[发明专利]碳纳米管-聚乙烯醇凝胶微球的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管‑聚乙烯醇凝胶微球的制备方法。所述方法先将碳纳米管依次分散在低浓度和高浓度的聚乙烯醇水溶液中形成碳纳米管的分散相溶液，表面活性剂Span‑80加入到油相中制备连续相溶液，以含硼化合物加入醇和氨基醇的混合液形成的溶液为接收液，采用微流控的方法，形成的液滴自然滴落到接收液中，固化得到碳纳米管‑聚乙烯醇凝胶微球。本发明能够在保持碳纳米管的结构完整性同时使碳纳米管分散均匀和稳定，制备得到的微球粒径均一，形态可保持完整光滑，制备工艺流程简单。

技术领域

本发明属于导电材料制备技术领域，涉及一种碳纳米管-聚乙烯醇凝胶微球的制备方法。

背景技术

碳纳米管具有超强的力学性能、极高的纵横比和独特的导电特性，在电极材料、纳米电子材料、结构材料等诸多领域表现出良好的应用前景。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形成团聚，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有高能球磨、机械搅拌、超声波震动等，而化学方法主要采用强酸强碱活化、表面活性剂或者共价键改性促进碳纳米管的分散。物理方法耗时长，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。化学方法由于强氧化处理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。

目前将碳纳米管与高分子材料复合使用的方法主要为机械搅拌、高能球磨等。如张正中等人(张正中,邓重清,李吉祯,等.碳纳米管对AP/CMDB推进剂燃烧性能和力学性能的影响[J].含能材料,2018(9):744-748.)直接将碳纳米管加入到CMDB推进剂中，利用机械搅拌和超声分散的方法将碳纳米管与之复合；陈苏杭等人(Chen S,Tang Y,Yu H,etal.Combustion enhancement of hydroxyl-terminated polybutadiene by dopingmultiwall carbon nanotubes[J].Carbon,2019,144:472-480.)利用高能球磨的方法将碳纳米管分散在HTPB中。前者碳纳米管在CMDB推进剂中存在部分团聚现象，后者虽然能够使碳纳米管分散，但是球磨造成了碳纳米管的破裂，使得碳纳米管的性能降低。

因此，开发出一种能够分散碳纳米管且不产生二次团聚，并且能够与高分子材料有效复合使用的简单易行的工艺方法显得极为重要。

发明内容

为了解决碳纳米管分散性差、易二次团聚及其与高分子材料复合时存在的问题，本发明提供一种碳纳米管-聚乙烯醇凝胶微球的制备方法。该方法以聚乙烯醇为分散剂和微球化粘结剂，使碳纳米管均匀分散的同时，并采用微流控的方法将碳纳米管固定在聚乙烯醇中形成微球，被固定的碳纳米管不会脱落，防止二次团聚，且可以长久的保存。

本发明的技术方案如下：

碳纳米管-聚乙烯醇凝胶微球的制备方法，包括碳纳米管的分散相溶液的制备、连续相的制备、接收液的制备和碳纳米管-聚乙烯醇凝胶微球的制备，具体步骤如下：

(1)碳纳米管的分散相溶液的制备

先将碳纳米管加入到分散液1中，置于水浴中超声分散，再加入到分散液2中，搅拌形成碳纳米管的分散相溶液，所述的分散液1和2均为聚乙烯醇水溶液，其中分散液1为0.5～2.0wt.％的聚乙烯醇水溶液，分散液1与分散液2的浓度比为1∶6～1∶10；

(2)连续相的制备：

将表面活性剂Span-80加入到油相中，超声振荡使表面活性剂完全溶解于油相中，形成表面活性剂体积分数为3～5％的连续相溶液；

(3)接收液的制备

按比例将含硼化合物加入醇和氨基醇的混合液中，磁力搅拌并加热使其溶解，配制成接收液；