[發(fā)明專利]一種開關(guān)型碳納米管分散劑

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611110369.3
• 申請(qǐng)日: 2016-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN106587013B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣建中;張杜炎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/174
• 分類號(hào): C01B32/174;C07J41/00;B01F17/22;B01F17/16
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 張勇

一種開關(guān)型碳納米管分散劑，該分散劑通入氮?dú)?、空氣或者加熱后發(fā)生分解，生成沒(méi)有表面活性的胺類化合物，該胺類化合物再通入CO₂后變成碳酸氫鹽，成為一種陽(yáng)離子型表面活性劑；該分散劑能在水溶液中分散碳納米管，在需要潔凈碳納米管時(shí)，通入氮?dú)狻⒖諝饣蛘呒訜岷笤摫砻婊钚詣┓纸猓玫奖砻鏉崈舻奈捶稚⒌奶技{米管，通入二氧化碳后，重新形成表面活性劑并能分散碳納米管。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種開關(guān)型碳納米管分散劑，屬于膠體與界面化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳納米管因具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的電學(xué)、光學(xué)、化學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)而受到了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。但由于碳納米管之間存在著比較強(qiáng)的范德華力，導(dǎo)致很容易纏繞在一起或者團(tuán)聚成束，嚴(yán)重制約了碳納米管的應(yīng)用。如何提高碳納米管的分散性成為目前迫切需要解決的問(wèn)題。目前物理法和化學(xué)功能化法是比較常用的分散碳納米管的方法。物理法是通過(guò)高能量的超聲和超速離心使碳納米管有效地分散開，這種方法中高能量的超聲會(huì)使碳納米管斷裂，縮短其長(zhǎng)度，減小碳納米管的長(zhǎng)徑比，對(duì)碳納米管造成一定的損壞，影響其應(yīng)用價(jià)值，而且這種方法也存在分散不完全的缺點(diǎn)?；瘜W(xué)功能化方法可以分為共價(jià)功能化法和非共價(jià)功能化法兩種。共價(jià)功能化法是通過(guò)混酸或其他強(qiáng)氧化劑來(lái)處理碳納米管，從而改變碳納米管的表面結(jié)構(gòu)使其引入羧基、羥基、氨基等各種活性基團(tuán)，提高其水溶液的分散性，但是這種方法在一定程度上會(huì)損壞碳納米管的結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能；非共價(jià)功能化法是碳納米管與其他化合物通過(guò)π-π非共價(jià)鍵作用相結(jié)合得到結(jié)構(gòu)完整的功能化碳納米管，該種方法不僅能夠提高碳納米管的分散性而且不會(huì)對(duì)碳納米管的結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能造成破壞，通過(guò)表面活性劑分散碳納米管屬于非共價(jià)功能化方法之一。

然而常規(guī)表面活性劑與碳納米管相互作用后，較難將其從碳納米管表面剝離下來(lái)，本發(fā)明試圖發(fā)明一種開關(guān)型碳納米管分散劑，該分散劑既能在水中分散碳納米管，又能在需要潔凈的碳納米管時(shí)，通入氮?dú)饣蚩諝饣蛘呒訜岷蟮玫奖砻鏉崈舻奶技{米管。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種開關(guān)型碳納米管分散劑，一方面該分散劑能在水中分散碳納米管；另一方面，在需要潔凈的碳納米管時(shí)，通入氮?dú)狻⒖諝饣蛘呒訜岷笤摫砻婊钚詣┓纸?，得到表面潔凈的未分散的碳納米管。

本發(fā)明的技術(shù)方案

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種開關(guān)型碳納米管分散劑，該分散劑通入氮?dú)?、空氣或者加熱后發(fā)生分解，生成沒(méi)有表面活性的胺類化合物，該胺類化合物再通入CO₂后變成碳酸氫鹽，成為一種陽(yáng)離子型表面活性劑；該分散劑能在水溶液中分散碳納米管，在需要潔凈碳納米管時(shí)，通入氮?dú)狻⒖諝饣蛘呒訜岷笤摫砻婊钚詣┓纸?，得到表面潔凈的未分散的碳納米管，通入二氧化碳后，重新形成表面活性劑并能分散碳納米管；碳納米管為單壁或者多壁碳納米管或者兩者混合物，該分散劑結(jié)構(gòu)式如下：

其中R₁，R₂，R₃為C₁～C₁₈直鏈或支鏈、飽和或不飽和、含有或不含有芳香環(huán)的烷基。

上述分散劑的制備主要包括以下步驟：

(1)羥基保護(hù)：將脫氧膽酸和1～30摩爾當(dāng)量的羥基保護(hù)劑，在20～120℃下反應(yīng)1～30小時(shí)后得到羥基保護(hù)產(chǎn)物，羥基保護(hù)劑為三甲基氯化硅、六甲基二硅胺烷、甲酸、乙酸酐中的一種或幾種混合物；

(2)酰胺化產(chǎn)物：將羥基保護(hù)產(chǎn)物與1～10摩爾當(dāng)量氯化亞砜或草酰氯在有機(jī)溶劑中反應(yīng)1～72小時(shí)，反應(yīng)溫度20～45℃，反應(yīng)結(jié)束后除去有機(jī)溶劑及氯化亞砜或草酰氯，將中間產(chǎn)物與烷基二胺在有機(jī)溶劑中反應(yīng)1～72小時(shí)，反應(yīng)溫度-10～40℃，得到酰胺化產(chǎn)物，其中烷基二胺中的烷基為C₁～C₁₈直鏈或支鏈、飽和或不飽和、含有或不含有芳香環(huán)的烷基；有機(jī)溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚等一種或幾種混合溶劑；