[发明专利]碳纳米管分散剂及其制备方法和应用

说明书

本发明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％。

技术领域

本发明属于碳纳米管技术领域，具体而言，本发明涉及碳纳米管分散剂及其制备方法和应用。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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％。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种碳纳米管分散剂，根据本发明的实施例，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。

本发明发明人基于下列发现完成的：

发明人发现，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，发明人基于上述发现，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。

根据本发明的第二方面，本发明提出了一种制备碳纳米管分散剂的方法，根据本发明的实施例，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，本发明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，根据本发明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：