一种聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料的制备方法及应用方法与流程

本发明属于光纤涂料，具体涉及一种聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料的制备方法及应用方法。

背景技术：

1、随着光通信技术的飞速发展，光纤作为基础材料在很多领域都有了广泛的应用。但由玻璃或塑料拉丝而成的光纤本身细而脆，易受损，需要使用光纤涂料对其进行多层涂覆保护，为其提供强度保护、防水及应力缓冲等作用。近年来，除了传统的干线通信和接入网传输以外，光纤正朝着短距离通信、传感、激光、军事等细分领域延伸，不同的应用领域对光纤的性能也有着更高标准的需求，随之而来对光纤涂料的性能增强要求也愈发严格。

2、复合涂料是目前获得广泛研究的前沿热点之一。复合涂料的生产通常是为了获得两种或两种以上材料的中间或协同效应，以达到增强某种效果或性能的目的。在各种用于复合涂料的填充物中，碳纳米管由于其优异的力学性能和热电性能，被认为是制备复合涂层的理想增强材料。除此以外，具有超大比表面积的碳纳米管与涂料内的有机高分子聚合物基底之间大范围的接触面积保证了两者之间良好的协同作用。

3、然而，碳纳米管本身分散性差、易团聚的问题在很大程度上限制了碳纳米管在复合涂料中的应用。因此，亟需解决碳纳米管的分散性问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料的制备方法及应用方法。

2、为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

3、一种聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤一：对碳纳米管进行预处理，得到溴化碳纳米管作为光催化聚合反应的引发剂；

5、步骤二：溴化碳纳米管通过光催化原子转移自由基聚合反应，进行聚接枝处理，得到功能化碳纳米管；

6、步骤三：将聚合物接枝的功能化碳纳米管与预聚物、活性稀释剂和光引发剂混合，得到所需聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料。

7、进一步的，步骤一中，对碳纳米管进行预处理，得到溴化碳纳米管的步骤包括：

8、将碳纳米管超声分散于硝酸中，经酸化反应后得到表面具有很多羧基位点的碳纳米管；

9、将酸化后的碳纳米管与二氯亚砜反应得到酰基化碳纳米管；

10、将酰基化碳纳米管超声分散于二元醇化合物中，碳纳米管表面的酰基被羟基取代，得到羟基化碳纳米管；

11、将羟基化碳纳米管分散于n-甲基吡咯烷酮中，加入2-溴异丁酰溴，使碳纳米管进一步修饰活性引发基团，得到溴化碳纳米管。

12、进一步的，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种或几种的组合。

13、进一步的，步骤二中，将溴化碳纳米管进行接枝处理，得到聚合物接枝的功能化碳纳米管的步骤包括：

14、将溴化碳纳米管、聚合物单体、催化剂体系以及溶剂超声混合，在可见光照射下发生聚合反应，得到聚合物接枝的功能化碳纳米管。

15、进一步的，光催化原子转移自由基聚合(photoatrp)反应无需添加还原剂，而是在过量胺类配体下cu(ii)络合物直接光化学还原。

16、进一步的，可见光源为365nm紫外灯，反应时间为0.5-5h。

17、进一步的，所述聚合物单体为聚丙烯酸酯类单体，所述催化剂体系为cu(ii)/l体系。

18、进一步的，l为五甲基二乙烯基三胺(pmdeta)，三(2-氨基乙基)胺(tren)、2,4,6-三吡啶-(2-吡啶基)-1,3,5-三嗪(tpt))和三-(n,n-二甲氨基乙基)胺(me6tren)中的一种或多种的组合。

19、进一步的，步骤三中，按重量份数计，将聚合物接枝的功能化碳纳米管1～5份、预聚物35～80份、活性稀释剂10～30份、光引发剂0.1～5份、助剂0～3份混合，组成led-uv紫外光固化光纤涂料混合物，搅拌混匀并超声得到所需聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料，搅拌速度为800～1500r/min，搅拌时间为0.5～5h，超声时间为0.5～2h。

20、进一步的，所述预聚物为丙烯酸酯低聚物，所述活性稀释剂为丙烯酸酯类单体，所述光引发剂为能吸收350-430nm的自由基型光引发剂。

21、本发明还公开了一种聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料的应用方法，包括以下步骤：

22、将如上所述的一种聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料的制备方法制备得到的光纤涂料均匀涂覆在底材上并进行紫外光固化。

