[发明专利]分散剂、其制备方法以及包含该分散剂的碳类材料分散组合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型分散剂及其制备方法，以及包含该分散剂的碳类材料分散组合物，所述分散剂能够将各种碳类材料均匀地分散在包括水溶剂的不同介质中。

背景技术

近来，已经研究了很多碳类材料并且将它们用于例如热塑性树脂组合物、二次电池、太阳能电池、显示材料、电子材料等各种产品或技术领域。例如，为了进一步改善二次电池或太阳能电池的容量或电学特征，已经考虑并尝试使用碳纳米管及其衍生物等，并且为了进一步改善各种半导体器件或显示器件的特征，已经试验应用碳类纳米材料例如石墨烯及其衍生物等。此外，出于改善热塑性树脂组合物的机械性能或者提供给它们新性能例如导电性等的目的，已经尝试使用各种碳类材料。

然而，为了通过将碳类材料例如碳纳米管、石墨烯、碳黑、富勒烯类材料或它们的衍生物等应用于各种领域来达到所需的物理性能，需要将这些碳类材料以高浓度均匀地分散在包括水溶剂的其它各种介质中。例如，为了通过使用包含碳纳米管的导电材料来进一步改善二次电池的电学性能等，必须将这些碳类材料以高浓度均匀分散在介质例如水溶剂等中。

然而，由于大部分碳类材料例如碳纳米管、石墨烯、富勒烯类材料等通常由碳-碳键组成，所以在很多情况下难以将这些碳类材料以高浓度均匀地分散在介质中。由于这个原因，具有难以利用碳类材料的局限性。为了解决该问题，已经考虑使用分散剂将碳类材料以高浓度更均匀地分散在各种介质中。

然而，先前已知或研究的分散剂不能根据介质的类型充分分散碳类材料，或者必须以较大的量使用以有效分散碳类材料。而且，因为先前已知的分散剂的原料昂贵或需要复杂的制备过程，所以这些分散剂具有需要非常高的生产成本的缺点。

因为该原因，一直需要一种新型分散剂，即使使用相对小的量的该分散剂，也能够将各种碳类材料例如碳纳米管、石墨烯或富勒烯类材料以高浓度均匀地分散在各种介质，例如，环境友好的水溶剂中，并且该分散剂可以通过更简单的制备过程以更低的成本获得。

发明内容

技术问题

本发明提供一种新型分散剂及其制备方法，所述分散剂能够将各种碳类材料以高浓度均匀地分散在包括水溶剂的不同介质中。

此外，本发明提供一种碳类材料分散组合物，该组合物包含所述新型分散剂和通过该新型分散剂均匀分散的碳类材料。

技术方案

本发明提供一种分散剂，该分散剂包含多种多环芳烃氧化物的混合物，其中，所述混合物包含60重量％以上的量的具有300至1000的分子量的多环芳烃氧化物。

在所述分散剂中，当对多种多环芳烃氧化物进行元素分析时，氧含量可以为所述混合物的全部元素含量的12至50重量％。

此外，在所述分散剂中，多环芳烃氧化物可以具有一个或多个含氧官能团连接至含有5至30个苯环的芳烃的结构。更具体而言，所述芳烃在它的结构中可以具有7至20个苯环，并且所述含氧官能团可以为选自羟基、环氧基、羧基、硝基和磺酸基中的一种或多种。

上述分散剂可以用于将碳类材料分散在溶剂中。待被所述分散剂分散的碳类材料的更具体实例可以为选自石墨烯、碳纳米管、石墨、碳黑、富勒烯类材料以及它们的衍生物中的一种或多种，并且也可以包括其他各种碳类材料。

同时，本发明提供一种分散剂的制备方法，该制备方法包括在氧化剂的存在下对具有200至1500的分子量的多环芳烃的混合物进行氧化的步骤。

在所述分散剂的制备方法中，所述氧化剂可以包括选自硝酸(HNO₃)、硫酸(H₂SO₄)、过氧化氢(H₂O₂)、硫酸铈(IV)铵((NH₄)₄Ce(SO₄)₄)和硝酸铈(IV)铵((NH₄)₂Ce(NO₃)₆)中的一种或多种。

在所述制备方法中，所述包含具有200至1500的分子量的多环芳烃的混合物可以包括多种含有5至50个苯环的芳烃。

此外，所述氧化步骤可以在10至90℃的反应温度下在水溶剂中进行0.5至20小时。

此外，作为所述制备方法的起始材料的包含具有200至1500的分子量的多环芳烃的混合物可以来源于由化石燃料或其产品得到的沥青。