專利名稱：：一種氟化碳納米管及其制備方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種氟化碳納米管及其制備方法，具體說是以有機氟為氟化劑來制備氟化碳納米管。
背景技術：
：碳納米管具有奇特的電學性能、很好的柔韌性、良好的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及吸附特性，可作為復合材料理想的增強體。然而，由于碳納米管易聚集成束或纏繞，且與其它納米增強材料相比，其表面是相對"惰性"的，在常見的有機溶劑中的分散度低，極大地制約了其應用性能的研究。因此，對碳納米管的表面進行改性已成為碳納米管/聚合物復合材料研究的熱點。目前碳納米管表面修飾的主要方法有化學鍍法、表面活性劑修飾法以及化學反應法等。在這幾種方法中，化學鍍法具有設備低廉、操作方便、工藝簡單等優(yōu)點。但是由于碳納米管的比表面積大，在鍍液中易團聚《使用表面活性劑能夠有效地提高碳納米管在鍍液中的分散性，但是由于碳納米管的特殊結構決定了其自身分散能力差，很難長時間穩(wěn)定懸浮在溶液中。另外，使用表面活性劑對碳納米管進行處理后，雖然能夠在一定程度上提高碳納米管在聚合物中分散性，但由于碳納米管與聚合物基體的結合能力較弱，在受到剪切力時容易和基體產生相對滑移，影響材料的使用性能。利用化學反應法對碳納米管進行修飾，既能保留碳納米管的特性又能進行功能化，可以從根本上解決碳納米管在聚合物中分散問題。氟化改性碳納米管作為化學反應修飾的一種方法，既保留了碳納米管原有的耐磨性，又具有極低的摩擦系數(0.0020.07)，當用于聚合物復合材料時，不僅可以提高熱塑性樹脂超高分子量聚乙烯和聚四氟乙烯的摩擦磨損性能，而且可以提高熱固性環(huán)氧樹脂的摩擦磨損性能。對碳納米管進行氟化，目前主要采用以劇毒的單質氟氣為原料的"氣相法"，或以不同價態(tài)的氟化碳為氟源的"化學氣相沉積法"。前者操作危險反應時間長，后者設備復雜投資大。
發(fā)明內容要解決的技術問題為了避免現有技術的不足之處，本發(fā)明提出一種氟化碳納米管及其制備方法，采用有機氟替代氟氣或氟化碳作為氟化劑與碳納米管進行反應制備氟化碳納米管，氟化后的碳納米管一方面具有一定的自潤滑性，可作為固體潤滑劑直接使用。另一方而可與親核試劑進行縮合反應在碳納米管表面引入不同的官能團，提高基體中的分散性和界面結合強度。技術方案本發(fā)明的技術特征在于原料配方組成按質量計:碳納米管IO份，有機氟化物K300份。所述的碳納米管為多壁碳納米管或單壁碳納米管。所述的有機氟化物為聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚偏二氟乙烯、乙烯與四氟乙烯共聚物、四氟乙烯與全氟垸基乙烯基醚共聚物、十二氟庚醇或十二氟庚醇的衍生物;所述的有機氟化物為固體粉末或液體的有機氟化物。一種制備氟化碳納米管制備方法，其特征在于制備歩驟如下(1)將碳納米管和有機氟化物利用機械方式混合均勻；(2)將混合好的原料裝入反應器中，密封后放入馬夫爐；(3)加熱反應器，維持反應溫度在100600°C'反應110小時后停止加熱；(4)冷卻到室溫，打開反應器，研磨后得到氟化碳納米管。有益效果本發(fā)明采用有機氟替代氟氣或氟化碳作為氟化劑與碳納米管反應制備氟化碳納米管，解決了現有工藝安全性差、設備使用壽命短、產品成本高的缺點，具有安全性高、設備使用壽命長、生產成本低、無污染等優(yōu)點，適合大規(guī)模生產。另外，氟化后的碳納米管一方面具有一定的自潤滑性，可作為固體潤滑劑直接使用。另一方面可與親核試劑進行縮合反應在碳納米管表面引入不同的官能團，提高基體中的分散性和界面結合強度。因此對促進碳納米管的應用具有非常重要的意義。有益效果主要表現在以下幾點(1)本發(fā)明中所采用的有機氟化物為聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚偏二氟乙烯、乙烯與四氟乙烯共聚物、四氟乙烯與全氟垸基乙烯基醚共聚物、十二氟庚醇或十二氟庚醇的衍生物等固體粉末或液體的有機氟化物，安全件高，有利于生產、運輸和儲存。(2)本發(fā)明中采用固相氟化法，無需加壓，設備簡單，操作方便。(3)本發(fā)明中所采用的原料易得、氟化成本低、安全、無污染，有利于工業(yè)化大規(guī)模生產。具體實施例方式現結合實施實例對本發(fā)明作進一步描述本發(fā)明以有機氟為氟化劑對碳納米管進行氟化。實施實例1:首先將10份多壁碳納米管和100份聚四氟乙烯利用球磨機混合均勻后；裝入反應器中，密封后放入馬夫爐；加熱，維持反應溫度在475士25。C，反應110小時后，冷卻到室溫，打開反應器，研磨后，即氟化碳納米管。多壁碳納米管可以用單壁碳納米管同等份額直接取代。