一种有机溶剂兼容型的碳纳米管分散液及其制备方法与流程

本发明涉及碳纳米管领域，特别涉及一种有机溶剂兼容型的碳纳米管分散液及其制备方法。

背景技术：

1、碳纳米管(cnt)具有高载流子迁移率和优异的导电性能，只需要少量的添加就可以增强导电性和提高材料强度。由于cnt的纳米尺寸和卓越的物理性能，分散在溶液中和其他树脂、添加剂一起配成涂料，即可通过涂布制备导电薄膜或抗静电薄膜。碳纳米管分散液在pet薄膜上流平性很差，涂布时很容易出现缩边、缩孔、划痕等薄膜缺陷，需要添加额外的流平剂或者有机溶剂才可以得到平整、光滑、均匀的薄膜。通过添加一些表面张力低的有机溶剂，能有效降低分散液的表面张力，从而改善分散液的渗透性，减少涂布时产生斑点和斑痕的可能，使成膜均匀、自然。但是，碳纳米管分散液和有机溶剂共混会立刻析出肉眼可见的碳纳米管颗粒，导致涂布后薄膜导电性及机械性能大幅降低，还影响薄膜的表观形貌。因此，目前市场上的碳纳米管分散液普遍存在和有机溶剂共混会立刻析出颗粒的问题，亟需开发一种有机溶剂兼容型的稳定碳纳米管分散液。

2、现有技术有通过使用两种分散剂对碳纳米管进行非共价修饰，使分散剂和碳纳米管的结合体能够充分分散在水中。还有采用砂磨机制备固含量高的碳纳米管导电浆料。以及采用酸酐类化合物稳定剂能在高电压条件下(2.75～4.5v)优先发生分解，此外由于导电浆料在匀浆过程中能保证均匀分布，因此在正极材料表面形成稳定的cei膜，从而避免在高电压充放电条件下正极材料与电解液直接接触，提升电池的循环性能和倍率性能。由此可见，目前碳纳米管分散液毫无例外均没有解决无法和有机溶剂共混发生碳纳米管析出的问题，这限制了碳纳米管分散液在工业上的大范围应用。

技术实现思路

1、本发明公开了一种有机溶剂兼容型的碳纳米管分散液及其制备方法，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种有机溶剂兼容型的碳纳米管分散液，所述碳纳米管分散液包括：第一相分散剂，用于有机溶剂中分散碳纳米管，但第一相分散剂难溶或不溶于有机溶剂；

3、第二相分散剂，用于有机溶剂中稀释过程中局部裸露的碳纳米管进行非共价修饰，且同时能够溶于有机溶剂；

4、能溶于水也能溶于有机溶剂的稳定剂；

5、以及水和碳纳米管。

6、进一步，所述各个原料的质量百分比为：0.1％～1％的碳纳米管，0.1％～5％的第一相分散剂，0.02％～1％的第二相分散剂，0.02％～0.6％的稳定剂，余量为水。

7、进一步，所述碳纳米管的纯度在80％以上，管径0.4-10纳米，长度0.5-500微米；

8、所述第一相分散剂为阴离子表面活性剂；

9、所述第二相分散剂为水基乳液聚合物；

10、所述稳定剂为长链高分子聚合物。

11、进一步，所述阴离子表面活性剂为亚甲基二萘磺酸钠、亚甲基双甲基萘磺酸钠、木质素磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或多种。

12、进一步，所述水基乳液聚合物为纯丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液、疏水改性丙烯酸聚合物乳液、氧化聚乙烯蜡乳液中的一种或多种。

13、进一步，所述非离子高分子聚合物为聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、脂肪醇聚氧乙烯醚、丙二醇嵌段聚醚、异构十醇聚氧乙烯醚、失水山梨醇月桂酸酯中的一种或多种。

