳米管纤维，由上述改性碳纳米管纤维的制备方法制备得到。上述改性碳纳米管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，下面对本专利技术进行更全面的描述。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管纤维的制备方法，能够得到浸润性较好的改性碳纳米管纤维，易于纺织，能够应用于制备品质更好的布料。该改性碳纳米管纤维的制备方法包括如下步骤S110～S140：S110、将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯进行聚合反应得到共聚物。不饱和二羧酸选自马来酸、二氯马来酸、苯基马来酸及二苯基马来酸中的至少一种。在其中一个实施例中，共聚物的重均分子量为3000～30000。进一步地，共聚物的重均分子量为8000～10000。在其中一个实施例中，不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯的质量比为(2～7)：(9～14)：(4～7)。此设置的共聚物接枝于碳纳米管阵列的表面，既能够增加改性碳纳米管阵列的硬度，还能够增大碳纳米管之间的距离，以降低由于碳纳米管之间的范德华力所致的团聚，以得到易于分散的改性碳纳米管阵列，以能够更好发挥碳纳米管的力学性能，得到耐磨性更高的改性碳纳米管阵列。在其中一个实施例中，苯乙烯与甲基丙烯酸甲酯的质量比为1.5～2.5。此种设置使得改性碳纳米管阵列的硬度较高，耐磨性能更好。进一步地，苯乙烯与甲基丙烯酸甲酯的质量比为2。此种设置使得改性碳纳米管阵列的硬度适中，进一步提高改性碳纳米管阵列的耐磨性能。在其中一个实施例中，不饱和二羧酸由马来酸及苯基马来酸组成，且马来酸及苯基马来酸的摩尔比为3：1～5：1。此种设置能够进一步增加改性碳纳米管纤维的耐磨性能。进一步地，马来酸及苯基马来酸的摩尔比为4：1。在其中一个实施例中，将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯进行聚合反应的步骤具体为：将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯在紫外光照射下进行自由基聚合反应，并控制反应温度为20℃～45℃，紫外光强度为45W～55W，反应时间为30min～40min。在其中一个实施例中，将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯进行聚合反应的步骤之后，还包括向聚合反应的反应物中加入溶剂，固液分离后收集沉淀，得到共聚物。进一步地，溶剂选自四氯化碳、四氢呋喃及二氯甲烷中的至少一种。固液分离的方式为离心。需要说明的是，固液分离的方式不限于上述指出方法，可以为其他方式，例如可以为过滤。在其中一个实施例中，在固液分离后收集沉淀的步骤之后，还包括对沉淀进行干燥的步骤，以得到干燥的共聚物。需要说明的是，如果沉淀能够满足需求的话，对沉淀进行干燥的步骤可以省略。S120、在第一保护性气体氛围下，对共聚物和碳纳米管阵列进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列。在其中一个实施例中，S120具体包括S121～S123:S121、制备碳纳米管阵列。在其中一个实施例中，碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列。需要说明的是，碳纳米管阵列也可以是多壁碳纳米管阵列。在其中一个实施例中，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，S121包括S1211～S1212：S1211、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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性碳纳米管纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯进行聚合反应得到共聚物，所述不饱和二羧酸选自马来酸、二氯马来酸、苯基马来酸及二苯基马来酸中的至少一种；在第一保护性气体氛围下，对所述共聚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℃下反应，得到改性碳纳米管纤维，所述前驱体选自聚丙烯酸树脂及聚氨基甲酸乙酯树脂中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种改性碳纳米管纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯进行聚合反应得到共聚物，所述不饱和二羧酸选自马来酸、二氯马来酸、苯基马来酸及二苯基马来酸中的至少一种；在第一保护性气体氛围下，对所述共聚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℃下反应，得到改性碳纳米管纤维，所述前驱体选自聚丙烯酸树脂及聚氨基甲酸乙酯树脂中的至少一种。2.根据权利要求1所述的改性碳纳米管纤维的制备方法，其特征在于，所述前驱体包括聚丙烯酸树脂及聚氨基甲酸乙酯树脂，且所述聚丙烯酸树脂及所述聚氨基甲酸乙酯树脂的摩尔比为0.8：1～3.5：1。3.根据权利要求1所述的改性碳纳米管纤维的制备方法，其特征在于，所述将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯进行聚合反应得到共聚物的步骤具体为：将所述不饱和二羧酸、所述苯乙烯及所述甲基丙烯酸甲酯在紫外光照射下进行聚合反应，并控制反应温度为20℃～45℃，紫外光强度为45W～55W，反应时间为30min～40min。4.根据权利要求1所述的改性碳纳米管纤维的制备方法，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℃下反应的步骤中，反应时间为...

【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