聚四氟乙烯可以用聚全氟乙丙烯或聚偏二氟乙烯固體粉末同等份額直接取代。采用較低的反應溫度可適當延長反應時間；采用較高的反應溫度可適當縮短反應時間。只要反應溫度控制在475±25^，反應時間在110小時內進行相應的調整，就可得到氟化率較高的碳納米管。實施實例2'首先將10份多壁碳納米管和200份四氟乙烯與全氟烷基乙烯基醚的共聚物利用球磨機混合均勻后；裝入反應器中，密封后放入馬夫爐；加熱，維持反應溫度在550土50V，反應110小時后，冷卻到室溫，打開反應器，研磨后，即為氟化碳納米管。多壁碳納米管可以用單壁碳納米管同等份額直接取代。四氟乙烯與全氟烷基乙烯基醚共聚物可以用乙烯與四氟乙烯共聚物同等份額直接取代。采用較低的反應溫度可適當延長反應時間；采用較高的反應溫度可適當縮短反應時間。只要反應溫度控制在550±50^，反應時間在110小時內進行相應的調整，就可得到氟化率較高的碳納米管。實施實例3首先將10份多壁碳納米管和300份十二氟庚醇利用膠體磨混合均勻后；裝入反應器中，密封后放入馬夫爐；加熱，維持反應溫度在150土50Y、，反應110小時后，冷卻到室溫，打開反應器，研磨后，即為氟化碳納米管。多壁碳納米管可以用單壁碳納米管同等份額直接取代。十二氟庚醇可以用十二氟庚醇的衍生物等氟含量較高的液體有機氟化物同等份額直接取代。采用較低的反應溫度可適當延長反應時間；采用較高的反應溫度可適當縮短反應時間。只要反應溫度控制在150士50。C，反應時間在110小時內進行相應的調整，就可得到氟化率較高的碳納米管。表1是以多壁碳納米管和聚四氟乙烯為原料氟化前后的XPS分析結果。從表1可以看出，利用這種方法對碳納米管進行氟化，其中氟元素的濃度可達3.59%。表1碳納米管氟化前后XPS分析結果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>碳納米管具有奇特的電學性能、很好的柔韌性、良好的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及吸附特性，可作為復合材料理想的增強體。然而，由于碳納米管易聚集成束或纏繞，且與其它納米增強材料相比，其表面是相對"惰性"的，在常見的有機溶劑中的分散度低，極大地制約了其應用性能的研究。氟化后的碳納米管一方面具有一定的自潤滑性，可作為固體潤滑劑直接使用。另一方面可與親核試劑進行縮合反應在碳納米管表面引入不同的官能團，以其提高基體中的分散性和界面結合強度。因此對促進碳納米管的應用具有非常重要的意義。本發(fā)明采用有機氟替代氟氣作為氟化劑與碳納米管反應制備氟化碳納米管，解決了現有工藝安全性差、設備使用壽命短、產品成本高的缺點，具有安全性高、設備使用壽命長、生產成本低、不會爆炸、無污染等優(yōu)點，適合大規(guī)模生產。權利要求1.一種氟化碳納米管，其特征在于原料配方組成按質量計碳納米管10份，有機氟化物10～300份。2.根據權利要求1所述的氟化碳納米管，其特征在于所述的碳納米管為多壁碳納米管或單壁碳納米管。3.根據權利要求1所述的氟化碳納米管，其特征在于所述的有機氟化物為聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚偏二氟乙烯、乙烯與四氟乙烯共聚物、四氟乙烯與全氟烷基乙烯基醚共聚物、十二氟庚醇或十二氟庚醇的衍生物；所述的有機氟化物為固體粉末或液體的有機氟化物。4.一種制備權利要求13所述的氟化碳納米管制備方法，其特征在于制備步驟如下(1)將碳納米管和有機氟化物利用機械方式混合均勻；(2)將混合好的原料裝入反應器中，密封后放入馬夫爐；(3)加熱反應器，維持反應溫度在100600°C，反應.110小時后停止加熱；(4)冷卻到室溫，打開反應器，研磨后得到氟化碳納米管。全文摘要本發(fā)明涉及一種氟化碳納米管及其制備方法，技術特征在于將碳納米管和有機氟利用機械研磨充分混合均勻后裝入反應器，密封后放入馬夫爐，加熱維持反應溫度在100～600℃，反應1～10小時，停止加熱；待反應器冷卻到室溫后，打開反應器，研磨后得氟化碳納米管。所述的碳納米管為多壁碳納米管或單壁碳納米管。所述的有機氟化物為聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚偏二氟乙烯、乙烯與四氟乙烯共聚物、四氟乙烯與全氟烷基乙烯基醚共聚物、十二氟庚醇或十二氟庚醇的衍生物等固體粉末或液體的有機氟化物。本發(fā)明解決了現有氟化方法安全性差、設備使用壽命短、產品成本高的缺點，具有安全性高、設備使用壽命長、工藝簡單、生產成本低、無污染等優(yōu)點，適合大規(guī)模生產。文檔編號B82B3/00GK101284659SQ20081001722公開日2008年10月15日申請日期2008年1月4日優(yōu)先權日2008年1月4日發(fā)明者宋長文,王金合,顏紅俠申請人:西北工業(yè)大學