一种碳纳米管分散剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纳米管分散剂及其制备方法，该分散剂由N‑乙烯基吡咯烷酮、不饱和大单体A聚合制备获得。本发明专利技术公开的碳纳米管分散剂具有分散效果好、稳定性佳、制备工艺简单、结构可控的优点，可应用于碳纳米管的分散领域，还可用作其他领域的分散剂、悬浮剂、稳定剂。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管分散剂及其制备方法
本专利技术涉及碳纳米管领域，特别是一种用于分散碳纳米管的分散剂；本专利技术还涉及前述碳纳米管分散剂的制备方法。
技术介绍
碳纳米管(CNTs)自从1991年发现以来，以其优异的化学特性、力学性能、热性能、光性能、电性能等一直受到科学工作者的广泛关注。但是碳纳米管为管状纳米材料，具有极大的长径比和比表面积，同时CNTs之间具有较强的范德华力，使其极易发生缠绕团聚等现象，因此在基体中难以分散，进而严重制约了产品的性能。因此，要发挥出CNTs的优异性能，如何均匀稳定地分散CNTs是亟需解决的关键性问题。利用强氧化性酸可改变CNTs表面结构，在其表面接入其他官能团，可通过对表面的化学改性，增强CNTs与分散介质的相容性，进而有利于得到均匀稳定的分散液。但是该方法破坏了CNTs的表面结构，导致管壁之间不能有序排列，使其导电性、电磁性、力学性能等均出现显著降低。国内外大量文献和专利报道可采用非共价处理的方法对CNTs进行分散，即利用特殊结构的分散剂与CNTs相作用，实现定向排列和稳定分布，增强CNTs在分散介质中的分散性。如中国科学院上海硅酸盐研究所CN101773801A提出以生物分子分散碳纳米管，其在不破坏碳纳米管结构的情况下可实现对CNTs的分散，然而该类生物基分散剂生产工艺复杂，且不易得到，成本昂贵。江南大学CN106587013A设计出一种开关型分散剂，其可在水溶液中分散CNTs，但是该分散剂在使用过程中需通入氮气、空气或加热分解，使用方法复杂，并且只可在水溶液中分散，应用条件较局限。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足而提供一种结构可控、成本经济且能稳定分散CNTs的分散剂。本专利技术的另一个目的在于提供上述分散剂的制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种碳纳米管分散剂，是由N-乙烯基吡咯烷酮、不饱和大单体A聚合制备获得，其中不饱和大单体A结构通式如式Ⅰ所示：其中，R1为H或者C1-C4的烷基；W为-CH2-、-CH2CH2-、-CH2CH2CH2-、-OCH2CH2CH2CH2-或者基团；X为O或NH，n为1-100的整数；Z为H、烷氧基或R2为C1-C20的烷基；Y为聚醚、聚酯或聚酰胺，结构通式分别如式Ⅱ、III、Ⅳ所示：其中，k和m为0-100的整数，且k和m不同时为0；R3、R4、R5、R6、R7和R8为C1-C18的亚烷基、C1-C24的芳基或芳基亚烷基；p、q、s和t为1-100的整数；不饱和大单体A为式Ⅰ结构通式中各结构的一种或几种组合；单体A与不饱和大单体A的摩尔比为1:1～30:1。所述的一种碳纳米管分散剂，Y聚醚结构优选于聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯醚的一种或几种。所述的一种碳纳米管分散剂，Y聚酯结构优选于聚乙二醇己二酸酯、聚丁二醇己二酸酯、聚己二醇丁二酸酯、聚对苯二酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚己内酯、聚12-羟基硬脂酸酯的一种或几种。所述的一种碳纳米管分散剂，Y聚酰胺结构优选于聚己二酸己二胺、聚己二酸丁二胺、聚丁二酸己二胺、聚对苯二酸己二胺、聚己内酰胺、聚对苯二酰对苯二胺的一种或几种。所述的一种碳纳米管分散剂，不饱和大单体A可选自聚醚、聚酯、聚酰胺中的一种或几种。所述的一种碳纳米管分散剂，其重均分子量为10000-1000000。所述的碳纳米管分散剂的制备方法，其具体步骤如下：(1)将引发剂溶于溶剂中，制得混合溶液F；(2)将N-乙烯基吡咯烷酮、不饱和大单体A、链转移剂溶于溶剂中，制得混合溶液G；(3)在油浴恒温和搅拌的条件下将混合溶液G滴加到混合溶液F中，反应温度为40-120℃，滴加时间为0.5-5小时；(4)滴加完全后继续保温0.5-3小时，使反应完全。所述溶剂为水、乙醇、四氢呋喃、二氧六环、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N二甲基乙酰胺、二甲苯、甲苯、N-甲基吡咯烷酮的一种或几种组合。所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、过硫酸盐、双氧水中的一种或几种组合，引发剂为单体总质量的0.3％-2.5％。所述链转移剂为巯基乙醇、巯基乙酸、巯基丙酸、十二烷基硫醇、十六烷基硫醇、十八烷基硫醇、巯基乙酸-2-乙基己酯、巯基乙酸异辛酯或巯基丙酸异辛酯中的一种或几种，链转移用量为单体总质量的0.2％-4.0％。。本专利技术的有益效果是：本专利技术设计出以聚醚、聚酯或聚酰胺为溶剂化链的梳型分散剂，并将其应用于CNTs的分散领域，具有分散效果好、制备工艺简单、结构可控的优点。与聚乙烯吡咯烷酮均聚物相比，本专利技术的分散剂带有的溶剂化链能够起到空间位阻排斥作用，增强了CNTs浆料的稳定性，使得浆料具有较长的储存时间。