[發明專利]一種分散助劑及其碳納米管分散液和導電漿料

有效

• 申請號: 202110901430.0
• 申請日: 2021-08-06
• 公開（公告）號: CN113666362B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 陳新江;張偉強;劉琪高;袁芳
• 申請（專利權）人: 蘇州漢納材料科技有限公司
• 主分類號: C01B32/174
• 分類號: C01B32/174;H01B1/20
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 汪青;賴婉婷

本發明涉及一種分散助劑及其碳納米管分散液和導電漿料，分散助劑為具有羥基和羧基的超支化聚酯，含該分散助劑的分散液還包括碳納米管、分散劑和水，分散劑為含顏料親和基團的共聚物。本發明的分散液采用含顏料親和基團的共聚物作為分散劑，同時采用具有特定超支化結構的超支化聚酯作為分散助劑，使得一方面，該具有特定超支化結構的超支化聚酯容易吸附在碳納米管表面，另一方面，該超支化聚酯具有一定羥基和羧基的親水性基團，與分散劑協同作用，使得碳納米管含量提升時，碳納米管仍然能夠長期穩定均勻分散在水中，而不產生團聚和沉淀。

技術領域

本發明涉及碳材料分散技術領域，具體涉及一種分散助劑及其碳納米管分散液和導電漿料。

背景技術

CNTs是由單層或多層石墨片卷曲或嵌套組裝成的無縫中空的納米級同軸圓柱形管狀材料，根據層數的不同分為單壁碳納米管(SWCNTs)和多壁碳納米管(MWCNTs)。CNTs側壁的碳原子主要是以sp2雜化方式與相鄰的碳原子形成高度離域化的π電子，導致CNTs之間存在較強的范德華力，聚集成束而不易分散，從而制約CNTs的應用。同時，高濃度碳管相比于低濃度碳管在運輸、使用等操作環節中具有極大的優勢，因此許多應用傾向于使用高濃度碳管漿料，如何在保持碳納米管良好分散下制備高濃度碳納米管漿料也成為需要解決的問題。

超支化聚合物(Hyperbranched Polymer，簡稱HBP)由于其不同于線性聚合物的三維枝狀結構，具有各種特殊性質，如無定形、無鏈纏連和低粘度等，廣泛應用于各類材料中。同時，超支化分散劑是一類能將炭黑、鈦白粉等無機顏料穩定分散于水、油體系中的常用助劑。從結構上講，超支化分散劑是由多支化的中心原子和支鏈上具有多處錨點組成的一類高分子材料。正是結構上的特殊性，使這種分散劑具有超級的分散、穩定能力。

現有技術中，也有將超支化聚合物用于碳納米管的分散，如中國專利CN102180458A公開的納米碳材料分散液及其制備方法和設備，該分散液包含納米碳材料、分散溶劑及可選擇包含分散助劑和穩定劑，納米碳材料為石墨烯、碳納米管、納米碳纖維、富勒烯、炭黑和乙炔黑中的一種以上，分散助劑是表面活性劑、生物大分子或超支化聚合物，超支化聚合物為三芳基胺及其衍生物的超支化聚合物，或含三苯胺結構的超支化聚酰胺酸，由三(4-溴苯基)胺與1,4-二乙烯基經脫鹵縮聚而得到的超支化聚合物，或由三(4-溴苯基)胺的格氏試劑化合物經縮聚而得的超支化聚合物。該分散液通過預分散處理，高壓解離分散處理而得。

該分散液雖然能夠長期穩定存在，但仍然存在一些問題，如：超支化聚合物僅對碳材料在液態有機介質中的分散起增溶作用；分散液中的碳材料的質量含量不超過5％，碳材料的濃度仍然較低；制備過程中還需采用高壓解離分散處理，操作繁瑣且制備過程復雜，生產效率低。

后來也有人報道將超支化聚合物用于碳納米管的水性分散體系中，如中國專利CN108559092A報道的一種碳材料分散劑及其制備方法以及含有該分散劑的穩定的碳材料的水性分散體，該碳材料分散劑包含兩親性超支化聚合物，聚合物具有含有胺基的骨架結構和共價鍵合到所述骨架結構上的與石墨烯結構非共價締合的單環、多環、稠環或雜環芳基。水性分散體是將石墨(如碳納米管)與碳材料分散劑的混合物在水性溶劑的存在下進行研磨形成的。

該分散液雖然能夠長期穩定存在，但水性分散體中碳材料的濃度極低，如該文件中的實施例7和8，碳納米管在水性分散體中的投料質量含量僅為0.5～1％，碳納米管的含量極低；且該水性分散體制備時是將分散劑、碳納米管和水研磨分散后，靜置，取上層清液經離心分離，得到上層黑色清液為碳納米管水溶液，下層沉淀為碳納米管聚集體，可見，該水性分散體并不是均一的分散液，且水性分散體是取靜置后的上層清液，在投料含量極低的情況下，水性分散體中的碳納米管的濃度更低，甚至低于1％。

綜上，現有技術中，仍然存在當碳納米管含量提升時，碳納米管在水中分散效果差，容易團聚和纏繞等問題。

發明內容