用于制备碳纳米管的方法及碳纳米管分散体组合物技术

本发明专利技术涉及用于制备碳纳米管的方法以及使用所述方法获得的碳纳米管的分散体组合物，所述方法能够更有效地制备尺寸均匀且微细的碳纳米管。所述用于制备碳纳米管的方法包括：形成包含具有第一长度的碳纳米管束、分散剂和溶剂的分散体液体的步骤；以及使所述分散体液体能够连续穿过高压均质器的步骤，所述高压均质器包括入口、出口以及连接所述入口和所述出口且直径为微米级的微通道，其中所述分散剂为多种多环芳烃氧化物的混合物并且包括其中分子量为300至1000的多环芳烃氧化物的含量为至少60重量％的混合物，所述具有第一长度的碳纳米管束可通过在穿过所述微通道时在施加剪切力下粉碎或解缠形成具有比所述第一长度短的第二长度的碳纳米管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
相关申请的交叉引用本申请要求于2014年5月22日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2014-0061880号和于2015年5月14日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0067343号的优先权和权益，其全部公开内容通过引用并入本文。本专利技术涉及用于制备碳纳米管的方法以及使用所述方法获得的碳纳米管的分散体组合物，所述方法能够更有效地制备尺寸均匀且微细的碳纳米管。
技术介绍
碳纳米管具有优异的导电性和机械特性等，因此已经进行了研究并尝试在例如以下的多种领域和应用中将碳纳米管用作导电材料或多种树脂组合物的增强材料等：导电糊料组合物、导电墨组合物、用于形成散热基质的组合物、导电复合材料、EMI屏蔽用复合材料或电池用导电材料。这些碳纳米管主要通过例如CVD的方法来合成。由此合成的碳纳米管的形状通常为碳纳米管束，其中长度为数十微米的长碳纳米管像纱线团一样缠结。然而，为了利用碳纳米管的特性如优异的导电性和机械特性，需要通过粉碎或解缠这些碳纳米管束来均匀地获得长度和尺寸小的碳纳米管。先前，已知有很多用于粉碎或解缠碳纳米管束的方法。其中，主要使用的是湿式或干式物理法。当然，也考虑使用化学粉碎或解缠碳纳米管束的方法，但是在这种情况下，可能在最终形成的碳纳米管中产生很多缺陷，这可能导致碳纳米管的特性劣化。关于上述干式物理粉碎或解缠方法，主要采用的是例如球磨或喷射研磨的方法。而关于湿式物理粉碎或解缠方法，主要采用的是通过将碳纳米管束与分散剂一起均匀地分散在液体介质中并进行基于溶液的球磨或者通过使用超声波照射的方法来粉碎或解缠碳纳米管束的方法。然而，通过先前公知的干式物理粉碎或解缠方法，虽然在一定程度上可以减小碳纳米管束的尺寸，但是实际上对解开和解缠缠结的碳纳米管束存在限制。因此，甚至在最终产生的碳纳米管中也存在大量呈缠结束形式的颗粒。这使得难以在利用碳纳米管的特性如优异的导电性时有效地使用碳纳米管。此外，由于基于溶液的湿式球磨方法也具有类似的问题，因此不能有效地解缠缠结的束并使得难以有效地使用最终产生的碳纳米管。此外，在湿式粉碎或解缠方法中的超声波照射法的情况下，粉碎碳纳米管束的效果不足，因此存在这样的缺点：为了粉碎或解缠这些束，需要长时间进行该步骤并且难以应用于碳纳米管的大量生产。由于那些现有技术方法的问题，持续不断地需要这样的用于制备碳纳米管的方法：其能够有效地解缠或粉碎像纱线团一样缠结的碳纳米管束并且容易地制备尺寸均匀且微细的碳纳米管。
技术实现思路
