[发明专利]一种开关型碳纳米管分散剂

说明书

一种开关型碳纳米管分散剂，该分散剂通入氮气、空气或者加热后发生分解，生成没有表面活性的胺类化合物，该胺类化合物再通入CO₂后变成碳酸氢盐，成为一种阳离子型表面活性剂；该分散剂能在水溶液中分散碳纳米管，在需要洁净碳纳米管时，通入氮气、空气或者加热后该表面活性剂分解，得到表面洁净的未分散的碳纳米管，通入二氧化碳后，重新形成表面活性剂并能分散碳纳米管。

技术领域

本发明涉及一种开关型碳纳米管分散剂，属于胶体与界面化学技术领域。

背景技术

碳纳米管因具有独特的结构和优越的电学、光学、化学和热力学性质而受到了人们越来越多的关注。但由于碳纳米管之间存在着比较强的范德华力，导致很容易缠绕在一起或者团聚成束，严重制约了碳纳米管的应用。如何提高碳纳米管的分散性成为目前迫切需要解决的问题。目前物理法和化学功能化法是比较常用的分散碳纳米管的方法。物理法是通过高能量的超声和超速离心使碳纳米管有效地分散开，这种方法中高能量的超声会使碳纳米管断裂，缩短其长度，减小碳纳米管的长径比，对碳纳米管造成一定的损坏，影响其应用价值，而且这种方法也存在分散不完全的缺点。化学功能化方法可以分为共价功能化法和非共价功能化法两种。共价功能化法是通过混酸或其他强氧化剂来处理碳纳米管，从而改变碳纳米管的表面结构使其引入羧基、羟基、氨基等各种活性基团，提高其水溶液的分散性，但是这种方法在一定程度上会损坏碳纳米管的结构和机械性能；非共价功能化法是碳纳米管与其他化合物通过π-π非共价键作用相结合得到结构完整的功能化碳纳米管，该种方法不仅能够提高碳纳米管的分散性而且不会对碳纳米管的结构和电学性能造成破坏，通过表面活性剂分散碳纳米管属于非共价功能化方法之一。

然而常规表面活性剂与碳纳米管相互作用后，较难将其从碳纳米管表面剥离下来，本发明试图发明一种开关型碳纳米管分散剂，该分散剂既能在水中分散碳纳米管，又能在需要洁净的碳纳米管时，通入氮气或空气或者加热后得到表面洁净的碳纳米管。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开关型碳纳米管分散剂，一方面该分散剂能在水中分散碳纳米管；另一方面，在需要洁净的碳纳米管时，通入氮气、空气或者加热后该表面活性剂分解，得到表面洁净的未分散的碳纳米管。

本发明的技术方案

本发明的技术方案：一种开关型碳纳米管分散剂，该分散剂通入氮气、空气或者加热后发生分解，生成没有表面活性的胺类化合物，该胺类化合物再通入CO₂后变成碳酸氢盐，成为一种阳离子型表面活性剂；该分散剂能在水溶液中分散碳纳米管，在需要洁净碳纳米管时，通入氮气、空气或者加热后该表面活性剂分解，得到表面洁净的未分散的碳纳米管，通入二氧化碳后，重新形成表面活性剂并能分散碳纳米管；碳纳米管为单壁或者多壁碳纳米管或者两者混合物，该分散剂结构式如下：

其中R₁，R₂，R₃为C₁～C₁₈直链或支链、饱和或不饱和、含有或不含有芳香环的烷基。

上述分散剂的制备主要包括以下步骤：

(1)羟基保护：将脱氧胆酸和1～30摩尔当量的羟基保护剂，在20～120℃下反应1～30小时后得到羟基保护产物，羟基保护剂为三甲基氯化硅、六甲基二硅胺烷、甲酸、乙酸酐中的一种或几种混合物；

(2)酰胺化产物：将羟基保护产物与1～10摩尔当量氯化亚砜或草酰氯在有机溶剂中反应1～72小时，反应温度20～45℃，反应结束后除去有机溶剂及氯化亚砜或草酰氯，将中间产物与烷基二胺在有机溶剂中反应1～72小时，反应温度-10～40℃，得到酰胺化产物，其中烷基二胺中的烷基为C₁～C₁₈直链或支链、饱和或不饱和、含有或不含有芳香环的烷基；有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚等一种或几种混合溶剂；