专利名称：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的制作方法
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. S0C. 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(I)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(I)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°C下保温反应48 72小时；(3)反应结束后，以石油醚、水体积比为I : 4混合溶剂为沉淀剂，将步骤⑵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°C下真空干燥，得光敏性聚合物。其中，步骤⑴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O. 25 I : I ;步骤(I)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I : 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(I)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(I)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. Onw · cm_2,溶液距电光源距离为2cm)光照O 60min,得到稳定分散的聚合物基碳纳米
管分散液。其中，步骤(I)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(I)中所述水性溶剂为水、N，N-二甲基甲酰胺、甲醇或乙醇；步骤(I)中光敏性聚合物的质量与碳纳米管的质量比为I O. 5 5。本发明的技术效果如下本发明所述的制备方法中，在常温常压条件下以二甲亚砜为反应溶剂，利用光敏单体7-氨基-4-甲基香豆素的氨基基团与聚苯乙烯马来酸酐的马来酸酐基团之间的开环反应，向聚苯乙烯马来酸酐中引入光敏基团，从而得到光敏性聚合物。本发明制备条件温和、聚合物产物性能优异、制备操作简便，所得聚合物可显著增强碳纳米管在水性溶剂中的分散稳定性。本发明所用的原料聚苯乙烯马来酸酐可选择性多(结构可为支化、交替或无规结构)且易得，制备的聚合物具有紫外光敏性，紫外光照后光敏基团发生交联，可提高碳纳米管在溶液中的分散稳定性，且离心干燥后所得碳纳米管可重新分散在水性溶剂中。本光敏性聚合物及光交联反应式如下
权利要求
1.一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、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(I)反应容器中通入氮气30 60min，密封反应容器，保持搅拌，将溶液温度升至30 40°C下保温反应48 72小时； (3)反应结束后，以石油醚、水体积比为I: 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°C下真空干燥，得光敏性聚合物。
2.根据权利要求I所述的一种光敏性聚合物基碳纳米管分散助剂的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述7-氨基-4甲基香豆素的摩尔用量与聚合物中马来酸酐基团(假设聚合物中苯乙烯单元与马来酸酐单元摩尔量相同)的摩尔量之比为O. 25 I : I。
3.根据权利要求I所述的一种光敏性聚合物基碳纳米管分散助剂的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述聚苯乙烯马来酸酐和7-氨基-4甲基香豆素的总质量与反应溶剂的质量比为I : 9 19。
4.根据权利要求I所述的一种光敏性聚合物基碳纳米管分散助剂的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述反应为氨基与马来酸酐发生的开环反应。
5.一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，其分散步骤为 (1)将该光敏性聚合物溶于水性溶剂中，加入碳纳米管后，超声振荡器(功率99w)中振动 5 30min。
(2)将权利要求5(1)所得溶液置于紫外灯下光照(波长大于350nm，点光源强度为16.Onw · cm_2,溶液距点光源2cm) O 60min,得到稳定分散的聚合物基碳纳米管分散液。
6.根据权利要求I 4所述的光敏性聚合物，其特征在于用作碳纳米管的分散助剂，显著增强碳纳米管在水性溶剂中的分散稳定性。
7.根据权利要求5所述的一种光敏性聚合物基碳纳米管分散助剂用于分散碳纳米管，其特征在于步骤(I)中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。
8.根据权利要求5所述的一种光敏性聚合物基碳纳米管分散助剂用于分散碳纳米管，其特征在于步骤⑴中水性溶剂为水、N，N-二甲基甲酰胺、甲醇或乙醇。
9.根据权利要求5所述的一种光敏性聚合物基碳纳米管分散助剂用于分散碳纳米管，其特征在于步骤(I)中光敏性聚合物的质量和碳纳米管的质量比为I : O. 5 5。
全文摘要
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。其制备步骤为(1)将聚苯乙烯马来酸酐、7-氨基-4-甲基香豆素溶于二甲亚砜；(2)向(1)容器通氮气30～60min，密封保持搅拌，温度升至30～40℃，保温反应48～72小时；(3)搅拌下将(2)溶液滴至石油醚、水体积比为1∶4混合溶剂中，抽滤得固体；(4)将(3)固体再经过溶解、沉淀、抽滤，所得淡黄色固体25℃下真空干燥，得光敏性聚合物。其应用步骤为(1)将该聚合物溶于水性溶剂中，加入羧基或羟基功能化碳纳米管后，于超声振荡器中振动5～30min；(2)将(1)溶液紫外光下光照0～60min，得聚合物基碳纳米管分散液。本发明制备条件温和、操作简便，所得聚合物可显著提高碳纳米管在水性溶剂中的分散稳定性。
文档编号B01F17/22GK102627727SQ20121008712
公开日2012年8月8日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者刘仁, 刘敬成, 刘晓亚, 江金强, 熊小梅, 费小马 申请人:江南大学