技术问题本专利技术提供了用于制备碳纳米管的方法，其能够有效地解缠或粉碎像纱线团一样缠结的碳纳米管束并且容易地制备尺寸均匀且微细的碳纳米管。本专利技术还提供了碳纳米管分散体组合物，其中尺寸均匀且微细的碳纳米管均匀地分散在极性溶剂中，所述分散体组合物包含通过使用以上制备方法获得的碳纳米管。技术方案本专利技术提供了用于制备碳纳米管的方法，其包括以下步骤：形成包含具有第一长度的碳纳米管束、分散剂和溶剂的分散体；以及使所述分散体连续穿过高压均质器，所述高压均质器包括入口、出口以及连接所述入口和所述出口且直径为微米级的微通道，其中所述分散剂为多种多环芳烃氧化物的混合物，并且包括含有量为60重量％或更大的分子量为300至1000的多环芳烃氧化物的混合物，并且使所述具有第一长度的碳纳米管束在穿过所述微通道时在施加剪切力下粉碎或解缠以形成具有比所述第一长度短的第二长度的碳纳米管。在碳纳米管的制备方法中，碳纳米管束的第一长度可为20μm或更长，而由其最终制备的碳纳米管的第二长度可为约0.1μm至10μm。此外，分散体可为其中碳纳米管束和分散剂溶解或分散在水性溶剂或极性有机溶剂中的分散体。此外，当对分散剂中包含的多种多环芳烃氧化物进行元素分析时，基于总的元素含量，分散剂的氧含量可为约12重量％至50重量％。此外，分散剂中包含的多环芳烃氧化物可具有其中一个或更多个含氧官能团与含有5至30个或7至20个苯环的芳族烃键合的结构。同时，在上述碳纳米管的制备方法中，高压均质器的微通道的直径可为约50μm至800μm。此外，当可在施加约100巴至3000巴的压力下将分散体引入高压均质器的入口并使其穿过微通道时，碳纳米管束可以被粉碎并解缠，从而制备具有更小的第二长度的碳纳米管。上述碳纳米管的制备方法还可包括从穿过高压均质器的分散体中回收并干燥具有第二长度的碳纳米管。在这种情况下，回收步骤可以通过离心、真空过滤或加压过滤来进行，并且干燥步骤可以通过在约30℃至200℃的温度下进行真空干燥来进行。同时，本专利技术提供了通过上述方法制备的碳纳米管的分散体组合物，这样的分散体组合物包含：表面物理附着有分散剂的碳纳米管，所述分散剂为多种多环芳烃氧化物的混合物，并且包括含有量为60重量％或更大的分子量为300至1000的多环芳烃氧化物的混合物；以及用于使所述碳纳米管溶解或分散的极性溶剂。在这样的分散体组合物中，碳纳米管通过上述方法制备并且可具有其中束被完全解开并解缠的形状。碳纳米管可具有约0.1μm至10μm的微细第二长度。此外，分散体组合物可以通过以下步骤来制备：形成表面物理附着有分散剂的碳纳米管，然后使其溶解或分散在极性溶剂中。此外，在分散体组合物中，极性溶剂可包括选自以下的一种或更多种：水、NMP、丙酮、DMF、DMSO、乙醇、异丙醇、甲醇、丁醇、2-乙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇、2-甲氧基丙醇、THF、乙二醇、吡啶、二甲基乙酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、甲基乙基酮、丁酮、α-萜品醇、甲酸、乙酸乙酯和丙烯腈。此外，在分散体组合物中，基于100重量份的极性溶剂，表面物理附着有分散剂的碳纳米管可以约50重量份或更少的量包含在内。上述碳纳米管分散体组合物为极性溶剂中分散有高浓度的碳纳米管的组合物，其可以优选地用于制备具有多种用途的组合物或复合材料，例如导电糊料组合物、导电墨组合物、用于形成散热基质的组合物、导电复合材料、EMI屏蔽用复合材料或电池用导电材料。有益效果根据本专利技术，由于高压均质器的使用以及特定分散剂的使用，像纱线团一样缠结的碳纳米管束可以被有效地解缠或粉碎，并且可以容易地制备尺寸均匀且微细的碳纳米管。