[發明專利]碳納米材料/水/梳狀聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物懸浮液及其制備方法

有效

• 申請號: 201410539665.X
• 申請日: 2014-10-13
• 公開（公告）號: CN104307429A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 吳石山;冉千平;毛永琳;楊勇;陳強;劉金芝;周棟梁
• 申請（專利權）人: 南京大學;江蘇省建筑科學研究院有限公司
• 主分類號: B01F17/44
• 分類號: B01F17/44;B01F17/52;C08F293/00
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技術領域

本發明涉及一種碳納米材料/水懸浮液及其制備方法，具體地說是一種碳納米材料/水/梳狀聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物懸浮液及其制備方法。

背景技術

在化工、涂料、造紙、建筑、復合材料、冶金、醫藥及食品等許多工業領域，分散已成為提高產品質量和性能，提高效率不可缺少的技術手段。目前，在許多工業部門都采用化學方法實現超細顆粒的分散。

高分子分散劑與無機和有機小分子分散劑相比，具有對分散體系中的離子、pH值、溫度等敏感程度小，分散穩定效果好；可顯著降低分散體系的粘度，改善分散體系的流變性，使得產品更易操作處理，節省能源；所分散的體系穩定性高，因而可以延長貯存期，降低貯存損耗，不需再分散費用等；可以提高固含量，在高固含量下分散體系仍具有較好的流動性，從而降低原料成本，減少設備的磨損。因此高分子分散劑在工業領域中的應用越來越廣。

聚醚為側鏈的梳狀聚羧酸類分散劑吸附在粉體粒子表面時，其分子鏈中的-COO-提供靜電排斥作用，而其側鏈在溶劑中采用伸展的構象，在粒子表面形成足夠厚度的立體屏障(空間位阻)作用，因此加有該分散劑的懸浮體系具有良好的分散性、分散穩定性以及流動性。而現有市場及文獻資料中尚無嵌段聚醚為側鏈的梳狀聚羧酸類分散劑。

碳納米材料/水懸浮液的分散相當困難，即使分散，其分散的穩定性也一直存在問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有碳納米材料/水懸浮液的分散性和流動性的問題，提供一種碳納米材料/水/梳狀聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物懸浮液及其制備方法。

本發明所述碳納米材料/水/梳狀聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物懸浮液，由碳納米材料、水和梳狀聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物組成，其重量比是：碳納米材料為3-14％，水為86-97％，梳狀聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物為碳納米材料的1.0-5.0％。

所述碳納米材料包括碳納米管和石墨烯。

所述梳狀聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物是由聚醚(PEO)嵌段和聚丙烯酸(PAA)嵌段組成，其重均分子量(Mw)為1.0-9.0萬，其中聚醚嵌段含量(重量比)為50-90％，聚丙烯酸嵌段含量(重量比)為10-50％。

所述梳狀聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物的制備方法為：首先是由聚醚大單體、RAFT試劑、引發劑通過水相聚合得到聚醚大單體-RAFT試劑，然后由聚醚大單體-RAFT試劑、丙烯酸、引發劑通過水相聚合得到梳狀聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物。

所述聚醚大單體包括聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯和聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯。

所述RAFT試劑為水溶性4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸或2-(苯基硫代甲酰硫基)丙酸。

所述引發劑是水溶性4,4'-偶氮雙(4-氰基戊酸)或偶氮二異丁基脒鹽酸鹽。

所述水相聚合的反應條件為60-80℃進行聚合反應6-10小時。

本發明所述梳狀聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物記為PEO-b-PAA。數均分子量(Mn)的聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯合成的梳狀聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物記為PEO?Mn-b-PAA；Mn分別為480、500、959和2000的聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯合成的梳狀聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物記為PEO480-b-PAA、PEO500-b-PAA、PEO950-b-PAA和PEO2000-b-PAA。

本發明所述碳納米材料/水/梳狀聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物懸浮液的制備方法，包括以下步驟：

(1)、按碳納米材料為3-14％、水為86-97％的比例(重量比)配合，攪拌成均勻的懸浮液；

(2)、用NaOH溶液調節由步驟1得到的懸浮液的pH值為9-10；

(3)、加入梳狀聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物，其用量為碳納米材料的1.0-5.0％(重量比)，攪拌均勻即得到碳納米材料/水/梳狀聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物懸浮液。

表1給出了PEO480-b-PAA和PEO950-b-PAA含量對碳納米管ξ電位的影響。表2給出了PEO500-b-PAA和PEO2000-b-PAA含量對石墨烯ξ電位的影響。純碳納米管和石墨烯的ξ電位分別為-18.50和-23.73。加入分散劑后的碳納米管和石墨烯的ξ電位的絕對值提高，有利于其分散。

表1?PEO-b-PAA含量對碳納米管ξ電位^*的影響