碳纳米管分散剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了碳纳米管分散剂及其制备方法和应用，其中，碳纳米管分散剂含有聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸与聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯的共聚物。该碳纳米管分散剂对碳纳米管在水性和有机溶剂中均有显著的分散效果，而且其最低使用量可以降至碳纳米管总质量的10％。

Carbon nanotube dispersant and its preparation and Application

The invention discloses a carbon nanotube dispersant and a preparation method and application thereof, wherein the carbon nanotube dispersant comprises a copolymer of poly (ethylene glycol) phenylether acrylic acid and poly (ethylene glycol) methyl ether acrylate. The dispersant can disperse the CNTs in water and organic solvent, and the minimum dosage can be reduced to 10% of the total mass of CNTs.

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管分散剂及其制备方法和应用
本专利技术属于碳纳米管
，具体而言，本专利技术涉及碳纳米管分散剂及其制备方法和应用。
技术介绍
碳纳米管(CNTs)在1991年被发现，至今已经快30年了。由于碳纳米管具有极高的模量、拉伸强度和超高韧性等卓越的性能，成为高性能复合材料的首选添加剂。但是，由于碳纳米管属纳米材料，极易聚集，如果不能使碳纳米管在材料中有效的分散，其对材料的增强效果将会大大的降低。所以目前碳纳米管研究的一个重要的课题是需要解决碳纳米管在各种介质中，如溶剂、聚合物、水泥、陶瓷等相中的分散性和界面间的相容性。从目前的文献来看CNTs的分散技术可分为物理分散法和化学分散法。物理分散法主要包括高能球磨、超声振荡、电场诱导、高速剪切和离心搅拌等。化学分散法主要包括混酸氧化法、表面活性剂法等。研究表明，单纯使用物理分散法基本无法克服CNTs的团聚现象，而且容易使CNTs的长径比减小，既用物理方法处理CNTs的时候会把它变短。[武玺旺，肖建中，夏风，等-纳米管的分散方法与分散机理。材料导报：综述篇，2011，25：16]混酸氧化法可使CNTs表面被氧化，在其表面带上羟基、羧基等亲水基团，促进其在水性体系中的分散。但此方法也容易破坏CNTs的微观结构进而影响其性能，尤其是电性能。而表面活性剂主要是通过非共价键的作用，以物理吸附的方式在CNTs表面形成胶束层或者吸附层，通过位阻排斥作用促进CNTs的分散。而且此法也可以同时改善CNTs与其他物质的相容性，对CNTs本身的结构没有破坏，只是这种方法克服团聚的能力有限。目前国内外学者对于CNTs的分散工艺都是多种分散方法综合协同使用，并取得了不错的效果。[崔宏志，杨嘉明，林炅增，碳纳米管分散技术及碳纳米管与水泥基复合材料研究进展，材料导报A:综述篇,2016,30:91]考虑到对碳纳米管的物理分散和化学分散都可能破坏碳纳米管的性能，如长径比和导电性等。因此，目前碳纳米管的分散技术还有待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种碳纳米管分散剂及其制备方法和应用，该碳纳米管分散剂对碳纳米管在水性和有机溶剂中均有显著的分散效果，而且其最低使用量可以降至碳纳米管总质量的10％。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种碳纳米管分散剂，根据本专利技术的实施例，所述碳纳米管分散剂含有聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸与聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯的共聚物。本专利技术专利技术人基于下列发现完成的：专利技术人发现，将聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸与聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯进行共聚得到的共聚物中，包含了非离子型亲水单体和含有苯环结构的单体，其中的非离子型单元能够提供空间位阻，以及在水性和油性溶剂中的溶解能力，而苯环结构单元由于与碳纳米管上的五元环或者六元环结构相近，进而可以产生类似π-π叠加的电子吸引作用，进而能够与碳纳米管之间形成良好的亲和力，而被吸附在碳纳米管表面。因此，专利技术人基于上述发现，将该共聚物用作碳纳米管分散剂，其分散效果非常理想，而且对于水介质和有机溶剂介质中的碳纳米管均有良好的分散效果。根据本专利技术的第二方面，本专利技术提出了一种制备碳纳米管分散剂的方法，根据本专利技术的实施例，该方法包括：将聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸与聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯进行共聚反应，以便获得所述碳纳米管分散剂。因此，本专利技术实施例的制备碳纳米管分散剂的方法采用的原料成本低，且合成方法简单，仅需要一步共聚反应获得，而且该共聚反应容易进行。另外，根据本专利技术上述实施例的制备碳纳米管分散剂的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述共聚反应在有机溶剂中进行，所述有机溶剂为醇类溶剂、酯类溶剂、酮类溶剂、芳烃类溶剂、N-甲基吡咯烷酮或者N，N-二甲基甲酰胺。在本专利技术的一些实施例中，所述共聚反应在无机溶剂中进行，所述无机溶剂为水或盐水。在本专利技术的一些实施例中，所述聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯与所述聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸的质量比为(2-4)：1。