由此获得的碳纳米管可以在具有特定分散剂的多种极性溶剂中显示出优异的再分散性，并且因此所述碳纳米管可以优选地用于制备具有多种应用的组合物或复合材料等，例如导电糊料组合物、导电墨组合物、用于形成散热基质的组合物、导电复合材料、EMI屏蔽用复合材料或电池用导电材料。最后，根据本专利技术，可有效地制备尺寸均匀且微细的处于各个颗粒充分解开的状态的碳纳米管。这些碳纳米管可以以高浓度再分散在多种极性溶剂中以获得其分散体组合物。因此，当有效地利用碳纳米管的优异特性如优异的导电性或机械特性时，可优选将其用于多个领域和应用。附图说明图1是示出可用于一个实施方案的碳纳米管制备方法的高压均质器的原理的概要示意图。图2a和2b(在400至500的分子量范围内的放大图)是示出通过用MALDI-TOF质谱对用于制备例的分散剂的制备的沥青(pitch)的分子量分布进行分析获得的结果的图。图3a和3b(在400至500的分子量范围内的放大图)是示出通过用MALDI-TOF质谱对制备例1中获得的分散剂的分子量分布进行分析获得的结果的图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备碳纳米管的方法，包括以下步骤：形成包含具有第一长度的碳纳米管束、分散剂和溶剂的分散体；以及使所述分散体连续穿过高压均质器，所述高压均质器包括入口、出口以及用于连接所述入口和所述出口且直径为微米级的微通道，其中所述分散剂为多种多环芳烃氧化物的混合物，并且包括含有量为60重量％或更大的分子量为300至1000的多环芳烃氧化物的混合物，并且使所述具有第一长度的碳纳米管束在穿过所述微通道时在施加剪切力下粉碎或解缠以形成具有比所述第一长度短的第二长度的碳纳米管。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.22 KR 10-2014-0061880;2015.05.14 KR 10-2011.一种用于制备碳纳米管的方法，包括以下步骤：形成包含具有第一长度的碳纳米管束、分散剂和溶剂的分散体；以及使所述分散体连续穿过高压均质器，所述高压均质器包括入口、出口以及用于连接所述入口和所述出口且直径为微米级的微通道，其中所述分散剂为多种多环芳烃氧化物的混合物，并且包括含有量为60重量％或更大的分子量为300至1000的多环芳烃氧化物的混合物，并且使所述具有第一长度的碳纳米管束在穿过所述微通道时在施加剪切力下粉碎或解缠以形成具有比所述第一长度短的第二长度的碳纳米管。2.根据权利要求1所述的用于制备碳纳米管的方法，其中所述碳纳米管束的第一长度为20μm或更长。3.根据权利要求1所述的用于制备碳纳米管的方法，其中所述碳纳米管的第二长度为约0.1μm至10μm。4.根据权利要求1所述的用于制备碳纳米管的方法，其中所述分散体为其中碳纳米管束和分散剂溶解或分散在水性溶剂或极性有机溶剂中的分散体。5.根据权利要求1所述的用于制备碳纳米管的方法，其中当对所述分散剂中包含的所述多种多环芳烃氧化物进行元素分析时，基于总的元素含量，所述分散剂的氧含量为12重量％至50重量％。6.根据权利要求1所述的用于制备碳纳米管的方法，其中所述分散剂中包含的所述多环芳烃氧化物具有其中一个或更多个含氧官能团与含有5至30个苯环的芳族烃键合的结构。7.根据权利要求6所述的用于制备碳纳米管的方法，其中所述芳族烃的结构中具有7至20个苯环。8.根据权利要求1所述的用于制备碳纳米管的方法，其中所述微通道的直径为50μm至800μm。9...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙权男，李佶宣，权元锺，朴秀振，吴丙薰，黄义龙，梁胜普，柳光铉，李美真，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR