【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳纳米管的分散。更具体地，涉及一种阳离子型有机化合物及其制备方法和应用。
技术介绍
1、碳纳米管自问世以来，因其独特的结构，获得了广泛的应用。碳纳米管可以看作由石墨烯卷曲形成的棒状结构或线性结构。因石墨烯层数不同，碳纳米管可以分为多壁碳纳米管、寡壁碳纳米管、少壁碳纳米管乃至单壁碳纳米管。其管径尺寸从不足两纳米到几十纳米不等，其管长从数百纳米到数十微米，这种结构使碳纳米管的长径比数值在数十乃至数千，独特的结构赋予了碳纳米管高导电性、高导热性、高机械强度、高热稳定性等特点。碳纳米管的独特结构使其在橡胶、涂料、纺织、航天、医药、新能源等行业获得了广泛应用。特别是新能源行业，在锂电池正极，碳纳米管的高导电性赋予了正极高能量密度、低内阻和长循环寿命；在锂电池硅负极，碳纳米管的高机械强度降低了负极的膨胀，延长了锂电池的使用寿命。
2、虽然碳纳米管在众多领域取得了广泛且成功的应用，但是因为其特殊的结构，很难将碳纳米管均匀的分散在其他材料中。而分散不均匀会显著影响碳纳米管的性能，直接限制碳纳米管的应用。导致碳纳米管难以分散的原因众多，主要可以分为生产工艺和自身物性两方面。生产工艺方面，缠绕型碳纳米管分散难度要远大于阵列型碳纳米管。自身物性方面，影响碳纳米管分散性的因素主要有三个：首先，碳纳米管巨大的长径比使其本身容易处于纠缠团聚状态；其次，碳纳米管的比表面积同样巨大，高比表面积导致高吸油值和高表面能，增加了分散难度；第三，线型结构碳纳米管表面缺陷较少，羟基、羧基等官能团的种类和数量都较少，分散剂在其表面吸附位点少、吸附
3、为了改善碳纳米管的分散性，可采用的方法包括：第一，生产相对容易分散的阵列型碳纳米管；第二，通过物理或者化学方式，切断碳纳米管，降低长径比，提高分散性，但该方法同时会影响导电性等其他性能；第三，采用强酸等方式，对碳纳米管表面进行修饰，增加表面官能团的种类和数量，提高其分散性；第四，使用分散剂分散碳纳米管，不仅不改变碳纳米管自身的结构状态，而且可以提高碳纳米管的分散性，得到粘度低、状态稳定的碳纳米管分散体。前三种方法，都会改变碳纳米管的结构，不同程度的降低碳纳米管的性能，影响碳纳米管的应用。最后一种方法，在保证碳纳米管结构不变的情况下，提高碳纳米管的分散性，最大限度的发挥碳纳米管的作用。一些技术中公开了一种碳纳米管分散剂，具体地，通过在聚乙二醇两端的羟基上，分别连接上聚丙烯腈，得到共聚物碳纳米管分散剂。该分散剂原料易得、工艺简单，但分子结构的两端是与被分散相作用的锚固结构，中间为聚乙二醇。这种结构存在的缺陷主要在于：一方面，分散剂结构单一，不适合不同应用场景，另一方面，嵌于中间的聚乙二醇不能很好的发挥作用。在又一些技术中公开了以聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯可控聚合制备碳纳米管分散剂的方法，该方法制备的碳纳米管分散剂引入了胺和苯环结构的锚固官能团和溶剂化的聚乙二醇结构。在一定条件下，该碳纳米管分散剂具有较好的分散性能，但聚乙二醇极性较强，在中低极性的溶剂中不易发挥作用；锚固基团种类仅两种，某些情况下会限制其与碳纳米管表面的作用；锚固基团距离主碳链较近，影响基团的自由度，使分散剂在结构特殊的碳纳米管上不容易吸附。
技术实现思路
1、基于以上事实，本专利技术的目的在于提供一种阳离子型有机化合物及其制备方法和应用，以至少克服上述分散碳纳米管存在的问题之一。
2、为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
3、一方面，本专利技术提供一种阳离子型有机化合物，该有机化合物具有如下式所示的结构式：
4、
5、其中，r1、r5、r7、r8各自独立地为c1-c4的烷基；
6、r2、r3、r4各自独立地为c1-c18的亚烷基；
7、r6为c2-c6的亚烷基；
8、r9为吡啶环、咪唑环、苯环、苯并咪唑环中的一种；
9、r10为c1-c4的亚烷基；
10、r11为h、-ch3、-cooh、-ch2cooh中的一种；
11、r12为h或-ch3；
12、r13为咪唑环或吡啶环或吡咯烷酮环；
13、r14为甲基或乙基；
14、r15为h或甲基；
15、x为cl或br；
16、a、b、e、f、g、h、i、j为0-100的整数，c、d为1-100的整数。
17、又一方面，本专利技术提供如上所述的阳离子型有机化合物的制备方法，包括如下步骤：
