[发明专利]一种碳纳米管分散剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管分散剂及其制备方法。碳纳米管分散剂为聚乙二醇与丙烯腈的聚合物，具有由式I表示的重复单元。碳纳米管分散剂使CNT能够在介质例如有机溶剂中分散CNT如此分解以致独立尺寸。本发明的碳纳米管分散液仅需通过常规的砂磨机研磨即可分散，且分散效率高，能极大降低分散成本，适宜于大规模化的生产应用，未来可应用于、锂电池，机能性纺织品、涂料、医疗材料、碳管/银浆、及复合材料等高附加价值产品等，对特化产业有实用价值。

技术领域

本发明属于高分子化合物制备技术领域，具体涉及一种碳纳米管分散剂及其制备方法。

背景技术

碳纳米管(下文可缩写为CNT)是在1991年由日本物理学家发现(Nature1991,354,56.)，其为一种管状之碳分子，管上每个碳原子采取sp2混成轨道化，相互间以碳-碳σ及π键结合起来，形成由六边形组成的蜂窝状结构作为奈米碳管的骨架。按照管子的层数不同，分为单壁奈米碳管及多壁奈米碳管。管子的半径方向达到奈米尺度且具有sp2之共轭结构，因此CNT具有较佳之导电、导热、场发效应、韧性、刚性及高熔点，可作为高分子的填充材、燃料电池离子交换膜填充材、场效晶体管、场发射显示器、电极模块改质及气体侦测器的改质等应用。由于CNT分子间具有强大的凡得瓦尔力(van der Waals attractions)，使得CNT容易纠结缠绕(entanglement)在一起，阻碍其应用上之发展。近年来，为了提升CNT在溶液中的分散性，其主要方法可分为化学改质法(chemical modification or chemicalfunctionalization)，其机制为此种方法是将强酸作为氧化剂，在反应过程中碳管的管壁或末端形成带有含氧的官能基，将碳管切短成达數百米的短碳管，经过官能基化的碳管可以有效的分散在水溶液及不同的有机溶剂中，再利用atom transfer radicalpolymerization(J.Am.Chem.Soc.2003,125,16015.)和ring-opening polymerization(Nano Lett.2002,2,797.)共价键接枝长链段有机分子进而提升CNTs之分散性，但表面改质的过程中破坏了CNTs的sp2结构及长度，而导致CNTs原本性质下降，不利于应用效果。

另一方法为的物理吸附法(physisorption)或称为非共价键修饰(non-covalentmodification)，此种方法利用界面活性剂当作分散剂(如:SDS)或以具有极性侧链的高分子(如PVP)缠绕在碳管四周，并施以外力，例如：超音波震荡或研磨等，或藉由溶剂的辅助而形成一具有奈米碳管复合材料，极性链段与溶液会形成稳定分散。

由于分散问题会导致在CNT的各种应用中的困难。为避免这一点，研究人员已经深入研究了通过表面重整、表面化学改性或类似方式改进CNT的可分散性的方法。且文献中所使用的分散剂所达到的分散系统奈米碳管固含量无法做高，并且必须使用大量分散剂以提高分散性，以致存在无法充分表现CNT本身极佳的机械，导热与导电等性质的疑虑。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够将CNT分散在介质例中达到其单ー尺寸的程度的碳纳米管分散剂。

本发明为了达到上述目的进行了深入研究，结果发现具有PEG聚乙二醇(Polyethylene Glycol)与丙烯腈(acrylonitrile)的聚合物在CNT的可分散性方面是优异的，并且当使用这种聚合物作为CNT分散剂时CNT可以分散到其单ー颗粒尺寸而无需附加处理，从而完成了本发明。

一种碳纳米管分散剂，所述碳纳米管分散剂为聚乙二醇与丙烯腈的聚合物，具有由式I表示的重复单元：

式中，m的数值范围为1-300；n数值范围为1-300；b代表嵌段共聚。

所述聚乙二醇与丙烯腈聚合物的平均分子量为10000-60000。

一种碳纳米管分散液，包括碳纳米管，上述碳纳米管分散剂，有机溶剂。