含鈦酸鋇改性碳納米管與苯並噁唑環聚合物原位接枝的複合材料的製備方法

2023-05-25 13:42:16

專利名稱：含鈦酸鋇改性碳納米管與苯並噁唑環聚合物原位接枝的複合材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及化合物合成及製備的技術領域，具體的說，涉及一種含鈦酸鋇改性碳納米管與苯並噁唑環聚合物原位接枝的複合材料的製備方法。
背景技術：
吸波材料,是指一種既能吸收、衰減入射的電磁波，又能將電磁能轉換成熱能等其它能量形式的一類材料。研究和發展吸波材料在保障信息安全及軍事機密等方面具有十分重要的意義。此外，高分子材料與現代社會的發展密切相關。然而，大部分高分子材料的本身卻並不具有微波吸收性能，因此，高分子材料需要通過與吸波劑的複合來提高材料的吸波性能，使其具有更廣泛的用途和更高的使用價值。聚亞苯基苯並二卩惡唑(Poly-p-phenylenebenzobisthiazole),簡稱 ΡΒ0,具有高強度、高模量、耐高溫和環境穩定性好的優異特性，因此，它在航空、航天、軍事領域具有十分廣闊的使用前景。但是，其本身的吸波能力較弱(對改善其吸波性能的研究還有待深入)，而且其聚合反應發生的條件較為嚴格，因此，如何有效地提高聚亞苯基苯並二噁唑(PBO)的吸波能力，使其具有更廣泛的應用價值是本領域一個亟待解決的技術問題。

發明內容
本發明的目的在於解決上述問題，提供一種提高聚亞苯基苯並二噁唑(PBO)吸波性能的製備方法，即，含鈦酸鋇改性碳納米管與苯並噁唑環聚合物原位接枝的複合材料的製備方法，以克服現有聚亞苯基苯並二噁唑(PBO)的缺陷。為實現上述目的，本發明採取了以下技術方案。
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含鈦酸鋇改性碳納米管與苯並噁唑環聚合物原位接枝複合材料的製備方法，其特徵是，包括以下步驟:
(1)製備羧基化碳納米管
用量筒按照體積分數3:1的比例分別量取濃硝酸和去離子水加入反應容器中，再按照使用需要，加入一定質量的粗生純多壁碳納米管(每IOml濃硝酸最多可氧化0.1g粗生多壁純碳納米管)，在磁力攪拌條件下回流冷凝24小時，控制溫度在120°C ；
反應結束後，將所得產物分別用無水乙醇及去離子水離心洗滌，直至洗滌液pH值為7 ;將所得羧基化碳納米管放入70°C烘箱乾燥48小時後取出，用研缽研成粉末，得到MWNT-C00H (羧基化碳納米管)；
(2)製備氫氧化鈦
在反應容器中加入少量(IOml)無水乙醇(其作為減弱鈦酸四丁酯在空氣中水解的作用，不參加反應，因此存在一定的量即可)，再加入一定摩爾質量(2.38g)的鈦酸四丁酯，在磁力攪拌條件下逐滴加入氨水，直至不再產生沉澱為止；將所得產物抽濾，再分別用無水乙醇和去離子水洗滌乾淨，得到氫氧化鈦(Ti(OH)4)；(3)製備鈦酸鋇改性碳納米管複合吸波劑
將步驟(I)得到的MWNT-COOH，步驟(2)得到的Ti (OH) 4加入另一個反應容器中，再加入與鈦酸四丁酯同摩爾質量的醋酸鋇以及體積比為1:1的乙二胺、乙醇胺溶液和少量的聚乙烯醇(PVA) 200溶液，在磁力攪拌條件下超聲分散，得到均勻的懸濁液，再用氫氧化鈉水溶液調整PH為12 ;