18、1)以不饱和羧酸与聚醚或聚酯为原料，反应得到不饱和聚醚单体或不饱和聚酯单体；
19、2)以所述不饱和聚醚单体或不饱和聚酯单体、不饱和杂环化合物、不饱和羧酸酯、不饱和叔胺为原料聚合制备得到聚合物中间体；
20、3)以卤代芳烃与所述聚合物中间体进行季铵化反应得到含阳离子官能团的聚合物。
21、进一步地，步骤1)中，反应在阻聚剂存在的条件下进行，反应的温度为105-150℃，时间为1-15h。
22、进一步地，所述不饱和羧酸选自甲基丙烯酸、丙烯酸、马来酸酐、衣康酸、富马酸和巴豆酸中的一种。
23、进一步地，所述聚醚的结构式如下式所示：
24、
25、进一步地，所述聚酯的结构式如下式所示：
26、
27、其中，r1-r4、a、b、c和d的定义如上所述。
28、进一步地，步骤2)中，所述聚合的温度为70-150℃，时间为1-3h。
29、进一步地，步骤2)中，聚合的条件为：
30、将所述不饱和聚醚单体或不饱和聚酯单体、不饱和杂环化合物和不饱和叔胺混合，得到混合料；
31、在70-150℃温度分别向混合料中滴加不饱和羧酸酯与溶剂的混合液以及引发剂溶液；
32、滴加完毕后，保温反应1-3h。
33、进一步地，所述不饱和叔胺的结构为：
34、
35、其中，r5为c1-c4烷基，r6为c2-c6的亚烷基，r7、r8各自独立地选自c1-c4烷基。
36、进一步地，所述不饱和杂环化合物选自乙烯基吡啶、乙烯基咪唑和乙烯基吡咯烷酮中的一种。
37、进一步地，所述不饱和羧酸酯选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯中的一种。
38、进一步地，所述不饱和聚醚单体或不饱和聚酯单体、不饱和杂环化合物、不饱和羧酸酯、不饱和叔胺的摩尔比为1:(0-100):(0-100):(1-50)，且所述不饱和杂环化合物和不饱和羧酸酯的添加量不同时为0。
39、进一步地，步骤3)中，所述季铵化反应的具体方法为：
40、将所述聚合物中间体温度控制在40-90℃，于搅拌状态下，加入卤代芳烃，反应10-60min。
41、进一步地，所述卤代芳烃的结构式如下式所示：
42、r9-r10-x；...
【技术保护点】
1.一种阳离子型有机化合物，其特征在于，具有如下式所示的结构式：
2.如权利要求1所述的阳离子型有机化合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，反应在阻聚剂存在的条件下进行，反应的温度为105-150℃，时间为1-15h；和/或
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述聚合的温度为70-150℃，时间为1-3h；和/或
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述季铵化反应的具体方法为：
6.一种碳纳米管分散剂，其特征在于，由包含如权利要求1所述的阳离子型有机化合物的原料制备得到。
7.如权利要求1所述的阳离子型有机化合物在制备碳纳米管或石墨烯或炭黑分散剂中的应用。
8.一种碳纳米管浆料，其特征在于，由将碳纳米管分散在如权利要求6所述的碳纳米管分散剂的溶液中后，分散得到。
9.根据权利要求8所述的碳纳米管浆料，其特征在于，所述碳纳米管的管径为5-10nm，管长≤50μm。
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...【技术特征摘要】
1.一种阳离子型有机化合物，其特征在于，具有如下式所示的结构式：
2.如权利要求1所述的阳离子型有机化合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，反应在阻聚剂存在的条件下进行，反应的温度为105-150℃，时间为1-15h；和/或
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述聚合的温度为70-150℃，时间为1-3h；和/或
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述季铵化反应的具体方法为：
6.一种碳纳米管分散...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛玉成，尹广军，马章浩，
申请(专利权)人：立邦涂料中国有限公司，
类型：发明
国别省市：
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