[發明專利]碳納米管分散劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810415371.4
• 申請日: 2018-05-03
• 公開（公告）號: CN110437372A
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 史增謙;王輝;張磊
• 申請（專利權）人: 史增謙
• 主分類號: C08F220/28
• 分類號: C08F220/28;C08F226/06;C01B32/174
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 趙天月

本發明公開了碳納米管分散劑及其制備方法和應用，其中，碳納米管分散劑含有4?乙烯基吡啶與聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯的共聚物。該碳納米管分散劑對碳納米管在水性和有機溶劑中均有顯著的分散效果，而且其最低使用量可以降至碳納米管總質量的10％。

技術領域

本發明屬于碳納米管技術領域，具體而言，本發明涉及碳納米管分散劑及其制備方法和應用。

背景技術

碳納米管(CNTs)在1991年被發現，至今已經快30年了。由于碳納米管具有極高的模量、拉伸強度和超高韌性等卓越的性能，成為高性能復合材料的首選添加劑。但是，由于碳納米管屬納米材料，極易聚集，如果不能使碳納米管在材料中有效的分散，其對材料的增強效果將會大大的降低。所以目前碳納米管研究的一個重要的課題是需要解決碳納米管在各種介質中，如溶劑、聚合物、水泥、陶瓷等相中的分散性和界面間的相容性。

從目前的文獻來看CNTs的分散技術可分為物理分散法和化學分散法。物理分散法主要包括高能球磨、超聲振蕩、電場誘導、高速剪切和離心攪拌等。化學分散法主要包括混酸氧化法、表面活性劑法等。研究表明，單純使用物理分散法基本無法克服CNTs的團聚現象，而且容易使CNTs的長徑比減小，既用物理方法處理CNTs的時候會把它變短。[武璽旺，肖建中，夏風，等-納米管的分散方法與分散機理。材料導報：綜述篇，2011，25：16]

混酸氧化法可使CNTs表面被氧化，在其表面帶上羥基、羧基等親水基團，促進其在水性體系中的分散。但此方法也容易破壞CNTs的微觀結構進而影響其性能，尤其是電性能。而表面活性劑主要是通過非共價鍵的作用，以物理吸附的方式在CNTs表面形成膠束層或者吸附層，通過位阻排斥作用促進CNTs的分散。而且此法也可以同時改善CNTs與其他物質的相容性，對CNTs本身的結構沒有破壞，只是這種方法克服團聚的能力有限。目前國內外學者對于CNTs的分散工藝都是多種分散方法綜合協同使用，并取得了不錯的效果。[崔宏志，楊嘉明，林炅增，碳納米管分散技術及碳納米管與水泥基復合材料研究進展，材料導報A:綜述篇,2016,30:91]

考慮到對碳納米管的物理分散和化學分散都可能破壞碳納米管的性能，如長徑比和導電性等。因此，目前碳納米管的分散技術還有待進一步改進。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種碳納米管分散劑及其制備方法和應用，該碳納米管分散劑對碳納米管在水性和有機溶劑中均有顯著的分散效果，而且其最低使用量可以降至碳納米管總質量的10％。

根據本發明的一個方面，本發明提出了一種碳納米管分散劑，根據本發明的實施例，所述碳納米管分散劑含有4-乙烯基吡啶與聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯的共聚物。

本發明發明人基于下列發現完成的：

發明人發現，將4-乙烯基吡啶與聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯進行共聚得到的共聚物中，包含了親水型非離子型單體和含有含氮共軛環狀結構的單體，其中的非離子型單元能夠提供空間位阻，以及在水性和油性溶劑中的溶解能力，而含氮共軛環狀基團單元由于與碳納米管上的五元環或者六元環結構相近，進而可以產生類似π-π疊加的電子吸引作用，進而能夠與碳納米管之間形成良好的親和力，而被吸附在碳納米管表面。因此，發明人基于上述發現，將該共聚物用作碳納米管分散劑，其分散效果非常理想，而且對于水介質和有機溶劑介質中的碳納米管均有良好的分散效果。

根據本發明的第二方面，本發明提出了一種制備碳納米管分散劑的方法，根據本發明的實施例，該方法包括：將4-乙烯基吡啶與聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯進行共聚反應，以便獲得所述碳納米管分散劑。因此，本發明實施例的制備碳納米管分散劑的方法采用的原料成本低，且合成方法簡單，僅需要一步共聚反應獲得，而且該共聚反應容易進行。

另外，根據本發明上述實施例的制備碳納米管分散劑的方法還可以具有如下附加的技術特征：