[发明专利]一种高浓度碳纳米管分散液的制备方法

摘要

一种高浓度碳纳米管分散液的制备方法，它涉及一种碳纳米管分散液的制备方法。本发明是要解决现有碳纳米管分散液中碳纳米管团聚、分散浓度小和稳定性差的问题。方法：一、将碳纳米管在强氧化溶液中反应制备了羧基化碳纳米管；二、在催化剂作用下羧基化碳纳米管可以和二元或多元胺在温和的条件下迅速地反应，从而得到了胺化碳纳米管；三、通过加入表面活性剂，并在超声的作用下，将胺化碳纳米管分散在溶剂中，得到高浓度的碳纳米管分散液。本发明用于分散碳纳米管。

主权项

一种高浓度碳纳米管分散液的制备方法，其特征在于高浓度碳纳米管分散液的制备方法是按以下步骤进行：一、羧基化碳纳米管的制备：将碳纳米管放入强氧化溶液中，在功率为400W～800W、频率为20kHz～120kHz的超声仪中处理0.2h～2h，然后在温度为40℃～95℃的水浴中反应3h～12h，再加入溶剂Ⅰ稀释，冷却至室温抽滤，得到滤渣，滤渣用溶剂Ⅰ洗涤并抽滤直至洗涤液的pH为7，再将洗涤后的滤渣在温度为80℃～140℃的条件下置于真空烘箱中干燥2h～12h，即得到羧基化碳纳米管；所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管，直径为0.8nm～100nm，长度为0.5μm～50μm；所述的强氧化溶液是质量分数为68％～75％的浓硝酸、质量分数为30％～40％的双氧水、强氧化溶液A或强氧化溶液B；其中所述的强氧化溶液A是质量分数为95％～98％的浓硫酸和质量分数为68％～75％的浓硝酸的混合溶液，且所述的强氧化溶液A中质量分数为95％～98％的浓硫酸与质量分数为68％～75％的浓硝酸的体积比为1:(0.2～1)；所述的强氧化溶液B是质量分数为36％～38％的盐酸和质量分数为30％～40％的双氧水的混合溶液，且所述的强氧化溶液B中质量分数为36％～38％的盐酸与质量分数为30％～40％的双氧水的体积比为1:(1～10)；所述碳纳米管的质量与强氧化溶液的体积比为1g:(100～1000)mL；所述溶剂Ⅰ为去离子水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、二氯甲烷、氯仿、1,2‑二氯乙烷、丙酮、甲基乙基酮、环己酮、甲基异丁基酮、正庚烷、正己烷、环己烷、苯、甲苯、二甲苯、乙基苯、四氢呋喃、二乙醚、1,2‑二甲氧基乙烷、N,N‑二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺、N‑甲基‑2‑吡咯烷酮和六甲基磷酰胺中的一种或其中几种的混合物；二、胺化碳纳米管的制备：将步骤一得到的羧基化碳纳米管研磨成羧基化碳纳米管粉末，然后将羧基化碳纳米管粉末和催化剂加入到有机溶剂中，在功率为400W～800W、频率为20kHz～120kHz的条件下破碎超声0.2h～2h，然后向反应体系中加入胺类，搅拌0.1h～1h后，在功率为200W～400W、频率为10kHz～30kHz、温度为20℃～60℃的超声仪中反应3h～12h，反应结束后以3000r/mim～15000r/mim的速度离心10min～60min，得到沉淀物，将沉淀物用溶剂Ⅱ溶解，冷却至室温抽滤，得到滤渣，将滤渣用溶剂Ⅱ洗涤并抽滤3～5次，再将洗涤后的滤渣在温度为80℃～140℃的条件下置于真空烘箱中干燥2h～12h，得到胺化碳纳米管；所述催化剂为2‑(7‑偶氮苯并三氮唑)‑N,N,N',N'‑四甲基脲六氟磷酸酯和N,N‑二异丙基乙胺的混合物，其中2‑(7‑偶氮苯并三氮唑)‑N,N,N',N'‑四甲基脲六氟磷酸酯与N,N‑二异丙基乙胺的物质的量的比为1:(1～10)；所述有机溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、二氯甲烷、氯仿、1,2‑二氯乙烷、丙酮、甲基乙基酮、环己酮、甲基异丁基酮、正庚烷、正己烷、环己烷、苯、甲苯、二甲苯、乙基苯、四氢呋喃、二乙醚、1,2‑二甲氧基乙烷、N,N‑二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺、N‑甲基‑2‑吡咯烷酮和六甲基磷酰胺中的一种或其中几种的混合物；所述胺类为脂肪二胺、芳香二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、聚乙烯亚胺和聚酰胺‑胺型树枝状高分子中的一种或其中几种的混合物；所述溶剂Ⅱ为去离子水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、二氯甲烷、氯仿、1,2‑二氯乙烷、丙酮、甲基乙基酮、环己酮、甲基异丁基酮、正庚烷、正己烷、环己烷、苯、甲苯、二甲苯、乙基苯、四氢呋喃、二乙醚、1,2‑二甲氧基乙烷、N,N‑二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺、N‑甲基‑2‑吡咯烷酮和六甲基磷酰胺中的一种或其中几种的混合物；所述步骤一得到的羧基化碳纳米管与步骤二中所述催化剂的质量比为1:(0.1～0.5)；所述步骤一得到的羧基化碳纳米管的质量与步骤二中所述有机溶剂的体积的比为1g:(50～1000)mL；所述步骤一得到的羧基化碳纳米管与步骤二中所述胺类的质量比为1:(100～1000)；三、高浓度碳纳米分散液的制备：将步骤二得到的胺化碳纳米管和表面活性剂加入到溶剂Ⅲ中，在功率为400W～800W、频率为20kHz～120kHz的条件下破碎超声0.2h～2h后，得到高浓度碳纳米分散液；所述表面活性剂为聚氧乙烯多环苯基醚硫酸盐714‑SF、聚氧乙烯多环苯基醚硫酸盐707‑SF、聚氧乙烯多环苯基醚硫酸盐2607‑SF、聚氧乙烯异丙苯基苯基醚CMP‑6、聚氧乙烯异丙苯基苯基醚CMP‑8、聚氧乙烯异丙苯基苯基醚CMP‑11、失水山梨醇硬脂酸酯、脱水山梨醇三硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐三油酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐单月桂酸酯、胆酸钠、TNWDIS、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙二醇辛基苯基醚、Triton X‑102、Triton X‑305、聚氧乙烯壬基苯醚、聚乙二醇十六烷基醚、十六烷基三甲基甲苯磺酸铵、十六烷基三甲基溴化铵、蓖麻油聚氧乙烯醚和聚醚醇中的一种或其中几种的混合物；所述步骤二得到的胺化碳纳米管与表面活性剂的质量比为1:(0.1～2)；所述溶剂Ⅲ为去离子水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、二氯甲烷、氯仿、1,2‑二氯乙烷、丙酮、甲基乙基酮、环己酮、甲基异丁基酮、正庚烷、正己烷、环己烷、苯、甲苯、二甲苯、乙基苯、四氢呋喃、二乙醚、1,2‑二甲氧基乙烷、N,N‑二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺、N‑甲基‑2‑吡咯烷酮和六甲基磷酰胺中的一种或其中几种的混合物。