由此可以有效制备得到合格共聚物。在本专利技术的一些实施例中，上述实施例的制备碳纳米管分散剂的方法包括：(1)将N,N-二甲基甲酰胺、聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯与聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸按照质量比为40：4：(1-2)进行混合，并通入氮气除氧20分钟；(2)加入适量的偶氮二异丁腈作为引发剂，并在60-100摄氏度下，使得所述聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯与所述聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸发生共聚反应5-8小时；(3)旋转蒸发除去溶剂，以便获得所述碳纳米管分散剂。根据本专利技术的第三方面，本专利技术还提出了一种制备碳纳米管分散浆液的方法，根据本专利技术的实施例，该方法采用前面实施例所述的碳纳米管分散剂。另外，根据本专利技术上述实施例的制备碳纳米管分散浆液的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，上述制备碳纳米管分散浆液的方法包括：预先将所述碳纳米管分散剂溶解至溶剂中，再加入碳纳米管进行分散，以便获得所述碳纳米管分散浆液。在本专利技术的一些实施例中，所述碳纳米管与所述碳纳米管分散剂的质量比为(10-1):(1-10)，优选(3-1)：(1-3)。在本专利技术的一些实施例中，所述碳纳米管分散浆液包含：0.1-10重量份的碳纳米管、0.01-10重量份的碳纳米管分散剂和80-99.9重量份的溶剂。在本专利技术的一些实施例中，所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，所述溶剂为水或者有机溶剂。因此，本专利技术上述实施例的碳纳米管分散剂具有广泛的适用性，对单壁碳纳米管和多壁碳纳米管均有良好的分散效果，而且对水和有机溶剂介质中的碳纳米管也均有良好的分散效果。附图说明图1是本专利技术实施例4制备得到的碳纳米管分散浆液的分散状态。图2是本专利技术实施例5制备得到的碳纳米管分散浆液的分散状态。图3是本专利技术对比例1制备得到的碳纳米管分散浆液的分散状态。图4是本专利技术对比例2制备得到的碳纳米管分散浆液的分散状态。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种碳纳米管分散剂。据本专利技术的实施例，所述碳纳米管分散剂含有聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸与聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯的共聚物。由此，本专利技术实施例的碳纳米管分散剂是由至少两种不同的功能性单体通过无规共聚的方法得到，即包含至少一种非离子型亲水单体和至少一种含有至少一个苯环结构的单体的共聚物。专利技术人发现，其中聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸具有苯环结构，而苯环结构与碳纳米管上的五元环或者六元环结构相近，进而可以与碳纳米管产生类似π-π叠加的效果，从而使得该共聚物容易吸附于在碳纳米管表面；而且该共聚物的侧链即聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯能够提供空间位阻，进而有效防止碳纳米管聚集，分散效果突出，同时增强碳纳米管在其他树脂中的分散性。另外，实验证明，添加本专利技术实施例的碳纳米管分散剂后，无论在水中还是有机溶剂中，碳纳米管的分散性都有明显提高，因此，本专利技术实施例的碳纳米管分散剂为通用型分散剂。而且由于其分散效果突出，其使用量也极少，最低使用量仅为碳纳米管总质量的10％，由此不仅可以降低成本，还可以显著降低分散剂对树脂复合材料性能的影响，如加工性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管分散剂，其特征在于，所述碳纳米管分散剂含有聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸与聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯的共聚物。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管分散剂，其特征在于，所述碳纳米管分散剂含有聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸与聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯的共聚物。2.一种制备碳纳米管分散剂的方法，其特征在于，包括：将聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸与聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯进行共聚反应。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述共聚反应在有机溶剂中进行，所述有机溶剂为醇类溶剂、酯类溶剂、酮类溶剂、芳烃类溶剂、N-甲基吡咯烷酮或者N，N-二甲基甲酰胺。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述共聚反应在无机溶剂中进行，所述无机溶剂为水或盐水。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯与所述聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸的质量比为(2-4)：1。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，包括：(1)将N,N-二甲基甲酰胺、聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯与聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸按照质量比为40：4：(1-2)进行混合，并通入氮气除氧20分钟；。(2)加入适...

【专利技术属性】
技术研发人员：史增谦，王辉，张磊，
申请(专利权)人：史增谦，
类型：发明
国别省市：山东,37