碳納米管分散劑介紹和使用建議

碳納米管分散劑介紹和使用建議

一、碳納米管分散技術(shù)三要素

二、分散劑用量推薦

三、碳納米管水分散劑（TNWDIS）概述

四、超聲波分散設(shè)備使用建議及分散實(shí)例

五、研磨分散設(shè)備使用建議

碳納米管分散技術(shù)三要素：分散介質(zhì)、分散劑和分散設(shè)備

1、分散介質(zhì)

（1）根據(jù)粘度不同，分散介質(zhì)分為高粘度、中粘度和低粘度三種。在低粘度介質(zhì)中，如水和有機(jī)溶劑，碳納米管易于分散。中粘度介質(zhì)如液態(tài)環(huán)氧樹脂、液態(tài)硅橡膠等，高粘度介質(zhì)如熔融態(tài)的塑料。

（2）此處介紹的碳納米管分散技術(shù)，針對(duì)中、低粘度分散介質(zhì)。

2、分散劑

（1）分散劑的選擇，與分散介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、極性、溶度參數(shù)等密切相關(guān)。

（2）分散劑的用量，與碳納米管比表面積和共價(jià)鍵修飾的功能基團(tuán)有關(guān)。

（3）水性介質(zhì)中，推薦使用TNWDIS。強(qiáng)極性有機(jī)溶劑中，如醇、DMF、NMP， 推薦使用TNADIS。中等極性有機(jī)溶劑如酯類、液態(tài)環(huán)氧樹脂、液態(tài)硅橡膠，推薦使用TNEDIS 。

3、分散設(shè)備

（1）超聲波分散設(shè)備：非常適合實(shí)驗(yàn)室規(guī)模、低粘度介質(zhì)分散碳納米管，用于中、高粘度介質(zhì)時(shí)會(huì)受到限制。

（2）研磨分散設(shè)備：適合大規(guī)模地分散碳納米管、中粘度介質(zhì)分散碳納米管。

（3）采用“先研磨分散、后超聲波分散”組合方法，可以高效、穩(wěn)定地分散碳納米管

分散劑用量推薦。

1、碳納米管比表面積與分散劑用量

我們?cè)噭┘?jí)碳納米管分為單壁管（外徑<2nm）和多壁管。多壁管根據(jù)外徑不同，分為TNM1（外徑50nm）。隨著外徑的增加，碳納米管的比表面積減小

TNWDIS推薦用量：單壁管重量的3.5倍， TNM1 重量的1.0倍， TNM8 重量的0.2倍。其余用量參考調(diào)整

2、碳納米管功能化與分散劑用量

功能化后的碳納米管，更容易在水中分散。 通常，碳納米管羧基功能化后，分散劑的用量可以減少50%

TNWDIS推薦用量：羧基化單壁管重量的1.5-1.8倍， 羧基化TNM1 重量的0.5倍， 羧基化TNM8 重量的0.1倍

3、對(duì)于TNADIS， TNM8 的推薦用量是重量的0.2倍。對(duì)于TNEDIS, TNM8 的推薦用量是重量的0.8倍

其余碳納米管分散劑用量可以參照調(diào)整

碳納米管水分散劑（TNWDIS）概述

1、不含烷基酚聚氧乙烯醚 （APEO）的非離子表面活性劑，生態(tài)環(huán)保。歐洲國家自1976年起陸續(xù)制定了法規(guī)限制生產(chǎn)和使用APEO

2、含有芳香基團(tuán)，特別適合制備碳納米管水分散液。芳香基團(tuán)與碳納米管管壁親和性好，易于吸附在管壁

3、性能指標(biāo)

活性物質(zhì)含量：90%

水 分 含 量：10%

濁 點(diǎn)：68-70℃

碳納米管水分散劑（TNWDIS）結(jié)構(gòu)

文獻(xiàn)報(bào)道分散CNTs常用的三種表面活性劑

超聲波分散設(shè)備使用建議

1、超聲波粉碎機(jī)（tip型）和超聲波清洗機(jī)（bath型）都可以用于碳納米管分散

2、超聲波粉碎機(jī)發(fā)出的超聲波能量密度高（能量集中于變幅桿上而不是一個(gè)平面上）、頻率低，更適合碳納米管的分散。根據(jù)碳納米管分散液的量，選擇合適的超聲波粉碎機(jī)功率和變幅桿直徑