然後將所述懸濁液加入到水熱反應釜中，於200°C下反應24小時，反應結束待冷卻至室溫時，將產物分別用稀鹽酸、無水乙醇以及去離子水離心洗滌之後，放入70°C的烘箱烘48小時後取出，研磨成粉末，得到鈦酸鋇改性碳納米管複合吸波劑(MWNT/BaTi03)；
(4)製備含鈦酸鋇改性碳納米管的聚對亞苯基苯並二噁唑
稱量等摩爾比的4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽(DAR)和對苯二甲酸(TA)加入聚合釜中，再加入五氧化二磷濃度為80.6wt.%的多聚磷酸(PPA)及P2O5 (反應介質，不參加反應，主要是調節反應產物濃度)，在低於60°C下攪拌抽真空，用氮氣置換空氣三次後，通氮氣保護，逐步升溫至90°C，待物料混合均勻，逐步降溫至60°C以下；
再加入質量分數為0.5% 15% (0.17g 0.36g)的、步驟(3)製備的鈦酸鋇改性碳納米管複合吸波劑(MWNT/BaTi03)，攪拌抽真空，並用氮氣置換空氣三次後，通氮氣保護，逐步升溫至90°C進行脫氣；
脫氣完成後，進行升溫聚合，分別在100、110、130°C各恆溫反應12小時，此時體系粘度增加；然後升溫至150°C，恆溫反應6小時；之後停止加熱，反應結束，得到所述含鈦酸鋇改性碳納米管與苯並噁唑環聚合·物原位接枝的複合材料；
其化學反應及結構式為:
權利要求
1.含鈦酸鋇改性碳納米管與苯並噁唑環聚合物原位接枝複合材料的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟 (1)製備羧基化碳納米管 用量筒按照體積分數3:1的比例分別量取濃硝酸和去離子水加入反應容器中，再按照使用需要，加入一定質量的粗生純多壁碳納米管，在磁力攪拌條件下回流冷凝24小時，控制溫度在120°C ; 反應結束後，將所得產物分別用無水乙醇及去離子水離心洗滌，直至洗滌液pH值為7 ；將所得羧基化碳納米管放入70°C烘箱乾燥48小時後取出，用研缽研成粉末，得到羧基化碳納米管(MWNT-COOH)； (2)製備氫氧化鈦 在反應容器中加入少量無水乙醇，再加入一定摩爾質量的鈦酸四丁酯，在磁力攪拌條件下逐滴加入氨水，直至不再產生沉澱為止；將所得產物抽濾，再分別用無水乙醇和去離子水洗滌乾淨，得到氫氧化鈦(Ti(OH)4)； (3)製備鈦酸鋇改性碳納米管複合吸波劑 將步驟(I)得到的MWNT-C00H，步驟(2)得到的Ti (OH)4加入另一個反應容器中，再加入與鈦酸四丁酯同摩爾質量的醋酸鋇以及體積比為1:1的乙二胺、乙醇胺溶液和少量的聚乙烯醇(PVA) 200溶液，在磁力攪拌條件下超聲分散，得到均勻的懸濁液，再用氫氧化鈉水溶液調整PH為12 ; 然後將所述懸濁液加入到水熱反應釜中，於200°C下反應24小時，反應結束待冷卻至室溫時，將產物分別用稀鹽酸、無水乙醇以及去離子水離心洗滌之後，放入70°C的烘箱烘48小時後取出，研磨成粉末，得到鈦酸鋇改性碳納米管複合吸波劑(MWNT/BaTi03)； (4)製備含鈦酸鋇改性碳納米管的聚對亞苯基苯並二噁唑 稱量等摩爾比的4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽(DAR)和對苯二甲酸(TA)加入聚合釜中，再加入五氧化二磷濃度為80. 6wt. %的多聚磷酸(PPA)及P2O5，在低於60°C下攪拌抽真空，用氮氣置換空氣三次後，通氮氣保護，逐步升溫至90°C，待物料混合均勻，逐步降溫至60°C以下； 再加入質量分數為O. 