CNTs/TPU复合材料的制备与性能研究(7)
本实验采用等离子体诱导接枝技术用含氟单体将碳纳米管表明氟化。
1.5 现有问题
综上所知，碳纳米管的功能化方法很多，现有功能化方法分共价功能化和非共价功能化。共价功能化有端口功能化、侧壁功能化法；非共价功能化有聚合物功能化、淀粉功能化、环糊精功能化、生物分子功能化、芳香环化合物功能化。共价功能化方法是直接与CNT的石墨晶格结构作用，可破坏CNT功能化位点的sp2结构，从而部分破化CNT的电子特性，且所需合成步骤复杂。非共价功能化的方法简单，却又无法达到共价功能化所带来的较高结合力，且对修饰高分子的结构有很高的要求。因此应该发展新型的环保型、功能化程度高的碳纳米管改性方法。
我们采用等离子体诱导接枝聚合改性技术对碳纳米管进行氟功能化作为改性剂改性聚氨酯。使用含氟单体，采用等离子体诱导接枝聚合技术在碳纳米管表面包覆聚合物膜，可极大地改善其在基体中的分散性。再通过此功能性CNTs改性聚氨酯，可获得碳纳米管/聚氨酯的低表面能材料。该材料具有广泛的应用前景[14]。虽然现在人们可以大量生产碳纳米管，但从碳纳米管的基本的性质，研究和实际应用要求来看，碳纳米管应用技术存在几个方面的难题：碳纳米管氟功能化，如何选择性地合成目标含氟单体为难点；用不同链段长度的含氟化合物修饰改性碳纳米管的制备方法；不同工艺条件下碳纳米管氟功能化的制备方法；碳纳米管/聚氨酯复合材料的制备过程。
1.6 选题依据
等离子体诱导接枝聚合改性法是先对高分子材料进行等离子体预处理，利用表面产生的活性自由基引发具有功能性的单体在材料表面进行接枝共聚。也就是说把等离子体作为一种能源对材料做短时间的照射，然后可以放置在适当温度下与单体进行热接枝，也可以进行紫外接枝。其中核心是接枝剂的选择，接枝剂可选择马来酸酐和含氟单体，课题拟采用的接枝剂为含氟单体，含氟单体接枝后的碳纳米管使复合膜具有更佳的低表面能如含氟丙烯酸酯单体能用来进行接枝聚合。通过富氧等离子体引发其在碳纳米管表面的诱导接枝聚合。以含氟单体为接枝剂，采用等离子体诱导接枝聚合技术在碳纳米管表面包覆聚合物膜，可极大地改善其在基体中的分散性，再通过此氟功能碳纳米管改性聚氨酯，可获得低表面能材料。含氟单体改性体系的疏水效果优良，这是因为在碳纳米管表面包覆聚合物膜后，可使其表面高度有机化，从而极大地改善了碳纳米管在基体中的分散性，因而表现为疏水性的提高，因此能够用来改性碳纳米管，改性后的碳纳米管相较于改性前的，其表面包覆了聚合物薄膜，同时疏水性的提高和改善其在基体中的分散性。
通过查找资料，运用等离子体诱导接枝聚合改性功能化法是可行的。等离子体诱导接枝聚合改性能够使碳纳米管表面包覆聚合物膜，极大地改善其在基体中的分散性。再通过此氟功能化的碳纳米管改性聚氨酯，可获得一种低表面能材料。
通过按照一定比例将含氟单体和碳纳米管混合均匀后，通过富氧等离子体引发其在碳纳米管表面的诱导接枝聚合。待反应结束后，洗涤直至纯净后置于60 ℃烘箱中真空干燥8 h，得到氟功能化碳纳米管。再按照一定比例，将氟功能化碳纳米管和含氟共聚醚加入反应器中，超声l h后加入二苯基甲烷二异氰酸酯，于80 ℃下反应5 h，并通入氮气保护，获得含碳纳米管的含氟聚氨酯预聚体。进一步加扩链剂进行扩链、真空脱气后，迅速倾入预热模具内，固化成型后得到碳纳米管/聚氨酯复合弹性体。其中原料的来源拥有保障，碳纳米管可从深圳纳米港有限公司等地方获取，含氟单体能从上海三爱富等购得。实验所用水可用蒸馏水。