碳纳米管复合分散剂和碳纳米管分散体

本发明属于高分子材料制备，具体涉及一种碳纳米管复合分散剂，以及基于该碳纳米管复合分散剂制备的碳纳米管分散体。

背景技术：

1、碳纳米管(cnts)是具有一维π共轭结构的圆柱形石墨烯管，是纳米材料中富有代表性的性能优异的材料之一，由于cnts具有显著的电气、机械、导热和光学特性，成为了电子、传感器、能源转换和存储设备等各种应用的候选材料。

2、cnts的水性分散体系具有环境友好和生物亲和性的突出优点，可用于一些特定的应用，如生物材料和水性涂料。因此，开发均匀的cnts水悬浮液对于探索cnts的环境友好工艺具有重要意义。然而，cnts的sp2-碳骨架高纵横比、管与管之间极强的范德华力及其固有的疏水性，很难制备稳定的cnts水性悬浮液，这极大地阻碍了cnts进一步的发展和应用。所以，对碳纳米管的团聚体打开并保持稳定的研究具有极其重要的意义。

3、因此，研究优异的碳纳米管水分散体系的制备是非常重要的。如公开号为cn116799212a的中国专利申请中，公开了一种碳纳米管导电浆料的制备方法，其是在溶剂为n-甲基吡咯烷酮，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮k30的混料中加入超支化聚合物改性纯化碳纳米管进行砂磨。超支化聚合物改性纯化碳纳米管需要提前准备，时间较长，工艺复杂，除此之外改性的碳纳米管会破坏其原有的结构，影响性能。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明有必要提供一种碳纳米管复合分散剂，该复合分散剂由阴离子分散剂和阳离子分散剂组成，利用阴阳离子之间的强静电吸引作用，使得制得的碳纳米管分散体具有缺陷少、颗粒小且导电性好的优势，并且环保、稳定性好。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供了一种碳纳米管复合分散剂，其由阴离子分散剂和阳离子分散剂组成，其中，所述阴离子分散剂为含有芳香环的阴离子小分子物质，所述阳离子分散剂为阳离子水溶性聚合物。

4、优选的，所述阴离子小分子物质的分子量＜500。

5、优选的，所述阳离子水溶性聚合物的分子量在1000-3000之间。

6、进一步方案，所述阴离子分散剂中的阴离子与所述阳离子分散剂中的阳离子摩尔比为1：(0.5-0.8)。

7、优选的，所述阴离子分散剂中的阴离子与所述阳离子分散剂中的阳离子摩尔比为1：0.6。

8、进一步方案，所述阴离子分散剂为十二烷基苯磺酸钠、苯甲酸、水杨酸、1-芘丁酸、2,5-噻吩二羧酸中的一种；

9、和/或，所述阳离子分散剂为阳离子聚丙烯酰胺、阳离子聚乙烯吡咯烷酮中的一种。

10、本发明进一步公开了如前所述的碳纳米管复合分散剂在制备碳纳米管分散体中的应用。

11、本发明进一步公开了一种碳纳米管分散体，采用如前所述的碳纳米管复合分散剂分散得到。

12、本发明进一步公开了一种碳纳米管分散体的制备方法，包括以下步骤：

13、将碳纳米管粉体、阴离子分散剂和去离子水充分混合均匀、分散，获得预处理的碳纳米管分散液；

14、将预处理的碳纳米管分散液与阳离子分散剂混合，并继续分散，获得碳纳米管分散体。

15、进一步方案，所述碳纳米管粉体选自阵列式碳纳米管、线团式碳纳米管中的一种。

16、优选的，所述碳纳米管粉体的尺寸(长度)为3-100μm。

17、进一步方案，所述碳纳米管粉体与阴离子分散剂的质量比为1：(0.25-2)。

18、进一步方案，所述混合均匀采用超声的方式；

19、优选的，所述超声的功率为200-400w，时间为0.5-2h。

20、进一步方案，所述分散采用高速均质分散的方式；

21、优选的，所述高速均质分散的转速为10000-20000rpm，分散时间为10-60min。

22、本发明的有益效果：

23、(1)本发明公开的自分散多功能复合分散剂，由阴离子分散剂和阳离子分散剂两种物质组成。其中，阴离子分散剂提供芳香环，在结构上与碳纳米管存在相似性，芳香环通过π-π相互作用锚定于碳纳米管上，提供锚合基团的作用；而阳离子分散剂提供阳离子，与阴离子分散剂静电吸引，由于阴离子有负电荷，阳离子有正电荷，它们之间的电荷差会使得它们产生静电吸引力，进而形成离子键，这种离子键可以使阴离子和阳离子紧密结合在一起。故而能够增加分散剂的分子量，增大空间位阻，促进碳纳米管的分散，避免碳纳米管之间的二次团聚。

24、(2)本发明分散碳纳米管的方法为非共价功能法，不会破坏碳纳米管原有的结构，使其原始sp2杂化状态得以保存，充分发挥其优异的性能。

25、(3)本发明中的碳纳米管复合分散剂采用常见的原料复配获得，简单合成，直接进行原料的共混，分散工艺操作简单，适于工业化生产。并且所用的原料均来源于市场，价格低廉。此外，本发明制得的碳纳米管浆料具有浓度高、分散度高和高稳定的特点，可用于导电，抗静电，防腐等领域。

技术特征：

1.一种碳纳米管复合分散剂，其特征在于，其由阴离子分散剂和阳离子分散剂组成，其中，所述阴离子分散剂为含有芳香环的阴离子小分子物质，所述阳离子分散剂为阳离子水溶性聚合物；

2.如权利要求1所述的碳纳米管复合分散剂，其特征在于，所述阴离子分散剂中的阴离子与所述阳离子分散剂中的阳离子摩尔比为1：(0.5-0.8)；

3.如权利要求1所述的碳纳米管复合分散剂，其特征在于，所述阴离子分散剂为十二烷基苯磺酸钠、苯甲酸、水杨酸、1-芘丁酸、2,5-噻吩二羧酸中的一种；

4.如权利要求1-3任一项所述的碳纳米管复合分散剂在制备碳纳米管分散体中的应用。

5.一种碳纳米管分散体，其特征在于，采用如权利要求1-3任一项所述的碳纳米管复合分散剂分散得到。

6.一种碳纳米管分散体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的碳纳米管分散体的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管粉体选自阵列式碳纳米管、线团式碳纳米管中的一种；

8.如权利要求6所述的碳纳米管分散体的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管粉体与阴离子分散剂的质量比为1：(0.25-2)。

9.如权利要求6所述的碳纳米管分散体的制备方法，其特征在于，所述混合均匀采用超声的方式；

10.如权利要求6所述的碳纳米管分散体的制备方法，其特征在于，所述分散采用高速均质分散的方式；

技术总结本发明公开了一种碳纳米管复合分散剂和碳纳米管分散体，所述碳纳米管复合分散剂由阴离子分散剂和阳离子分散剂组成，其中，所述阴离子分散剂为含有芳香环阴离子小分子物质，所述阳离子分散剂为阳离子水溶性聚合物。本发明同时公开了基于该碳纳米管复合分散剂分散得到的碳纳米管分散体。该复合分散剂利用阴阳离子之间的强静电吸引作用，分散得到的碳纳米管分散体具有缺陷少、颗粒小且导电性好的优势，并且环保、稳定性好。该复合分散剂均基于常见的分散剂复配得到，具有明显的成本优势。技术研发人员：张建安,郝晓彤,吴明元,吴庆云,杨建军,刘久逸受保护的技术使用者：安徽大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11