3、在水介質(zhì)中，超聲波的空化作用會(huì)使TNWDIS產(chǎn)生少量泡沫，泡沫會(huì)影響超聲效果，可以選擇靜置或加入消泡劑，消除泡沫

粘度高的介質(zhì)不適合選擇超聲波設(shè)備分散 ，建議選擇研磨分散設(shè)備

超聲波粉碎機(jī)制備分散液實(shí)例

1、目標(biāo)：制備100g多壁碳納米管TNM8 水分散液 ，碳納米管含量 2%

2、主要設(shè)備

（1）Scientz-ⅡD型超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)(國產(chǎn)) 。所用超聲變幅桿為Φ6，輸出功率選擇為60%，超聲開時(shí)間為3s，超聲關(guān)時(shí)間也為3s，超聲總時(shí)間設(shè)置為5min

（2）SC-3614型低速離心機(jī) (國產(chǎn) )

（3）HCT-1微機(jī)差熱天平（國產(chǎn)）

操作步驟（1）

1、將0.40g分散劑TNWDIS 溶解于97.60g去離子水中。室溫下TNWDIS 溶解度小，可用水浴加熱輔助其溶解，但使用溫度不可超過其濁點(diǎn)溫度

2、加入2.00g碳納米管，攪拌，使碳納米管被分散劑水溶液完全潤濕，而不是漂浮在水面上

3、開始超聲。超聲過程中，分散液會(huì)發(fā)熱、起泡，因此建議超聲5min后，可將分散液取出靜置于冰水中冷卻、消泡，再繼續(xù)超聲

4、分散程度觀察。用玻璃棒沾取少量分散液滴加至清水中，觀察稀釋狀態(tài)。分散好的碳納米管，猶如一滴墨水落入水中，在水中迅速均勻擴(kuò)散開，而未分散好的碳納米管，在水中會(huì)有黑色顆粒出現(xiàn)。累計(jì)超聲總時(shí)間為30min（即5min×6次）

5、超聲結(jié)束后，將分散液離心沉降，去除未分散開的團(tuán)聚粒子。離心速率為2000r/min，離心時(shí)間為30min。 經(jīng)過離心，分散液可以穩(wěn)定放置半年以上

6、離心結(jié)束后，將上層液體過300目濾布，得到最終的碳納米管分散液。烘干下層沉淀至恒重，記為G2。對(duì)沉淀進(jìn)行熱重分析，定義450℃時(shí)的熱失重率f（%）為沉淀中分散劑含量

7、分散液中碳納米管的實(shí)際含量（%）=2.00-（1-f）× G2

研磨分散設(shè)備使用建議

1. 制備1-2升碳納米管水分散液，可以選用實(shí)驗(yàn)室分散砂磨機(jī)，砂磨介質(zhì)可以選用1.0-1.2mm的硅酸鋯珠或氧化鋯珠

2.制備10-20升碳納米管分散液，可以選用小型的籃式砂磨機(jī)。砂磨介質(zhì)選用設(shè)備允許的直徑較小的硅酸鋯珠或氧化鋯珠

3.水介質(zhì)砂磨過程中，需要添加消泡劑來減少泡沫對(duì)分散效果的影響

4.對(duì)中等粘度的分散介質(zhì)，如液態(tài)環(huán)氧樹脂，砂磨機(jī)不能帶動(dòng)介質(zhì)有效運(yùn)動(dòng)，可以選擇錐形磨或三輥機(jī)來研磨分散

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研磨分散機(jī)  碳納米管分散機(jī)  

碳納米管研磨分散機(jī)一、碳納米管分散技術(shù)三要素

二、分散劑用量推薦

三、碳納米管水分散劑（TNWDIS）概述

四、超聲波分散設(shè)備使用建議及分散實(shí)例

五、研磨分散設(shè)備使用建議

碳納米管分散技術(shù)三要素：分散介質(zhì)、分散劑和分散設(shè)備

1、分散介質(zhì)

（1）根據(jù)粘度不同，分散介質(zhì)分為高粘度、中粘度和低粘度三種。在低粘度介質(zhì)中，如水和有機(jī)溶劑，碳納米管易于分散。中粘度介質(zhì)如液態(tài)環(huán)氧樹脂、液態(tài)硅橡膠等，高粘度介質(zhì)如熔融態(tài)的塑料。

（2）此處介紹的碳納米管分散技術(shù)，針對(duì)中、低粘度分散介質(zhì)。

2、分散劑

（1）分散劑的選擇，與分散介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、極性、溶度參數(shù)等密切相關(guān)。

