[發明專利]一種碳纖維表面接枝超支化聚合物的方法

有效

• 申請號: 201710545052.0
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107266712B
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 馬麗春;宋國君;韓萍;李曉茹;朱彤;王剛;朱瑩瑩
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: C08K9/04
• 分類號: C08K9/04;C08K9/06;C08K9/02;C08K7/06;C08L63/00;C08G83/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 李紅媛

1.一種碳纖維表面接枝超支化聚合物的方法，其特征在于一種碳纖維表面接枝超支化聚合物的方法具體是按以下步驟完成的：

一、清洗：

①、將碳纖維放入裝有丙酮的索氏提取器中，在溫度為75℃～85℃的條件下使用丙酮清洗去除碳纖維表面的雜質，清洗時間為2h～8h，將清洗后的碳纖維取出，得到丙酮清洗后的碳纖維；

②、將步驟一①得到的丙酮清洗后的碳纖維置于超臨界裝置中，在溫度為350℃～370℃和壓力為8MPa～14MPa的超臨界丙酮-水體系中浸泡20min～30min，得到去除環氧涂層后的碳纖維；

步驟一②中所述的超臨界丙酮-水體系中丙酮與水的體積比為5:1；

③、將步驟一②得到的去除環氧涂層后的碳纖維置于索氏提取器中，在溫度為75℃～85℃的條件下使用丙酮清洗去除環氧涂層后的碳纖維，清洗時間為2h～4h；將清洗后的碳纖維取出，在溫度為70℃～80℃的條件下干燥2h～4h，得到干燥清洗后碳纖維；

二、氧化：

①、將步驟一③得到的干燥清洗后碳纖維浸漬到過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液中，加熱至60℃～80℃，再在溫度為60℃～80℃的條件下恒溫1h～2h，得到氧化后的碳纖維；所述的過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液中過硫酸鉀的濃度為0.1mol/L～0.2mol/L；所述的過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液中硝酸銀的濃度為0.0001mol/L～0.005mol/L；

步驟二①中所述的干燥清洗后碳纖維的質量與過硫酸鉀/硝酸銀混合水溶液的體積比為0.1g:(10mL～12mL)；

②、室溫條件下將步驟二①得到的氧化后的碳纖維在蒸餾水中浸泡5min～10min，將經蒸餾水中浸泡后的碳纖維取出，棄除蒸餾水；所述的氧化后的碳纖維的質量與蒸餾水的體積比為(0.001g～0.006g):1mL；

③、重復步驟二②3次～5次，得到蒸餾水清洗后的氧化碳纖維；

④、將步驟二③得到的蒸餾水清洗后的氧化碳纖維在溫度為70℃～80℃的條件下干燥2h～4h，得到干燥后的氧化碳纖維；

⑤、將步驟二④得到的干燥后的氧化碳纖維置于裝有無水乙醇的索氏提取器中，在溫度為90℃～100℃的條件下使用無水乙醇清洗氧化碳纖維，清洗時間為2h～4h，得到無水乙醇清洗的氧化的碳纖維；

⑥、將步驟二⑤得到的無水乙醇清洗的氧化的碳纖維在溫度為70℃～80℃的條件下干燥2h～4h，得到干燥的氧化碳纖維；

三、碳纖維的還原處理：

將步驟二⑥中得到的干燥的氧化碳纖維浸入到四氫呋喃中，再加入氫化鋰鋁，再磁力攪拌至混合均勻，然后在氮氣氣氛、溫度為65℃～80℃和攪拌速度為100r/min～120r/min下磁力攪拌2h～4h，再加入質量分數為35％～37％的鹽酸反應20min～30min，得到羥基功能化的碳纖維；將羥基功能化的碳纖維取出，首先使用甲苯對羥基功能化的碳纖維清洗3次～5次，再使用丙酮對羥基功能化的碳纖維清洗3次～5次，最后使用蒸餾水對羥基功能化的碳纖維清洗至清洗液的pH值為7，再將pH值為7的羥基功能化的碳纖維放入溫度為80℃～100℃的真空干燥箱中干燥12h～24h；得到干燥的羥基功能化的碳纖維；

步驟三中所述的干燥的氧化碳纖維的質量與四氫呋喃的體積比為(0.3g～0.6g):(50mL～100mL)；

步驟三中所述的氫化鋰鋁的質量與四氫呋喃的體積比為(1.0g～2.0g):(50mL～100mL)；

步驟三中所述的質量分數為35％～37％的鹽酸與四氫呋喃的體積比為(200mL～300mL):(50mL～100mL)；

四、碳纖維的硅烷化處理：

①、將γ-氨丙基三乙氧基硅烷溶解到甲醇和水的混合液中，得到質量分數為1.5％～3.0％的偶聯劑溶液；

步驟四①中所述的甲醇和水的混合液中甲醇與水的體積比為9:1；

②、將步驟三中得到的干燥的羥基功能化的碳纖維浸入到質量分數為1.5％～3.0％的偶聯劑溶液中，再在氮氣氣氛、溫度為40℃～50℃和攪拌速度為100r/min～120r/min的條件下攪拌反應4h～6h，得到反應后的碳纖維；

③、將反應后的碳纖維從質量分數為1.5％～3.0％的偶聯劑溶液中取出，再使用無水乙醇對反應后的碳纖維清洗3次～5次，再在溫度為60℃～80℃下真空干燥12h～24h，得到APS接枝的碳纖維；

五、碳纖維的接枝處理：

將步驟四中得到的APS接枝的碳纖維加入到琥珀酸酐和二乙醇胺的混合溶液中，再加入對甲基苯磺酸，再在溫度為70℃～80℃和攪拌速度為100r/min～120r/min的條件下攪拌反應2h～4h，將反應體系加熱至120℃～150℃，再在溫度為120℃～150℃和攪拌速度為100r/min～120r/min的條件下攪拌反應6h～8h，得到接枝處理后的碳纖維；使用N,N-二甲基乙酰胺對接枝處理后的碳纖維清洗3次～5次，再在溫度為80℃～120℃下真空干燥12h～24h，得到碳纖維表面接枝超支化聚合物；

步驟五中所述的APS接枝的碳纖維的質量與琥珀酸酐和二乙醇胺的混合溶液的體積比為(0.3g～0.6g):(100mL～200mL)；

步驟五中所述的琥珀酸酐和二乙醇胺的混合溶液中琥珀酸酐的濃度為0.1mol/L～0.3mol/L，二乙醇胺的濃度為0.1mol/L～0.3mol/L；

步驟五中所述的APS接枝的碳纖維與甲基苯磺酸的質量比為(0.3g～0.6g)：(0.1g～0.2g)。