[发明专利]含长链烷基的超支化聚合物、碳纳米管分散液及其制备方法

说明书

本申请涉及一种含长链烷基的超支化聚合物，其包括内核A和链状臂B，其结构如下述通式I所示：所述内核A为末端含羟基或者羧基的超支化聚酯，其由含至少两个羟基的单体与含羧基的单体通过缩聚反应来形成，或者由含至少两个羟基的单体与第一酸酐通过缩聚反应来形成；所述链状臂B为一元酸、一元醇或者第二酸酐，且所述链状臂B通过酯基共价键连接至所述内核A的端基。本申请还涉及超支化聚合物的制备方法、包含该超支化聚合物的碳纳米管分散液以及该超支化聚合物用作碳纳米管分散剂的用途。本文所述的超支化聚合物能有效包覆碳纳米管，在非极性有机溶剂中稳定分散碳纳米管，得到高含量低粘度的油相碳纳米管分散液。

技术领域

本申请涉及超支化聚合物和纳米材料技术领域，具体涉及一种含长链烷基的超支化聚合物、含长链烷基的超支化聚合物的制备方法、包含该含长链烷基的超支化聚合物的碳纳米管分散液以及该含长链烷基的超支化聚合物用作碳纳米管分散剂的用途。

背景技术

纳米材料(1nm-100nm)具有尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，这些效应使其在应用中表现出优异的性能。碳纳米管(CNTs)是纳米材料中最富有代表性且性能优异的材料之一。

碳纳米管(CNTs)是由碳元素构成的一个中空管状结构，可以看成是由单层或多层石墨六边形网格平面沿手性矢量卷绕而成的无缝、中空的微管。其独特的结构结合其优异的机械、电子及光学等性能使之成为理想的纳米材料。然而由于CNTs具有巨大的表面积和长径比、管与管之间存在极强的范德华力和π-π堆积，使其在自然状态下通常以平行管束的形式存在，在水和有机溶剂中很难分散，这就需要加入分散剂增强碳纳米管在溶剂中的分散能力。

目前，碳纳米管分散液的溶剂一般均为水和极性有机溶剂，而非极性有机溶剂几乎没有涉及。而常用的碳纳米管分散剂通常为小分子表面活性剂和线性聚合物，其通常在非极性有机溶剂中的溶解度较低。此外，将其加入非极性有机溶剂后整个体系的粘度通常会有较大的增加。最为关键的是，其在非极性有机溶剂中基本无法分散碳纳米管，甚至还会加剧碳纳米管的团聚。为解决这些问题，超支化聚合物的研究引起了国内外的关注，希望以超支化聚合物代替小分子表面活性剂和线性聚合物。

超支化聚合物的研究是近几十年来高分子化学领域中的热点之一。超支化聚合物具有三维球形结构，表面富含大量的末端官能团，具有较高的反应活性、良好的溶解性、低粘度等优点，可用于聚合物加工助剂、环氧树脂增韧、药物缓释等领域。

与线性聚合物和小分子表面活性剂相比，超支化聚合物分子形状近似球型，支化度比较高，能够较好地溶于非极性有机溶剂中且体系粘度较低，且可较好的包覆在碳纳米管表面，形成稳定性、分散性较好的，碳纳米管粒径较小的油相碳纳米管分散液。一般情况下，所述油相，既包括N-甲基吡咯烷酮、丙二醇甲醚醋酸酯等常见的溶剂，也包括液体聚酯、聚醚等液体有机载体，本发明中，一般指非极性有机溶剂。体系粘度低可方便增加分散液中碳纳米管的含量，提高分散液的使用效率。油相碳纳米管分散液稳定性、分散性较好可方便其后续应用添加过程、长期储存过程和运输过程，进一步降低成本。超支化聚合物末端具有大量羟基、羧基等类型的活性官能团，通过对其端基改性，可以使超支化聚合物具备各种各样的性能，使其成为一种具有潜在应用价值的树脂。将超支化聚合物用于油相碳纳米管分散，可增加碳纳米管的添加量，提高分散液的使用性能，同时超支化结构在油相碳纳米管分散液中有助于提高分散液分散性、稳定性，降低后续应用添加过程、长期储存过程和运输过程的成本。

为此，本领域持续需要开发一种可用作碳纳米管分散剂的超支化聚合物。

发明内容

长烷基链的多元醇和羟基酸/多元羧酸/酸酐是几类容易获得、低成本的材料。有来自大自然丰富的可再生资源，也有化石燃料衍生出来的石油产品，制备工艺完善，来源广泛，成本低廉。长烷基链的多元醇和羟基酸/多元羧酸/酸酐的突出特点是其独特的化学结构具有多个羟基、羧基官能团以及特有的长碳链结构，这使得它们能够进行各种化学转化，制备出具有多种用途的低分子量高分子材料，且在非极性有机溶剂中具备较好的溶解性。