（2）分散劑的用量，與碳納米管比表面積和共價(jià)鍵修飾的功能基團(tuán)有關(guān)。

（3）水性介質(zhì)中，推薦使用TNWDIS。強(qiáng)極性有機(jī)溶劑中，如醇、DMF、NMP， 推薦使用TNADIS。中等極性有機(jī)溶劑如酯類、液態(tài)環(huán)氧樹脂、液態(tài)硅橡膠，推薦使用TNEDIS 。

3、分散設(shè)備

（1）超聲波分散設(shè)備：非常適合實(shí)驗(yàn)室規(guī)模、低粘度介質(zhì)分散碳納米管，用于中、高粘度介質(zhì)時(shí)會(huì)受到限制。

（2）研磨分散設(shè)備：適合大規(guī)模地分散碳納米管、中粘度介質(zhì)分散碳納米管。

（3）采用“先研磨分散、后超聲波分散”組合方法，可以高效、穩(wěn)定地分散碳納米管

分散劑用量推薦。

1、碳納米管比表面積與分散劑用量

我們?cè)噭┘?jí)碳納米管分為單壁管（外徑<2nm）和多壁管。多壁管根據(jù)外徑不同，分為TNM1（外徑50nm）。隨著外徑的增加，碳納米管的比表面積減小

TNWDIS推薦用量：單壁管重量的3.5倍， TNM1 重量的1.0倍， TNM8 重量的0.2倍。其余用量參考調(diào)整

2、碳納米管功能化與分散劑用量

功能化后的碳納米管，更容易在水中分散。 通常，碳納米管羧基功能化后，分散劑的用量可以減少50%

TNWDIS推薦用量：羧基化單壁管重量的1.5-1.8倍， 羧基化TNM1 重量的0.5倍， 羧基化TNM8 重量的0.1倍

3、對(duì)于TNADIS， TNM8 的推薦用量是重量的0.2倍。對(duì)于TNEDIS, TNM8 的推薦用量是重量的0.8倍

其余碳納米管分散劑用量可以參照調(diào)整

碳納米管水分散劑（TNWDIS）概述

1、不含烷基酚聚氧乙烯醚 （APEO）的非離子表面活性劑，生態(tài)環(huán)保。歐洲國家自1976年起陸續(xù)制定了法規(guī)限制生產(chǎn)和使用APEO

2、含有芳香基團(tuán)，特別適合制備碳納米管水分散液。芳香基團(tuán)與碳納米管管壁親和性好，易于吸附在管壁

3、性能指標(biāo)

活性物質(zhì)含量：90%

水 分 含 量：10%

濁 點(diǎn)：68-70℃

碳納米管水分散劑（TNWDIS）結(jié)構(gòu)

磨分散設(shè)備使用建議

1. 制備1-2升碳納米管水分散液，可以選用實(shí)驗(yàn)室研磨分散機(jī)，2.制備10-20升碳納米管分散液，可以選用小型的研磨分散那

4.對(duì)中等粘度的分散介質(zhì)，如液態(tài)環(huán)氧樹脂，砂磨機(jī)不能帶動(dòng)介質(zhì)有效運(yùn)動(dòng)，可以選擇錐形磨或研磨分散機(jī)

碳納米管研磨分散機(jī) 研磨分散機(jī)工作原理：研磨分散機(jī)是由電動(dòng)機(jī)通過皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)齒（或稱為轉(zhuǎn)子）與相配的定齒（或稱為定子）作相對(duì)的高速旋轉(zhuǎn)，被加工物料通過本身的重量或外部壓力（可由泵產(chǎn)生）加壓產(chǎn)生向下的螺旋沖擊力，透過膠體磨定、轉(zhuǎn)齒之間的間隙（間隙可調(diào)）時(shí)受到強(qiáng)大的剪切力、摩擦力、高頻振動(dòng)等物理作用，使物料被有效地乳化、分散和粉碎，達(dá)到物料超細(xì)粉碎及乳化的效果。

研磨分散機(jī)的細(xì)化作用一般來說要強(qiáng)于均質(zhì)機(jī)，但它對(duì)物料的適應(yīng)能力較強(qiáng)（如高粘度、大顆粒），所以在很多場合下，它用于均質(zhì)機(jī)的前道或者用于高粘度的場合。 