14、进一步，所述有机溶剂为乙醇、异丙醇、1,2-丙二醇、醇醚类溶剂中的一种或多种。

15、本发明的另一目的是提供一种制备上述的有机溶剂兼容型的碳纳米管分散液的方法，该方法具体包括以下步骤：

16、s1)按照设计配比分别称取各个原料，现将碳纳米管、第一相分散剂、第二相分散剂和稳定剂混合后，再加入水，用高速剪切机在一定的转速进行搅拌乳化，得到混合物；

17、s2)将s1)所述的混合物经纳米砂磨机进行磨砂处理，得到砂磨液；

18、s3)将s2)所述的砂磨液加入高压均质机中进行均质，得到碳纳米管分散液。

19、进一步，所述s1)中的速度为1000～11000转/分钟，乳化时间为8-12分钟；

20、s2)中的砂磨的转速为1500～2500转/分钟，磨砂时间为20～40分钟；

21、s3)中的均质压力为500～1000bar均质时间10～40分钟。

22、一种导电涂料，所述导电涂料含有机溶剂以及上述碳纳米管分散液。

23、与现有技术相比，本发明的优点包括：

24、(1)本发明中，采用第一相分散剂在水中分散碳纳米管；第二相分散剂对稀释过程中局部裸露的碳纳米管进行非共价修饰，帮助其分散在混合溶液中；最后，非离子高分子聚合物溶解在混合溶液中，减少胶体粒子碰撞聚集的机会从而得到稳定的、有机兼容型的碳纳米管分散液。

25、(2)本发明中，碳纳米管分散液可以直接和有机溶剂共混不发生析出现象，在不添加额外的流平剂即可满足导电涂料对流平性的需求，适用于各种柔性衬底，制备的薄膜表面光亮均匀，耐干擦性能好，显著地降低了导电涂料的生产成本。

技术特征：

1.一种有机溶剂兼容型的碳纳米管分散液，其特征在于：所述有机溶剂兼容型的碳纳米管分散液包括：

2.根据权利要求1所述的有机溶剂兼容型的碳纳米管分散液，其特征在于，所述有机溶剂兼容型的碳纳米管分散液的各个原料的质量百分比为：碳纳米管：0.1％～1％，第一相分散剂：0.1％～5％的，第二相分散剂：0.02％～1％的，稳定剂：0.02％～0.6％，余量为水。

3.根据权利要求2所述的有机溶剂兼容型的碳纳米管分散液，其特征在于：所述碳纳米管的纯度在80％以上，管径0.4-10纳米，长度0.5-500微米；

4.根据权利要求3所述的有机溶剂兼容型的碳纳米管分散液，其特征在于：所述阴离子表面活性剂为亚甲基二萘磺酸钠、亚甲基双甲基萘磺酸钠、木质素磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或多种。

5.根据权利要求3所述的有机溶剂兼容型的碳纳米管分散液，其特征在于：所述水基乳液聚合物为纯丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液、疏水改性丙烯酸聚合物乳液、氧化聚乙烯蜡乳液中的一种或多种。

6.根据权利要求3所述的有机溶剂兼容型的碳纳米管分散液，其特征在于：所述长链高分子聚合物为聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、脂肪醇聚氧乙烯醚、丙二醇嵌段聚醚、异构十醇聚氧乙烯醚、失水山梨醇月桂酸酯中的一种或多种。

7.一种制备如权利要求1～6中任一项所述的有机溶剂兼容型的碳纳米管分散液的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述s1)中的速度为1000～11000转/分钟，乳化时间为8-12分钟；

9.一种导电涂料，其特征在于，所述导电涂料中含有机溶剂以及如权利要求1-6任意一项所述的碳纳米管分散液。

10.根据权利要求9所述的导电涂料，其特征在于：所述有机溶剂为乙醇、异丙醇、1,2-丙二醇、醇醚类溶剂中的一种或多种。

技术总结
本发明涉及碳纳米管领域，特别涉及一种有机溶剂兼容型的碳纳米管分散液及其制备方法。该有机溶剂兼容型的碳纳米管分散液的各个原料的质量百分比为：碳纳米管：0.1％～1％，第一相分散剂：0.1％～5％的，第二相分散剂：0.02％～1％的，稳定剂：0.02％～0.6％，余量为水。当碳纳米管分散液用有机溶剂稀释时，第二相分散剂会溶解在有机溶剂中，对稀释过程中被破坏的碳纳米管胶束进行非共价修饰，使其分散在溶液中不发生析出沉淀。碳纳米管分散液与表面张力低的有机溶剂混合，不需添加额外的流平剂即可满足导电涂料对流平性的要求，显著地降低了涂料的生产成本，可广泛应用于新能源、电子设备、封装材料等领域。

技术研发人员：陶璐飘,戴辉,熊健,陈名海
受保护的技术使用者：江西铜业技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12