[發(fā)明專利]碳納米管分散劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810416704.5
• 申請日: 2018-05-03
• 公開（公告）號: CN110436443B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 史增謙;王輝;張磊
• 申請（專利權(quán)）人: 史增謙
• 主分類號: C01B32/174
• 分類號: C01B32/174;C01B32/159;C08F299/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 趙天月

本發(fā)明公開了碳納米管分散劑及其制備方法和應(yīng)用，其中，碳納米管分散劑含有聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸與聚(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(zhì)量的10％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳納米管技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及碳納米管分散劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

碳納米管(CNTs)在1991年被發(fā)現(xiàn)，至今已經(jīng)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(fù)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(zhì)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(shù)可分為物理分散法和化學(xué)分散法。物理分散法主要包括高能球磨、超聲振蕩、電場誘導(dǎo)、高速剪切和離心攪拌等。化學(xué)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(xiàn)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(fēng)，等-納米管的分散方法與分散機理。材料導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(zhì)的相容性，對CNTs本身的結(jié)構(gòu)沒有破壞，只是這種方法克服團聚的能力有限。目前國內(nèi)外學(xué)者對于CNTs的分散工藝都是多種分散方法綜合協(xié)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(shù)及碳納米管與水泥基復(fù)合材料研究進展，材料導(dǎo)報A:綜述篇,2016,30:91]

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

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)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(yīng)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(zhì)量的10％。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種碳納米管分散劑，根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述碳納米管分散劑含有聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸與聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯的共聚物。

本發(fā)明發(fā)明人基于下列發(fā)現(xiàn)完成的：

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，將聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸與聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯進行共聚得到的共聚物中，包含了非離子型親水單體和含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)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，而苯環(huán)結(jié)構(gòu)單元由于與碳納米管上的五元環(huán)或者六元環(huán)結(jié)構(gòu)相近，進而可以產(chǎn)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(fā)明人基于上述發(fā)現(xiàn)，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(zhì)和有機溶劑介質(zhì)中的碳納米管均有良好的分散效果。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提出了一種制備碳納米管分散劑的方法，根據(jù)本發(fā)明的實施例，該方法包括：將聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸與聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯進行共聚反應(yīng)，以便獲得所述碳納米管分散劑。因此，本發(fā)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(yīng)獲得，而且該共聚反應(yīng)容易進行。

另外，根據(jù)本發(fā)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(shù)特征：