碳納米管研磨分散機(jī)研磨式分散機(jī)是由膠體磨,分散機(jī)組合而成的高科技產(chǎn)品。

碳納米管研磨分散機(jī)第一級(jí)由具有精細(xì)度遞升的三級(jí)鋸齒突起和凹槽。定子可以無限制的被調(diào)整到所需要的與轉(zhuǎn)子之間的距離。在增強(qiáng)的流體湍流下，凹槽在每級(jí)都可以改變方向。

碳納米管研磨分散機(jī)第二級(jí)由轉(zhuǎn)定子組成。分散頭的設(shè)計(jì)也很好地滿足不同粘度的物質(zhì)以及顆粒粒徑的需要。在線式的定子和轉(zhuǎn)子（乳化頭）和批次式機(jī)器的工作頭設(shè)計(jì)的不同主要是因?yàn)樵趯?duì)輸送性的要求方面，特別要引起注意的是：在粗精度、中等精度、細(xì)精度和其他一些工作頭類型之間的區(qū)別不光是指定轉(zhuǎn)子齒的排列，還有一個(gè)很重要的區(qū)別是不同工作頭的幾何學(xué)特征不一樣。狹槽數(shù)、狹槽寬度以及其他幾何學(xué)特征都能改變定子和轉(zhuǎn)子工作頭的不同功能。根據(jù)以往的慣例，依據(jù)以前的經(jīng)驗(yàn)指定工作頭來滿足一個(gè)具體的應(yīng)用。在大多數(shù)情況下，機(jī)器的構(gòu)造是和具體應(yīng)用相匹配的，因而它對(duì)制造出最終產(chǎn)品是很重要。當(dāng)不確定一種工作頭的構(gòu)造是否滿足預(yù)期的應(yīng)用。

碳納米管研磨分散機(jī)CMD2000系列的線速度很高，剪切間隙非常小，這樣當(dāng)物料經(jīng)過的時(shí)候，形成的摩擦力就比較劇烈，結(jié)果就是通常所說的濕磨。定轉(zhuǎn)子被制成圓椎形，具有精細(xì)度遞升的三級(jí)鋸齒突起和凹槽。定子可以無限制的被調(diào)整到所需要的與轉(zhuǎn)子之間的距離。在增強(qiáng)的流體湍流下，凹槽在每級(jí)都可以改變方向。高質(zhì)量的表面拋光和結(jié)構(gòu)材料，可以滿足不同行業(yè)的多種要求。

碳納米管研磨分散機(jī)  上海依肯機(jī)械設(shè)備有限公司   曹小勇

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石墨烯作為當(dāng)今世界最為熱門的新材料之一，在信息技術(shù)、新能源、功能復(fù)合材料乃至生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景極為廣闊。 石墨烯在新能源應(yīng)用中，主要作為超級(jí)電容的介質(zhì)，代替現(xiàn)有活性炭材料，作為鋰離子電池的負(fù)極材料，可以有效減少電池充電時(shí)間提高能量密度.

石墨烯研磨分散機(jī)  由電動(dòng)機(jī)通過皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)齒（或稱為轉(zhuǎn)子）與相配的定齒（或稱為定子）作相對(duì)的高速旋轉(zhuǎn)，被加工物料通過本身的重量或外部壓力（可由泵產(chǎn)生）加壓產(chǎn)生向下的螺旋沖擊力，透過膠體磨定、轉(zhuǎn)齒之間的間隙（間隙可調(diào)）時(shí)受到強(qiáng)大的剪切力、摩擦力、高頻振動(dòng)等物理作用，使物料被有效地乳化、分散和粉碎，達(dá)到物料超細(xì)粉碎及乳化的效果。

石墨烯研磨分散機(jī)的細(xì)化作用一般來說要強(qiáng)于均質(zhì)機(jī)，但它對(duì)物料的適應(yīng)能力較強(qiáng)（如高粘度、大顆粒），所以在很多場合下，它用于均質(zhì)機(jī)的前道或者用于高粘度的場合。 

石墨烯研磨分散機(jī)研磨式分散機(jī)是由膠體磨,分散機(jī)組合而成的高科技產(chǎn)品。

石墨烯研磨分散機(jī)第一級(jí)由具有精細(xì)度遞升的三級(jí)鋸齒突起和凹槽。定子可以無限制的被調(diào)整到所需要的與轉(zhuǎn)子之間的距離。在增強(qiáng)的流體湍流下，凹槽在每級(jí)都可以改變方向。

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