23、进一步的，紫外光固化灯源选择汞灯或led灯，辐照能量为1000mj/cm2，涂料在紫外光下曝光使其模量达到最大模量的95％时所得到的固化膜。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

25、1)本发明通过光催化原子转移自由基聚合(photoatrp)反应，将碳纳米管表面接枝聚丙烯酸酯类高分子链，一方面，其表面丰富基团能有效改善碳纳米管在油相光纤涂料体系中的分散性，并保证其在光纤涂料中的长期稳定性和有效性，另一方面，碳纳米管表面接枝的聚丙烯酸酯结构与光纤涂料中的聚丙烯酸类基底相似相溶，能有效克服现有碳基复合涂料相容性差、分散不均匀的问题，使改性纳米碳基材料、预聚物和单体三者之间协同作用，进一步增强涂料的性能。；

26、2)本发明公开的聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料涂覆在由玻璃等拉丝而成的光纤表面时，碳纳米管与玻璃纤维形成化学键合，能够起到增强涂料与光纤粘结强度的作用；

27、3)将聚合物接枝的功能化碳纳米管作为添加剂引入光纤涂料中，可充分利用碳纳米管优异的力学性能和良好的导热性能，能够显著提高光纤涂料的机械性能和热稳定性，为高性能光纤涂料的制备提供新视角。

技术特征：

1.一种聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料的制备方法，其特征在于，步骤一中，对碳纳米管进行预处理，得到溴化碳纳米管的步骤包括：

3.根据权利要求1或2所述的一种聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种或几种的组合。

4.根据权利要求1所述的一种聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料的制备方法，其特征在于，步骤二中，将溴化碳纳米管进行接枝处理，得到聚合物接枝的功能化碳纳米管的步骤包括：

5.根据权利要求4所述的一种聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料的制备方法，其特征在于，可见光源为365nm紫外灯，反应时间为0.5-5h。

6.根据权利要求1所述的一种聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料的制备方法，其特征在于，所述聚合物单体为聚丙烯酸酯类单体，所述催化剂体系为cu(ii)/l体系。

7.根据权利要求6所述的一种聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料的制备方法，其特征在于，l为五甲基二乙烯基三胺(pmdeta)，三(2-氨基乙基)胺(tren)、2,4,6-三吡啶-(2-吡啶基)-1,3,5-三嗪(tpt))和三-(n,n-二甲氨基乙基)胺(me6tren)中的一种或多种的组合。

8.根据权利要求1所述的一种聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料的制备方法，其特征在于，步骤三中，按重量份数计，将聚合物接枝的功能化碳纳米管1～5份、预聚物35～80份、活性稀释剂10～30份、光引发剂0.1～5份、助剂0～3份混合，组成led-uv紫外光固化光纤涂料混合物，搅拌混匀并超声得到所需聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料，搅拌速度为800～1500r/min，搅拌时间为0.5～5h，超声时间为0.5～2h。

9.根据权利要求8所述的一种聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料的制备方法，其特征在于，所述预聚物为丙烯酸酯低聚物，所述活性稀释剂为丙烯酸酯类单体，所述光引发剂为能吸收350-430nm的自由基型光引发剂。

10.一种聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种聚合物接枝碳纳米管改性的高性能光纤涂料的制备方法及应用方法，该制备方法包括以下步骤：对碳纳米管进行预处理，得到溴化碳纳米管；将溴化碳纳米管通过光催化原子转移自由基聚合进行接枝处理，得到聚合物接枝的功能化碳纳米管；将聚合物接枝的功能化碳纳米管与预聚物、活性稀释剂、光引发剂混合，得到所需高性能光纤涂料。本发明的碳纳米管表面接枝聚丙烯酸酯类高分子链，能改善碳纳米管在涂料体系中的分散性并保证其在涂料中的长期稳定性和功能有效性，能克服现有碳基复合涂料相容性差、分散不均匀的问题，能提高光纤涂料的机械性能和热稳定性，能增强涂料与光纤的粘结强度，为高性能光纤涂料的制备提供了新视角。技术研发人员：张仁燕,刘振华,孙伟,王林,张功会,董智慧,阙厚铭,戴明铮,沈巧巧,田国才受保护的技术使用者：江苏亨通光纤科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/20