[發(fā)明專利]碳材料分散劑及其制備方法以及含有該分散劑的穩(wěn)定的碳材料的水性分散體

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810209767.3
• 申請(qǐng)日: 2018-03-14
• 公開（公告）號(hào): CN108559092B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜學(xué)松;李瑾;蘇志龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C08G83/00
• 分類號(hào): C08G83/00;C01B32/19;C01B32/21
• 代理公司: 北京東方億思知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11258
• 代理人: 李劍

本發(fā)明涉及碳材料分散劑及其制備方法以及含有該分散劑的穩(wěn)定的碳材料的水性分散體。具體地，分散劑適于分散具有石墨烯結(jié)構(gòu)的碳材料，包含兩親性超支化聚合物，所述聚合物具有含有胺基的骨架結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵合到所述骨架結(jié)構(gòu)上的與石墨烯結(jié)構(gòu)非共價(jià)締合的單環(huán)、多環(huán)、稠環(huán)或雜環(huán)芳基。所述碳材料分散劑的制備是通過如下實(shí)現(xiàn)的：i)使多縮水甘油基化合物與多官能度胺進(jìn)行反應(yīng)，從而形成末端帶有仲胺基的超支化聚合物，其中，所述多官能度胺的氨基氫相對(duì)于所述多縮水甘油基化合物的縮水甘油基摩爾過量；和ii)經(jīng)由與仲胺基的反應(yīng)將與石墨烯結(jié)構(gòu)非共價(jià)締合的單環(huán)、多環(huán)、稠環(huán)或雜環(huán)芳基引入所述超支化聚合物，從而形成包含兩親性超支化聚合物的分散劑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳材料分散劑及其制備方法。本發(fā)明還涉及一種含有上述碳材料分散劑的穩(wěn)定的碳材料的水性分散體及其在各種領(lǐng)域中的應(yīng)用。本發(fā)明還額外地涉及一種兩親性超支化聚合物。

背景技術(shù)

碳材料，尤其是具有石墨烯結(jié)構(gòu)的碳材料，由于其特有的結(jié)構(gòu)，具有極高的應(yīng)用價(jià)值。作為這類碳材料的典型代表，石墨烯是一種由碳原子以 sp²雜化方式形成的正六邊形蜂窩點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的二維晶體材料，其厚度僅為一個(gè)或幾個(gè)碳原子厚。這種有序超薄的二維結(jié)構(gòu)賦予了石墨烯如下優(yōu)異的物理、化學(xué)性能：輕質(zhì)、低密度、高化學(xué)穩(wěn)定性和高比表面積，使得其成為理想的儲(chǔ)氫材料；高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、超輕薄等特性，使得其在超輕型飛機(jī)，超輕防彈衣，航空航天領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用前景；優(yōu)異的力學(xué)性能、超強(qiáng)高韌性、高光學(xué)透明性、高導(dǎo)電導(dǎo)熱性，使得其在柔性器件、感光元件、傳感器、液晶顯示、透明電導(dǎo)電極等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，石墨烯又被稱為“新材料之王”。為了獲得石墨烯的各項(xiàng)優(yōu)異性能，制備出高質(zhì)量的石墨烯二維納米片層成為至關(guān)重要的一環(huán)。

目前，發(fā)展起來的用于制備石墨烯的方法主要包括外延生長法、化學(xué)氣相沉積法、氧化還原法、化學(xué)合成法、物理剝離法等。然而，這些方法或多或少都存在一些缺陷，不能滿足工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)。例如，外延生長法和氣相沉積法對(duì)溫度、設(shè)備要求較高，限制了其應(yīng)用范圍。氧化還原法雖然具有操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)，但制得的石墨烯不可避免地存在結(jié)構(gòu)上的缺陷，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量較低，并且硫酸、硝酸等強(qiáng)酸的使用存在較大的危險(xiǎn)性及污染性。而且，由于氧化還原工藝的特殊性，所得產(chǎn)品的氧含量難以控制，使得其在隨后的儲(chǔ)存及運(yùn)輸過程中存在被進(jìn)一步還原的可能性，因而產(chǎn)品質(zhì)量難以得到保證。化學(xué)合成法的成本較高，無法大規(guī)模量化生產(chǎn)，產(chǎn)品性能不可控(Chem.-Eur.J.2002,8,1424.)。

與前述方法相比，物理剝離法由于其工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量可控等優(yōu)點(diǎn)成為最受關(guān)注的方法。物理剝離法包括固相剝離(即，機(jī)械剝離)和液相剝離法。機(jī)械剝離是指直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剪裁下來。這種方法雖然可以得到單層石墨烯，但所得到的石墨烯片層尺寸不易控制，生產(chǎn)效率極低，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備。液相剝離是指將體相粉末與有機(jī)溶劑(如，N-甲基吡咯烷酮(NMP))、表面活性劑(如，膽酸鈉、十二烷基磺酸鈉等)水溶液或離子液體形成的各個(gè)體系通過超聲、剪切等手段，將粉體材料剝離為二維納米片層。這種方法雖然操作簡(jiǎn)單、便捷、成本低，但剝離體系具有各自的缺陷，諸如所用到的有機(jī)溶劑毒性較大，表面活性劑剝離效率低下，離子液體危險(xiǎn)。而且，液相剝離通常還需要預(yù)處理、高溫還原等繁瑣的步驟(如CN 104692363 B所公開的)，利用超聲法導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)完整性變差，并且難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

因此，工業(yè)中仍然需要改進(jìn)的用于制備碳材料的水性分散體的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的在于：提供一種適于采用規(guī)模化工藝來制備而沒有上述已有缺陷的碳材料的水性分散體。