并且，本专利技术的分散剂结构可控，可根据实际应用条件对其结构进行优化改进，提高CNTs的分散稳定性。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例所用单体结构如下：实施例1称取1.2g偶氮二异丁腈溶于60g四氢呋喃中制得混合溶液F，称取108.6gA1、11.1gN-乙烯基吡咯烷酮、1.2g巯基乙酸异辛酯溶于60g四氢呋喃中制得混合溶液G，在80℃和搅拌的条件下将混合溶液G滴加到混合溶液F中，滴加时间为2小时；待滴加完全后保温1小时制得分散剂。实施例2称取0.8g过氧化二苯甲酰溶于82gN-甲基吡咯烷酮中制得混合溶液F，称取108.6gA2、55.5gN-乙烯基吡咯烷酮、0.5g巯基乙酸异辛酯溶于82gN-甲基吡咯烷酮中制得混合溶液G，在100℃和搅拌的条件下将混合溶液G滴加到混合溶液F中，滴加时间为1小时；待滴加完全后保温3小时制得分散剂。实施例3称取2.4g过氧化二苯甲酰溶于79gN-甲基吡咯烷酮中制得混合溶液F，称取101.8gA3、55.5gN-乙烯基吡咯烷酮、3.1g十二烷基硫醇溶于79gN-甲基吡咯烷酮中制得混合溶液G，在100℃和搅拌的条件下将混合溶液G滴加到混合溶液F中，滴加时间为4小时；待滴加完全后保温0.5小时制得分散剂。实施例4称取3.4g偶氮二异丁腈溶于69gN-甲基吡咯烷酮中制得混合溶液F，称取108.7gA4、27.8gN-乙烯基吡咯烷酮、5.5g十二烷基硫醇溶于69gN-甲基吡咯烷酮中制得混合溶液G，在120℃和搅拌的条件下将混合溶液G滴加到混合溶液F中，滴加时间为2小时；待滴加完全后保温2小时制得分散剂。实施例5称取2.4g过硫酸钾溶于81g水中制得混合溶液F，称取106.8gA5、55.5gN-乙烯基吡咯烷酮、3.2g巯基乙醇溶于81g水中制得混合溶液G，在40℃和搅拌的条件下将混合溶液G滴加到混合溶液F中，滴加时间为1小时；待滴加完全后保温1小时制得分散剂。实施例6称取1.7g过硫酸钾溶于106g水中制得混合溶液F，称取156.6gA6、55.5gN-乙烯基吡咯烷酮、3.2g巯基乙酸溶于106g水中制得混合溶液G，在60℃和搅拌的条件下将混合溶液G滴加到混合溶液F中，滴加时间为1.5小时；待滴加完全后保温1.5小时制得分散剂。实施例7称取2.8g双氧水溶于70g水中制得混合溶液F，称取83.7gA7、55.5gN-乙烯基吡咯烷酮、3.5g巯基丙酸溶于70g水中制得混合溶液G，在80℃和搅拌的条件下将混合溶液G滴加到混合溶液F中，滴加时间为0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管分散剂，其特征在于，该分散剂由N‑乙烯基吡咯烷酮、不饱和大单体A聚合制备获得，其中，不饱和大单体A具有式Ⅰ结构通式：

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管分散剂，其特征在于，该分散剂由N-乙烯基吡咯烷酮、不饱和大单体A聚合制备获得，其中，不饱和大单体A具有式Ⅰ结构通式：其中，R1为H或者C1-C4的烷基；W为-CH2-、-CH2CH2-、-CH2CH2CH2-、-OCH2CH2CH2CH2-或者基团；X为O或NH；n为1-100的整数；Z为H、烷氧基或R2为C1-C20的烷基；Y为聚醚、聚酯或聚酰胺，结构通式分别如式Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ所示：其中，k和m为0-100的整数，且k和m不同时为0；R3、R4、R5、R6、R7和R8为C1-C18的亚烷基、C1-C24的芳基或芳基亚烷基；p、q、s和t为1-100的整数；不饱和大单体A为式Ⅰ结构通式中各结构的一种或几种组合；N-乙烯基吡咯烷酮与不饱和大单体A的摩尔比为1～30:1。2.根据权利要求1所述的一种碳纳米管分散剂，其特征在于，所述Y为聚醚结构，选用聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯醚的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种碳纳米管分散剂，其特征在于，所述Y为聚酯结构，选用聚乙二醇己二酸酯、聚丁二醇己二酸酯、聚己二醇丁二酸酯、聚对苯二酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚己内酯、聚12-羟基硬脂酸酯的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种碳纳米管分散剂，其特征在于，Y为聚酰胺结构，选用聚己二酸己二胺、聚己二酸丁二胺、聚丁二酸己二胺、聚对苯二酸己二胺、聚己内酰胺、聚对苯二酰对苯二胺的一种或几种。5.根据权利要求1所述的一种碳纳米管分散剂，其特征在于碳纳米管分散剂重均分子量为10000-1000000。6.一种权利要求1所述碳纳米管分散剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下具体步骤：(1)将引发剂溶于溶剂中，制得混合溶液F；(2)将N-乙烯基吡咯烷酮、不饱和大...

【专利技术属性】
技术研发人员：景希玮，徐健，王绍华，冯中军，
申请(专利权)人：上海三瑞高分子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31