[发明专利]一种分散助剂及其碳纳米管分散液和导电浆料

说明书

本发明涉及一种分散助剂及其碳纳米管分散液和导电浆料，分散助剂为具有羟基和羧基的超支化聚酯，含该分散助剂的分散液还包括碳纳米管、分散剂和水，分散剂为含颜料亲和基团的共聚物。本发明的分散液采用含颜料亲和基团的共聚物作为分散剂，同时采用具有特定超支化结构的超支化聚酯作为分散助剂，使得一方面，该具有特定超支化结构的超支化聚酯容易吸附在碳纳米管表面，另一方面，该超支化聚酯具有一定羟基和羧基的亲水性基团，与分散剂协同作用，使得碳纳米管含量提升时，碳纳米管仍然能够长期稳定均匀分散在水中，而不产生团聚和沉淀。

技术领域

本发明涉及碳材料分散技术领域，具体涉及一种分散助剂及其碳纳米管分散液和导电浆料。

背景技术

CNTs是由单层或多层石墨片卷曲或嵌套组装成的无缝中空的纳米级同轴圆柱形管状材料，根据层数的不同分为单壁碳纳米管(SWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)。CNTs侧壁的碳原子主要是以sp2杂化方式与相邻的碳原子形成高度离域化的π电子，导致CNTs之间存在较强的范德华力，聚集成束而不易分散，从而制约CNTs的应用。同时，高浓度碳管相比于低浓度碳管在运输、使用等操作环节中具有极大的优势，因此许多应用倾向于使用高浓度碳管浆料，如何在保持碳纳米管良好分散下制备高浓度碳纳米管浆料也成为需要解决的问题。

超支化聚合物(Hyperbranched Polymer，简称HBP)由于其不同于线性聚合物的三维枝状结构，具有各种特殊性质，如无定形、无链缠连和低粘度等，广泛应用于各类材料中。同时，超支化分散剂是一类能将炭黑、钛白粉等无机颜料稳定分散于水、油体系中的常用助剂。从结构上讲，超支化分散剂是由多支化的中心原子和支链上具有多处锚点组成的一类高分子材料。正是结构上的特殊性，使这种分散剂具有超级的分散、稳定能力。

现有技术中，也有将超支化聚合物用于碳纳米管的分散，如中国专利CN102180458A公开的纳米碳材料分散液及其制备方法和设备，该分散液包含纳米碳材料、分散溶剂及可选择包含分散助剂和稳定剂，纳米碳材料为石墨烯、碳纳米管、纳米碳纤维、富勒烯、炭黑和乙炔黑中的一种以上，分散助剂是表面活性剂、生物大分子或超支化聚合物，超支化聚合物为三芳基胺及其衍生物的超支化聚合物，或含三苯胺结构的超支化聚酰胺酸，由三(4-溴苯基)胺与1,4-二乙烯基经脱卤缩聚而得到的超支化聚合物，或由三(4-溴苯基)胺的格氏试剂化合物经缩聚而得的超支化聚合物。该分散液通过预分散处理，高压解离分散处理而得。

该分散液虽然能够长期稳定存在，但仍然存在一些问题，如：超支化聚合物仅对碳材料在液态有机介质中的分散起增溶作用；分散液中的碳材料的质量含量不超过5％，碳材料的浓度仍然较低；制备过程中还需采用高压解离分散处理，操作繁琐且制备过程复杂，生产效率低。

后来也有人报道将超支化聚合物用于碳纳米管的水性分散体系中，如中国专利CN108559092A报道的一种碳材料分散剂及其制备方法以及含有该分散剂的稳定的碳材料的水性分散体，该碳材料分散剂包含两亲性超支化聚合物，聚合物具有含有胺基的骨架结构和共价键合到所述骨架结构上的与石墨烯结构非共价缔合的单环、多环、稠环或杂环芳基。水性分散体是将石墨(如碳纳米管)与碳材料分散剂的混合物在水性溶剂的存在下进行研磨形成的。

该分散液虽然能够长期稳定存在，但水性分散体中碳材料的浓度极低，如该文件中的实施例7和8，碳纳米管在水性分散体中的投料质量含量仅为0.5～1％，碳纳米管的含量极低；且该水性分散体制备时是将分散剂、碳纳米管和水研磨分散后，静置，取上层清液经离心分离，得到上层黑色清液为碳纳米管水溶液，下层沉淀为碳纳米管聚集体，可见，该水性分散体并不是均一的分散液，且水性分散体是取静置后的上层清液，在投料含量极低的情况下，水性分散体中的碳纳米管的浓度更低，甚至低于1％。

综上，现有技术中，仍然存在当碳纳米管含量提升时，碳纳米管在水中分散效果差，容易团聚和缠绕等问题。

发明内容