5% 15%的、步驟(3)製備的鈦酸鋇改性碳納米管複合吸波劑(MWNT/BaTi03)，攪拌抽真空，並用氮氣置換空氣三次後，通氮氣保護，逐步升溫至90°C進行脫氣； 脫氣完成後，進行升溫聚合，分別在100、110、130°C各恆溫反應12小時，此時體系粘度增加；然後升溫至150°C，恆溫反應6小時；之後停止加熱，反應結束，得到所述含鈦酸鋇改性碳納米管與苯並噁唑環聚合物原位接枝的複合材料； 其化學反應及結構式為
2.根據權利要求I所述的含鈦酸鋇改性碳納米管與苯並噁唑環聚合物原位接枝複合材料的製備方法，其特徵在於，步驟(I)所述的碳納米管的管徑為50 80nm。
3.根據權利要求2所述的含鈦酸鋇改性碳納米管與苯並噁唑環聚合物原位接枝複合材料的製備方法，其特徵在於，所述的碳納米管為多壁碳納米管。
4.根據權利要求I所述的含鈦酸鋇改性碳納米管與苯並噁唑環聚合物原位接枝複合材料的製備方法，其特徵在於，步驟(3)所述的在磁力攪拌條件下超聲分散是指磁力攪拌與超聲分散是交替進行的，它們要保證物料在加入水熱反應釜之前成為分散均勻的穩定的懸濁液。
5.根據權利要求I所述的含鈦酸鋇改性碳納米管與苯並噁唑環聚合物原位接枝複合材料的製備方法，其特徵在於，步驟(3)所述的兩個50毫升的水熱反應釜，每個水熱反應釜所加入的懸濁液限量為30毫升 40毫升。
6.根據權利要求I所述的含鈦酸鋇改性碳納米管與苯並噁唑環聚合物原位接枝複合材料的製備方法，其特徵在於，步驟(3)所述的稀鹽酸為濃度為O. IM的稀鹽酸，其主要作用是洗去反應的副產物碳酸鋇。
7.根據權利要求I所述的含鈦酸鋇改性碳納米管與苯並噁唑環聚合物原位接枝複合材料的製備方法，其特徵在於，在步驟(3)所述的離心洗滌中，離心機的轉速不低於6000r/min0
8.根據權利要求I所述的含鈦酸鋇改性碳納米管與苯並噁唑環聚合物原位接枝複合材料的製備方法，其特徵在於，步驟(4)所述的對苯二甲酸(TA)在處理後應保存在真空乾燥器中，使用前須在95°C烘箱中乾燥24小時。
9.
根據權利要求I所述的含鈦酸鋇改性碳納米管與苯並噁唑環聚合物原位接枝複合材料的製備方法，其特徵在於，步驟(4)所述的聚合釜為一直處於負壓狀態的反應釜。
全文摘要
本發明含鈦酸鋇改性碳納米管與苯並噁唑環聚合物原位接枝複合材料的製備方法，包括以下步驟⑴製備羧基化碳納米管；⑵製備氫氧化鈦；⑶製備鈦酸鋇改性碳納米管複合吸波劑；⑷製備含鈦酸鋇改性碳納米管的聚對亞苯基苯並二噁唑；本發明以鈦酸鋇改性的碳納米管作為吸波劑，利用鈦酸鋇的高介電常數引起的電磁波極化損耗，利用碳納米管尺寸效應既電效應引起的電阻損耗，通過與聚亞苯基苯並二噁唑的原位聚合得到具有優異微波吸收功能的複合材料，從而將無機納米複合材料與有機的高分子聚合物通過化學鍵結合起來，與純聚對亞苯基苯並二噁唑相比，在不降低其力學性能的同時，有效地提高了材料的微波吸收性能，提高了高分子材料本身的綜合性能。
文檔編號C08K9/02GK103254433SQ201310188659
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月21日 優先權日2013年5月21日
發明者莊啟昕, 魏佳, 陳騰達, 陶明康, 何劍傑, 劉小雲, 韓哲文 申請人:華東理工大學