[發明專利]一種碳納米管分散劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910059382.8
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109867776B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 陳名海;戴輝
• 申請（專利權）人: 江西銅業技術研究院有限公司
• 主分類號: C08G65/331
• 分類號: C08G65/331;C09D17/00;C09D11/03
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 巴曉艷

本發明涉及碳納米管領域，特別涉及一種用于分散碳納米管的碳納米管分散劑及其制備方法和應用。所述分散劑是一種含芳香基團的表面活性劑，該碳納米管高效分散劑具有的雙疏水、親水基結構（Gemini型結構），可高效分散單壁、雙壁及多壁碳納米管，制得均勻穩定的水性漿料。工藝為：選用芳香族二酸酐化合物與長鏈脂肪醇進行開環反應；將開環反應產物再與聚醚胺反應，得到最終的碳納米管高效分散劑。制備該碳納米管高效分散劑只需兩步反應，簡單易行。采用本分散劑制備的碳納米管水性漿料，具有濃度高、分散周期短、漿料穩定性好等優點，且與水性樹脂具有優異的兼容性，可廣泛應用于各種碳納米管水性功能涂料及油墨，具有重要商業應用價值。

技術領域

本發明涉及碳納米管領域，特別涉及一種用于分散碳納米管的碳納米管分散劑及其制備方法和應用。

技術背景

碳納米管(carbon nanotube,CNT)是sp²雜化C-C鍵構成的一維管狀納米材料，其中超強的C-C共價鍵賦予了碳納米管超強的力學性能和結構穩定性，具有優越的力學、電學、熱學及功能特性。碳納米管具有超大的長徑比及比表面積，容易發生碳管間的纏繞和團聚，導致在基體中難以有效分散，這些問題嚴重阻礙了碳納米管在力學、電學、熱學方面的運用，因此，碳納米管的分散是解決其工業化運用的關鍵。

目前，碳納米管在溶劑中的分散方法主要為機械分散、共價鍵功能化和非共價功能化。其中機械分散法不能解決由于碳管間范德華力而團聚的根本問題，導致分散后的碳管易再次纏繞團聚，共價鍵功能化雖可以將碳納米管分散在溶劑中，但是該方法破壞碳納米管表面的結構，導致其電學、熱學特性大幅降低。目前，對碳納米管的分散研究主要集中在非共價鍵功能化領域，最常見的為引入表面活性劑和聚合物分散劑輔助碳納米管分散。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種制備工藝簡單，碳納米管分散效果好，又不會破壞碳納米管表面的結構，賦予優異的電學、熱學特性的碳納米管高效分散劑及其制備方法。

本發明的技術方案是：制備的碳納米管高效分散劑通過引入多個芳環和雙聚醚鏈，提高了碳納米管高效分散劑在碳納米管表面的吸附能力，同時加強了碳納米管漿料的穩定性，適用于制備碳管水性漿料。

公開了一種碳納米管高效分散劑的制備方法，所述碳納米管高效分散劑，由芳香族二酸酐與長鏈脂肪醇發生開環反應，此后聚醚胺與生成的羧基反應，制備碳納米管高效分散劑，其結構通式如下：

其中，W為芳環基團；

X為C₈-C₂₂的烷烴；

Y為聚醚鏈，其結構為：

m取值范圍為0＜m≤70的整數,

n的取值范圍為0≤n＜70的整數。

所述的碳納米管高效分散劑，其制備過程包括：由芳香族二酸酐與長鏈脂肪醇，發生羥基與酸酐的開環反應；此后聚醚胺與羧基反應，制備碳納米管高效分散劑。

所述的碳納米管高效分散劑，芳香族二酸酐可選用1,4,5,8-萘四甲酸酐、3,3',4,4'-聯苯四羧酸二酐、4,4'-氧雙鄰苯二甲酸酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四酸二酐、雙酚A型二醚二酐、芘四酸酐等。

所述的碳納米管高效分散劑，長鏈脂肪醇可選用C₈～C₂₂碳鏈脂肪醇，優先選用C₁₂～C₁₈脂肪醇。

所述的碳納米管高效分散劑，聚醚胺可選用聚氧乙烯單胺、聚氧乙烯-聚氧丙烯單胺中的一種，其中推薦聚氧乙烯重量比為55％～99％，該聚醚胺的數均分子量為500～4000，優選1000～3000。

所述的碳納米管高效分散劑，其制備步驟如下：