[发明专利]一种光敏性聚合物基碳纳米管分散助剂的制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及功能高分子材料和纳米材料技术领域，具体涉及一种光敏性聚合物基碳纳米管分散助剂的制备方法和用途。

背景技术

由于高的表面吸附面积、大量的化学反应位点、电子储存转移的特殊金属半导体性能，碳纳米管在电化学领域得到了广泛的应用。从碳纳米管的发现开始，分散性差的难题一直制约着碳纳米管的应用和发展。为了得到稳定的碳纳米管分散体系，人们提出了很多方法，例如用聚合物分子通过共价键或非共价键结合的方法改性碳纳米管。通过共价键结合的改性方法，可能会因在碳纳米管片层表面引入共价键而影响其电化学结构，而不可避免地使碳纳米管的一些特性发生改变。改性碳纳米管还可以通过碳纳米管的结构和聚合物的功能基团之间的非共价键作用来完成。

已有文献报导了憎水聚合物和两性嵌段聚合物与碳纳米管之间的非共价键作用的研究。如Kang和Taton提出了一种通过非共价键作用，以交联的两性嵌段共聚物PSt-PAA胶束包裹碳纳米管的方法。使用这个改性方法的前提是，假设聚合物分子和碳纳米管之间的弱相互作用不会影响碳纳米管的电学结构(J.AM.CHEM.SOC.2003，125，5650-5651)。申请公布号为CN101721944A专利文献公开了一种聚合物基碳纳米管分散助剂及其合成方法和用途，即利用阴离子聚合方法，合成含芘功能化的非晶聚苯乙烯均聚物。该分散助剂能显著提高碳纳米管在常用有机溶剂中的分散能力，配制出高浓度的碳纳米管均匀分散液。因使用阴离子聚合方法，制备条件严格过程相对繁琐。采用简单有效的方法制备碳纳米管分散助剂，使碳纳米管在常用溶剂中稳定的分散，成为现阶段解决碳纳米管应用问题的一大挑战。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提供了一种光敏性聚合物基碳纳米管分散助剂的制备方法。利用光敏性单体7-氨基-4甲基香豆素的氨基基团使聚苯 乙烯马来酸酐的马来酸酐发生开环反应，引入光敏基团。制备条件温和简单。本光敏性聚合物可很好的溶解于水性溶剂中，同时与羧基或者羟基功能化的碳纳米管之间具有较强的氢键作用，两种作用相结合可使碳纳米管在水性溶剂保持长期的的分散稳定性。

本发明的技术方案如下：

一种光敏性聚合物基碳纳米管分散助剂的制备方法，其特征在于制备步骤如下：

(1)常压条件下，将聚苯乙烯马来酸酐类(市售或自制)、7-氨基-4-甲基香豆素溶于二甲亚砜中；

(2)在搅拌状态下，向步骤(1)中通入氮气30～60min，密封反应容器，保持搅拌，将溶液温度升至30～40℃下保温反应48～72小时；

(3)反应结束后，以石油醚、水体积比为1∶4混合溶剂为沉淀剂，将步骤(2)溶液缓慢滴至沉淀剂中，抽滤得淡黄色固体；

(4)将步骤(3)所得固体再经过溶解、沉淀、抽滤，所得固体于25℃下真空干燥，得光敏性聚合物。

其中，步骤(1)中所述7-氨基-4甲基香豆素的摩尔用量与马来酸酐基团(假设聚合物中苯乙烯与马来酸酐摩尔量相同)的摩尔量之比为0.25～1∶1；步骤(1)中所述聚苯乙烯马来酸酐、7-氨基-4甲基香豆素的总质量与反应溶剂的质量比为1∶9～19；步骤(2)中所述反应为氨基与马来酸酐发生的开环反应。。

本光敏性聚合物基碳纳米管分散助剂，其用途在于在水性溶剂中显著增强碳纳米管的分散稳定性。

本发明的应用技术方案如下：

一种光敏性聚合物基碳纳米管分散助剂的用途，其特征在于分散碳纳米管，其应用步骤如下：

(1)将本光敏性聚合物溶于水性溶剂中，加入碳纳米管后，置于超声振荡器(功率99w)中振动5～30min。

(2)将(1)所得溶液置于紫外灯下，紫外光下(波长大于350nm，点光源强度为16.0nw·cm^-2，溶液距电光源距离为2cm)光照0～60min，得到稳定分散的聚合物基碳纳米管分散液。

其中，步骤(1)中所述碳纳米管为羧基或羟基功能化的单臂碳纳米管、羧 基或羟基功能化的多壁碳纳米管或以上几种碳纳米管的混合物；步骤(1)中所述水性溶剂为水、N，N-二甲基甲酰胺、甲醇或乙醇；步骤(1)中光敏性聚合物的质量与碳纳米管的质量比为1∶0.5～5。

本发明的技术效果如下：