专利名称：一种含氟高聚物功能基化的碳纳米管及其制备方法
技术领域：
本发明属于碳材料技术领域，具体涉及一种含氟高聚物功能基化的碳纳米管及其制备方法。
背景技术：
碳纳米管(CNTs)因其特殊理化和力学性能而被公认为最理想的高分子材料改性齐U，但其实际改性效果却不甚理想。这是由于碳纳米管的表面呈化学惰性，且存在严重的自缠绕和自聚集问题。近年来，人们已发展了如强酸氧化、直接表面氟化等CNTs改性方法，可在一定程度上改变其表面化学组成和结构，提高其与高分子材料的相容性和反应活性。强酸氧化法最为通用，其操作方便、工艺简单，能在一定程度上改善碳纳米管的分散性，但却存在反应周期长，其表面引入含氧官能团之热稳定性较差等技术问题。直接表面氟化法是近年快速发展的一种表面改性技术，其原理是利用高反应的剧毒氟气作为氟化试剂对材料表面进行改性。该法虽然具有成本低、不影响材料本体结构的特点，但却存在较大的爆炸危险性，剧毒性、不适用于规模化的碳纳米管氟化处理等缺陷。因而迫切需要发展适用于高分子材料改性的氟功能化的碳纳米管新技术。
发明内容
本发明的目的之一是为了解决上述的技术问题而提供一种无毒、安全、环保、可规模化进行的含氟高聚物功能基化的碳纳米管的制备方法。本发明的目的之二在于提供上述的一种含氟高聚物功能基化的碳纳米管的制备方法所得到的含氟高聚物功 能基化的碳纳米管。本发明的技术方案
一种含氟高聚物功能基化的碳纳米管，按质量比计算，即碳纳米管:含氟单体为1:2-10的比例，采用等离子体诱导接枝改性的方法使含氟单体在碳纳米管的表面形成一层含氟高聚物薄膜，即得到含氟高聚物功能基化的碳纳米管；
所述的单壁碳纳米管的直径<2nm、长度5-15mm、纯度>90% ；
所述的双壁碳纳米管的直径<5nm、长度5-15mm、纯度>90% ；
所述的多壁碳纳米管的直径l(T40nm、长度5-15mm、纯度>97% ；
所述的含氟单体为甲基丙烯酸全氟烷基酯，优选分子量为142 ；
或为甲基丙烯酸含硫杂原子全氟烷基酯，优选分子量为294 ；
或为甲基丙烯酸全氟含氮氟烷基酯，优选分子量为294 ；
或为甲基丙烯酸全氟酰胺酯，优选分子量为312 ；
或为带羟基含氟烯醇，其结构式如下:
权利要求
1.一种含氟高聚物功能基化的碳纳米管，其特征在于所述的含氟高聚物功能基化的碳纳米管按质量比计算，即碳纳米管:含氟单体为1:2-10的比例，采用等离子体诱导接枝改性的方法使含氟单体在碳纳米管的表面形成一层含氟高聚物薄膜，即得含氟高聚物功能基化的碳纳米管； 所述的碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管； 所述的含氟单体为甲基丙烯酸全氟烷基酯、甲基丙烯酸含硫杂原子全氟烷基酯、甲基丙烯酸全氟含氮氟烷基酯、甲基丙烯酸全氟酰胺酯或带羟基含氟烯醇； 上述的采用等离子体诱导接枝改性的方法使含氟单体在碳纳米管的表面形成一层含氟高聚物薄膜，具体包括如下步骤: (1)、将碳纳米管和含氟单体放入等离子体化学气相沉积炉的真空腔中，抽真空至0.1Pa时，在温度为10-30°C下通入高纯氩气，调节真空腔压力10-30Pa，以45-75W的等离子体功率进行第一次等离子处理10-20min ； (2)、向真空腔室内通入5-10min的高纯氧气，然后加热至50_120°C，以10-50W的等离子体功率进行第二次等离子处理20-30min，得到粉末状固体； (3)、取出步骤(2)所得的粉末状固体，依次经丙酮洗涤、真空抽滤2-4次后置于80°C下真空干燥，即得含氟高聚物功能基化的碳纳米管。
2.如权利要求1所述的一种含氟高聚物功能基化的碳纳米管，其特征在于: 所述的单壁碳纳米管的直径<2nm、长度5-15mm、纯度>90% ； 所述的双壁碳纳米管的直径<5nm、长度5-15mm、纯度>90% ； 所述的多壁碳纳米管的直径l(T40nm、长度5-15mm、纯度>97%。
3.如权利要求2所述的一种含氟高聚物功能基化的碳纳米管，其特征在于: 所述的甲基丙烯酸全氟烷基酯的分子量为142 ； 所述的甲基丙烯酸含硫杂原子全氟烷基酯的分子量为294 ； 所述的甲基丙烯酸全氟含氮氟烷基酯的分子量为294 ； 所述的甲基丙烯酸全氟酰胺酯的分子量为312 ； 所述的带羟基含氟烯醇的结构式如下:
4.如权利要求1、2或3所述的一种含氟高聚物功能基化的碳纳米管的制备方法，其特征在于具体包括如下步骤: (1)、将碳纳米管和含氟单体放入等离子体化学气相沉积炉的真空腔中，抽真空至.0.1Pa时，在温度为10-30°C下通入高纯氩气，调节真空腔压力10-30Pa，采用45-75W的等离子体功率进行第一次等离子处理10_20min ； (2)、向真空腔室内通入5-10min的高纯氧气，然后加热至50_120°C，以10-50W的等离子体功率进行第二次等离子处理20-30min，得到粉末状固体； (3)、取出步骤(2)所得的粉末状固体，依次经丙酮洗涤、真空抽滤2-4次后置于80°C下真空干燥，即得含氟高聚物功能基化的碳纳米管。
全文摘要
本发明公开一种含氟高聚物功能基化的碳纳米管及其制备方法，所述的含氟高聚物功能基化的碳纳米管按质量比计算，即碳纳米管含氟单体为1:2-10的比例，由含氟单体在碳纳米管表面诱导接枝聚合得到。其制备方法首先将碳纳米管和含氟单体置于等离子体炉中，抽真空，通入高纯氩气进行第一次等离子处理后再用氧气活化，升温、进行第二次等离子处理，所得产物依次经丙酮洗涤、真空抽滤、干燥，即得无毒、不破坏碳纳米管本体结构、高润滑性的含氟高聚物功能基化的碳纳米管。其制备方法具有操作简单、安全、环保、生产周期短，最终所得含氟高聚物功能基化的碳纳米管的功能基化程度高，反应活性强，有效克服其表面惰性和严重自缠绕和自聚集问题。
文档编号C01B31/02GK103241724SQ201310168580
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月9日 优先权日2013年5月9日
发明者贾润萍, 代丽, 宗安新, 王彩峰, 魏路 申请人:上海应用技术学院