专利摘要

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。

说明书

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；

(3)羟基脱保护：将酰胺化产物与碱反应，得到羟基脱保护产物，其中碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢钾等一种或几种混合物；

(4)将还原产物与CO₂接触，生成碳酸氢盐阳离子表面活性剂。

本发明的分散剂具有优良的表面化学性能，具有CO₂/N₂响应性能，即该分散剂通入氮气、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。

本发明的有益效果：本发明的分散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，因此与常规表面活性剂相比，本发明的分散剂能够通过CO₂/N₂人为地控制碳纳米管的分散行为，在化学化工相关领域，如聚合物、纳米材料、复合材料、传感器等，以及食品、纺织、皮革等多个领域均具有重要的应用价值。

附图说明

附图1为分散剂水溶液N₂/CO₂开关示意图；

附图2为碳纳米管加入分散剂前后以及通入氮气或空气或加热后外观示意图。

具体实施方式

实施例1：脱氧胆酸与10倍摩尔当量的乙酸酐，在65℃下反应30小时后得到羟基保护产物；将羟基保护产物与2摩尔当量的氯化亚砜在二氯甲烷中室温下反应24小时，反应结束后除去有机溶剂和氯化亚砜，得到酰氯化产物，将酰氯化产物与N,N-二甲基乙二胺在二氯甲烷中反应24小时，得到酰胺化产物，将酰胺化产物与2％NaOH(质量百分数)混合，室温搅拌24小时，得到羟基脱保护产物，向该羟基脱保护产物水溶液中通入二氧化碳，得到脱氧胆酸酰胺基乙二胺碳酸氢盐。

实施例2：脱氧胆酸与10倍摩尔当量的六甲基二硅胺烷，在65℃下反应30小时后得到羟基保护产物；将羟基保护产物与2摩尔当量草酰氯在二氯甲烷中室温下反应24小时，反应结束后除去有机溶剂和草酰氯，得到酰氯化产物，将酰氯化产物与N,N-二甲基丁二胺在二氯甲烷中反应24小时，得到酰胺化产物，将酰胺化产物与2％NaOH(质量百分数)混合，室温搅拌24小时，得到羟基脱保护产物，向该羟基脱保护产物水溶液中通入二氧化碳，得到脱氧胆酸酰胺基丁二胺碳酸氢盐。

实施例3：10mL的1％(质量百分数)分散剂脱氧胆酸酰胺基乙二胺碳酸氢盐水溶液中加入10mg多壁碳纳米管，用超声分散机分散后，得到分散的多壁碳纳米管水溶液，该水溶液通入氮气或者加热时，分散剂分解，得到团聚的多壁碳纳米管水溶液；当再通入CO₂并超声分散后，重新得到分散的多壁碳纳米管水溶液。

实施例4：10mL的1％(质量百分数)分散剂脱氧胆酸酰胺基丁二胺碳酸氢盐水溶液中加入10mg单壁碳纳米管，用超声分散机分散后，得到分散的单壁碳纳米管水溶液，该水溶液通入氮气或者加热时，分散剂分解，得到团聚的单壁碳纳米管水溶液；当再通入CO₂并超声分散后，重新得到分散的单壁碳纳米管水溶液。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都涵盖在本发明范围内。

一种开关型碳纳米管分散剂专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。