[发明专利]一种高效分散碳纳米管的方法

说明书

本发明公开了一种高效分散碳纳米管的方法；以质量份数计，该方法是将碳纳米管1～30份、功能化碳纳米管0.2～10份和溶剂400～1200份混合，调节pH为5～9；超声分散，得到稳定分散的碳纳米管分散体；所述的功能化碳纳米管为的羧基化碳纳米管、羟基化碳纳米管、氨基化碳纳米管、酰氯化碳纳米管和磺化碳纳米管的一种或多种。本发明方法具有碳纳米管分散效果好、稳定性高、分散体浓度高、不破坏不剪短碳纳米管、无表面活性剂以及工艺流程和生产周期短，容易实现工业化生产的特点，所得分散体可应用于导热涂料、导电聚合物、超级电容器等有机‑无机纳米复合材料方面。

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管分散液的制备方法，尤其涉及一种Pickering乳液分散碳纳米管的方法。

背景技术

碳纳米管的轴向尺寸一般为微米级，而径向的尺寸可达到纳米级，利用其较大的长径比，可以制作成韧性极好的碳纤维以及各向异性热传导材料；碳纳米管独特的中空结构使其成为理想的催化剂载体材料和储氢材料，因此，碳纳米管增强复合材料已经成为材料研究中的一种重要的领域。

但是，由于碳纳米管之间存在较强的范德华力，导致其容易缠绕在一起或者团聚成束，从而制约碳纳米管的应用。为使碳纳米管更好地分散，常使用一些物理和化学的方法进行处理。常用的物理方法主要用高能球磨、机械搅拌、超声波震动等。中国发明专利申请CN201610044412.4公布了一种以笼形倍半硅氧烷衍生物与多壁碳纳米管混合进行湿法球磨的方法；但该方法耗时长，步骤复杂，而且高强度的机械作用会导致碳纳米管碎裂，大大降低了其长径比，削弱了碳纳米管的机械强度、杨氏模量的优势，而且物理法得到的分散体稳定性较差，只能持续很短时间。化学分散法主要有强酸强碱活化、添加表面活性剂、表面共价接枝小分子基团等，中国发明专利申请CN201410338909.8公布了一种将碳纳米管放入强氧化溶液中得到羧基化碳纳米管，然后再进行氨基化得到高浓度碳纳米分散液的制备的方法。但该方法使用了强酸强氧化剂以及有毒有害的胺类化合物，在分离提纯过程中会形成二次污染的排放。特别是过度的强氧化处理碳纳米管会导致碳纳米管表面缺陷过多而降低甚至丧失其优良的导电性。

中国发明专利申请CN201710457271.3公开了一种以小分子表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠、甲基纤维素和吐温-80、硅氧烷等分散碳纳米管/掺氮碳纳米管-纳米石墨片的方法，因未对碳纳米管进行改性，无破坏其表面形貌，所制得的导电浆导电性能好，但是所使用的小分子表面活性剂的量较多，而表面活性剂往往具有生物毒性，具有潜在的环境污染，因而不利于在生物医药领域中应用。

Pickering乳液是指使用固体颗粒代替传统表面活性剂稳定的乳液。与传统地使用表面活性剂形成的乳液相比，Pickering具有用量少、对人体的毒性作用小、对环境无污染等优点。因此，Pickering乳液在化工、化妆品、生物医药等领域具有巨大的潜藏价值。可以用于稳定Pickering乳液的纳米粒子包括纳米四氧化三铁、氧化石墨烯、埃洛石纳米管、纳米二氧化硅、纳米银、纤维素、木质素等。中国发明专利申请CN201710439614公开了一种高分散性碳纳米管/聚苯乙烯纳米复合材料的制备方法，该方法对碳纳米管表面进行重氮化改性，使之具有双亲性，将得到的功能化碳纳米管作为固体粒子稳定剂，应用于苯乙烯的Pickering乳液制备和聚合反应。该方法能达到碳纳米管/聚苯乙烯的均匀分散体，但对碳纳米管的重氮化反应过程危险而且碳纳米管由于重氮化作用其导电性能降低。

中国发明专利申请CN201410647405.4公布了一种以磁性纳米四氧化三铁作为固体分散剂分散酸化碳纳米管的方法，但该方法对碳纳米管进行氧化处理，使得碳纳米管破裂，造成其长径比减少，降低了碳纳米管的机械强度。中国发明专利申请CN201610570920.6公布了一种将亲水性氧化石墨烯和碳纳米管组装为两亲性可控的Pickering体系的方法，但是氧化石墨烯由于其氧化程度极高，所以是一种绝缘体，而且氧化石墨烯的比表面积极大以及屏蔽性能高，其表面会吸附很多的碳纳米管，从而降低碳纳米管的导电交联网络的密度以及阻碍碳纳米管与其他物质的接触，不利于其在聚合物成型过程中的分散。