[发明专利]碳纳米材料/水/梳状聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物悬浮液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米材料/水悬浮液及其制备方法，具体地说是一种碳纳米材料/水/梳状聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物悬浮液及其制备方法。

背景技术

在化工、涂料、造纸、建筑、复合材料、冶金、医药及食品等许多工业领域，分散已成为提高产品质量和性能，提高效率不可缺少的技术手段。目前，在许多工业部门都采用化学方法实现超细颗粒的分散。

高分子分散剂与无机和有机小分子分散剂相比，具有对分散体系中的离子、pH值、温度等敏感程度小，分散稳定效果好；可显著降低分散体系的粘度，改善分散体系的流变性，使得产品更易操作处理，节省能源；所分散的体系稳定性高，因而可以延长贮存期，降低贮存损耗，不需再分散费用等；可以提高固含量，在高固含量下分散体系仍具有较好的流动性，从而降低原料成本，减少设备的磨损。因此高分子分散剂在工业领域中的应用越来越广。

聚醚为侧链的梳状聚羧酸类分散剂吸附在粉体粒子表面时，其分子链中的-COO-提供静电排斥作用，而其侧链在溶剂中采用伸展的构象，在粒子表面形成足够厚度的立体屏障(空间位阻)作用，因此加有该分散剂的悬浮体系具有良好的分散性、分散稳定性以及流动性。而现有市场及文献资料中尚无嵌段聚醚为侧链的梳状聚羧酸类分散剂。

碳纳米材料/水悬浮液的分散相当困难，即使分散，其分散的稳定性也一直存在问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有碳纳米材料/水悬浮液的分散性和流动性的问题，提供一种碳纳米材料/水/梳状聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物悬浮液及其制备方法。

本发明所述碳纳米材料/水/梳状聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物悬浮液，由碳纳米材料、水和梳状聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物组成，其重量比是：碳纳米材料为3-14％，水为86-97％，梳状聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物为碳纳米材料的1.0-5.0％。

所述碳纳米材料包括碳纳米管和石墨烯。

所述梳状聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物是由聚醚(PEO)嵌段和聚丙烯酸(PAA)嵌段组成，其重均分子量(Mw)为1.0-9.0万，其中聚醚嵌段含量(重量比)为50-90％，聚丙烯酸嵌段含量(重量比)为10-50％。

所述梳状聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物的制备方法为：首先是由聚醚大单体、RAFT试剂、引发剂通过水相聚合得到聚醚大单体-RAFT试剂，然后由聚醚大单体-RAFT试剂、丙烯酸、引发剂通过水相聚合得到梳状聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物。

所述聚醚大单体包括聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯和聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯。

所述RAFT试剂为水溶性4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸或2-(苯基硫代甲酰硫基)丙酸。

所述引发剂是水溶性4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)或偶氮二异丁基脒盐酸盐。

所述水相聚合的反应条件为60-80℃进行聚合反应6-10小时。

本发明所述梳状聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物记为PEO-b-PAA。数均分子量(Mn)的聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯合成的梳状聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物记为PEO Mn-b-PAA；Mn分别为480、500、959和2000的聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯合成的梳状聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物记为PEO480-b-PAA、PEO500-b-PAA、PEO950-b-PAA和PEO2000-b-PAA。

本发明所述碳纳米材料/水/梳状聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物悬浮液的制备方法，包括以下步骤：

(1)、按碳纳米材料为3-14％、水为86-97％的比例(重量比)配合，搅拌成均匀的悬浮液；

(2)、用NaOH溶液调节由步骤1得到的悬浮液的pH值为9-10；

(3)、加入梳状聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物，其用量为碳纳米材料的1.0-5.0％(重量比)，搅拌均匀即得到碳纳米材料/水/梳状聚醚嵌段聚丙烯酸共聚物悬浮液。

表1给出了PEO480-b-PAA和PEO950-b-PAA含量对碳纳米管ξ电位的影响。表2给出了PEO500-b-PAA和PEO2000-b-PAA含量对石墨烯ξ电位的影响。纯碳纳米管和石墨烯的ξ电位分别为-18.50和-23.73。加入分散剂后的碳纳米管和石墨烯的ξ电位的绝对值提高，有利于其分散。

表1 PEO-b-PAA含量对碳纳米管ξ电位^*的影响