[發明專利]一種萘并噁嗪基聚合物和萘并噁嗪基多孔碳纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 201410196850.3
• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN104004120A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 許凱;林偉鴻;付子恩;辛明亮;彭軍;邢玉秀;陳鳴才
• 申請（專利權）人: 中科院廣州化學有限公司
• 主分類號: C08F120/36
• 分類號: C08F120/36;D01F9/21;D01F6/52;D01D5/00;D01F11/06;C07D265/14
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 張燕玲

技術領域

本發明屬于碳纖維技術領域，具體涉及一種萘并噁嗪基聚合物和萘并噁嗪基多孔碳纖維及其制備方法。

背景技術

多孔碳纖維是在傳統碳纖維基礎上通過化學或者物理活化方法發展起來的一類碳纖維材料。多孔碳纖維相比傳統碳纖維，具有超高比表面積，一般可達到800-1500m²/g,最高的比表面積甚至高達3000m²/g以上，可作為一種非常理想的載體材料用于吸附材料、催化劑載體、儲能材料、超級電容器和電極材料等。目前主要前驅體原料一般有粘膠、聚丙烯腈、瀝青、聚酰亞胺纖維以及酚醛樹脂等。而靜電紡絲是制備納米級碳纖維最簡單的工藝之一，靜電紡絲法具有價格低廉、設備簡單、操作簡易、高效等優點，是目前能夠直接連續制備納米纖維重要方法之一。一般情況下，靜電紡絲纖維經過碳化處理后都具有實心結構和光滑的表面，而目前，已經有幾種方法嘗試性在碳納米纖維表面進行制孔，并取得了一定的效果。其中有一種方法是將兩種互不相容的聚合物分子溶于同一種溶劑后去進行電紡，然后通過碳化或其它化學物理方法選擇性地除去其中的一種成分形成多孔結構；多孔的碳納米纖維也可以通過使電紡絲中不同成分發生微相分離而產生。此外，通過氧化或碳化同一分子鏈中的一部分鏈段也可能產生多孔結構。模板法、化學/物理活化法結合靜電紡絲制備多孔碳納米纖維的方法也被經常用到。盡管上述方法在制備孔碳納米纖維上取得了一定的效果，但仍然存在著孔徑大小不均一、分布不均勻等缺點，因此，如何在靜電紡絲中制備出孔徑大小均一、分布均勻的孔碳納米纖維依然是我們需要探討和著手解決的問題。

酚醛樹脂纖維是一類非常適合做活性碳纖維底物的材料，但是現有的酚醛基電紡碳纖維的制備技術都存在一些問題，例如熱塑性酚醛樹脂不易固化，熱固性酚醛樹脂可紡性差、炭產率低等。在眾多可作為碳纖維底物酚醛樹脂中苯并噁嗪是一類非常有特點和優勢的材料。它不僅保持了傳統酚醛樹脂優異的熱性能、阻燃性、電絕緣性、尺寸收縮率小、無副產物，玻璃化轉變溫度高、碳殘率高，易于活化等優點，而且克服了傳統酚醛樹脂在成形固化過程中釋放小分子的缺點，制品孔隙率低，接近零收縮。本發明通過合成含有萘并噁嗪基聚合物并對其進行共混、熱解，從而制備碳纖維，此方法具有工藝簡單、纖維尺寸均勻及純度高等優點，可以為今后實現規模生產納米碳纖維提供一條簡單經濟的工藝路線，對進一步開拓碳材料及納米碳材料的研究領域具有重大的意義。

發明內容

為了克服現有技術的缺點和不足，本發明的首要目的在于提供一種萘并噁嗪基聚合物。

本發明的另一目的在于提供萘并噁嗪基聚合物的制備方法。

本發明的另一目的在于提供由上述萘并噁嗪基聚合物制備的萘并噁嗪基多孔碳纖維。

本發明的再一目的在于提供由上述萘并噁嗪基多孔碳纖維的制備方法。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種萘并噁嗪基聚合物，其結構式如下所示：

其中，n為50～100的自然數；R為甲基或者氫原子。

所述的萘并噁嗪基聚合物的制備方法，具體包括以下步驟：

(a)萘并噁嗪基丙烯酸酯的合成

在室溫以及通入惰性氣體的條件下，將含醇羥基的萘并噁嗪、鹽酸吸附劑以及溶劑A加入反應器中，攪拌溶解，得到混合溶液；在0～5℃條件下，將酰氯試劑溶液滴加到混合溶液中，邊滴加邊攪拌反應6～24h，得到反應產物；將反應產物洗滌，干燥，過濾，旋轉蒸餾，得到萘并噁嗪基丙烯酸酯；其中，所述含醇羥基的萘并噁嗪用量為每10mL的溶劑A中加入1～5g含醇羥基的萘并噁嗪，所述含醇羥基的萘并噁嗪與鹽酸吸附劑的摩爾比為0.5～1：1，所述的酰氯試劑溶液是將酰氯試劑溶于溶劑B中制備得到，酰氯試劑的用量為每10mL溶劑B中加入10～20g酰氯試劑，所述酰氯試劑與含醇羥基的萘并噁嗪的摩爾比為1～3：1；

(b)萘并噁嗪基聚合物的合成

在室溫以及通入惰性氣體的條件下，將步驟(a)制備的萘并噁嗪基丙烯酸酯、引發劑和溶劑加入反應器中，攪拌溶解，然后升溫至60～90℃，恒溫攪拌6～12h，冷卻至室溫，得到反應產物；將反應產物加入沉淀劑中，然后過濾洗滌，干燥，得到萘并噁嗪基聚合物；其中，所述萘并噁嗪基丙烯酸酯的用量為每10mL溶劑中加入1～5g萘并噁嗪基丙烯酸酯，所述引發劑與萘并噁嗪基丙烯酸酯的質量比為0.1～1：100。

步驟(a)中所述含醇羥基的萘并噁嗪，結構式如(Ⅱ)所示：