本發(fā)明涉及分散劑制備，具體涉及一種超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、石墨烯是一種由碳原子組成的單層二維晶格材料，擁有極高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和機械強度，因此石墨烯在生物醫(yī)學(xué)、能源存儲、新型傳感器等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。但是石墨烯的表面較為光滑且具有較大的比表面積，因此難以與水分子或有機溶劑之間形成相互作用，并且石墨烯為蜂窩狀結(jié)構(gòu)，大量環(huán)狀結(jié)構(gòu)之間存在π-π共軛的相互作用，因此其在水或有機溶劑中均較難分散，這些缺陷極大的限制了石墨烯的應(yīng)用場景。

2、超支化分散劑是一類能將使石墨烯分散在水、油體系中的常用助劑。從結(jié)構(gòu)上說，超支化分散劑是由多支化的中心原子和支鏈上具有多出錨點組成的一類高分子材料，使其可以對石墨烯錨定促進(jìn)石墨烯的分散。

3、專利cn108948851b提供了一種超支化分散劑及其制備方法，以1,3,5-三羥基環(huán)己烷為中心原子，制備分子量大的超支化分散劑，所用的中心原子具有結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)工藝簡單、純度高、成本低的優(yōu)勢，該超支化分散劑對顏料的潤濕性和分散性好并且與各類樹脂的相容性好，但是需要在合成超支化分散劑前先合成催化劑前驅(qū)體和1,3,5-三羥基環(huán)己烷，制備工藝較復(fù)雜，難以工業(yè)化生產(chǎn)。

4、專利cn101475687b提供了一種特定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的雙親性超支化聚合物，由伯胺rnh2及其衍生物與多丙烯酸酯功能性單體縮合聚合得到含聚(酯-胺)結(jié)構(gòu)的超支化聚合物，可以應(yīng)用于新型高分子表面活性劑、顏料潤濕分散劑、有機物和無機物的溶解分散劑等領(lǐng)域，但是該分散劑和石墨烯之間只存在共價鍵的作用力，相互作用力較小，對石墨烯分散效果較差。

5、因此市場上亟需開發(fā)一種可以使石墨烯穩(wěn)定的分散在水性和油性體系中并且生產(chǎn)工藝簡單的超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種可以使石墨烯穩(wěn)定的分散在水性和油性體系中并且生產(chǎn)工藝簡單的超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明第一方面提供了一種超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑，所述超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑的結(jié)構(gòu)式如下：

4、

5、其中，r為*為連接位點。

6、本技術(shù)開發(fā)出一種超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑，其含有親水的氨基基團、羥基基團和醚鍵基團，疏水的酯基基團和叔丁基基團，賦予超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑雙親特性，并且，該超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑含有多個苯環(huán)基團，相較于常規(guī)分散劑而言，多個苯環(huán)可以與石墨烯產(chǎn)生極強的π-π作用力，多個酯基基團可以與石墨烯產(chǎn)生極強共價鍵作用力，可以進(jìn)一步增強分散劑對石墨烯的吸附性。

7、本發(fā)明第二方面提供了一種超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑的制備方法，包含以下步驟：

8、a1、將多官能團丙烯酸酯、2,3,4,6-四-o-叔戊酰基-beta-d-吡喃半乳糖胺、催化劑和無水乙醇加入到反應(yīng)容器中，55-65℃反應(yīng)30-60min，洗滌、過濾、干燥后得到預(yù)聚物；

9、a2、將步驟a1得到的預(yù)聚物、氧化白藜蘆醇、偶氮二異丁腈加入甲醇中，升溫至60-80℃反應(yīng)2-4h，洗滌、過濾、干燥后得到超支化結(jié)構(gòu)分散劑；

10、a3、將步驟a2中得到的超支化結(jié)構(gòu)分散劑加入單螺桿擠出機中擠出，擠出溫度為170-180℃，隨后放入熱壓機模具內(nèi)熱壓6-8min，得到超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑。

11、在一些實施方式中，所述熱壓的溫度為110-120℃，壓力為16-18mpa。

12、本技術(shù)先將多官能團丙烯酸酯與2,3,4,6-四-o-叔戊?；?beta-d-吡喃半乳糖胺進(jìn)行邁克爾加成再通過雙鍵聚合與氧化白藜蘆醇反應(yīng)得到超支化結(jié)構(gòu)分散劑，最后將超支化結(jié)構(gòu)分散劑熱壓成納米級，使超支化結(jié)構(gòu)分散劑易溶于水性或油性體系型體系，提升對石墨烯的吸附性。

13、在一些實施方式中，所述多官能團丙烯酸酯為三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯中的一種或幾種。

14、優(yōu)選地，所述多官能團丙烯酸酯為季戊四醇三丙烯酸酯。

15、在一些實施方式中，所述催化劑為乙醇鈉、氫化鈉、氨基鈉中的一種或幾種。

16、優(yōu)選地，所述催化劑為乙醇鈉。

17、在一些實施方式中，所述超支化結(jié)構(gòu)分散劑的數(shù)均分子量為30000-50000。

18、本技術(shù)通過限定超支化結(jié)構(gòu)分散劑的數(shù)均分子量可以在提供豐富的支鏈結(jié)構(gòu)的同時使分散性在溶劑中的溶解度較高，有利于提升超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑的分散性能。

19、在一些實施方式中，步驟a1中所述多官能團丙烯酸酯和2,3,4,6-四-o-叔戊?；?beta-d-吡喃半乳糖胺的質(zhì)量比為1:(1.3-1.7)。

20、本技術(shù)通過選擇特定配比的多官能團丙烯酸酯和2,3,4,6-四-o-叔戊酰基-beta-d-吡喃半乳糖胺可以保證超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑在水性和油性體系中的分散性，這可能是因為醚鍵的親水性、酯基與石墨烯的相互作用力和叔丁基的疏水性可以在該配比下達(dá)到親水和親油平衡使分散劑適用于各類體系中。

21、在一些實施方式中，步驟a2中所述預(yù)聚物和氧化白藜蘆醇的質(zhì)量比為1:(0.4-0.5)。

22、本技術(shù)通過選擇特定配比的預(yù)聚物和氧化白藜蘆醇可以提升超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑的分散性，這可能是因為雙鍵聚合反應(yīng)后分子鏈兩段遺留下的多個活性基團可以與石墨烯發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，促進(jìn)分散劑對石墨烯的吸附。

23、本發(fā)明第三方面提供了一種超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑的應(yīng)用，所述超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑用于制備石墨烯漿料的制備方法，包含以下步驟：將石墨烯、溶劑和超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑加入反應(yīng)容器中常溫攪拌20-30min，其中超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑的添加量為0.5-5wt％，溶劑的添加量為80-90wt％。

24、在一些實施方式中，所述溶劑為乙二醇單丁醚。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

26、1、本發(fā)明設(shè)計了一種具有雙親特性的超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑，該超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑含有多個苯環(huán)基團，相較于常規(guī)分散劑而言，多個苯環(huán)可以與石墨烯產(chǎn)生極強的π-π作用力，可以進(jìn)一步增強分散劑對石墨烯的吸附性，從而促進(jìn)石墨烯的分散，并且本技術(shù)通過限定超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑的數(shù)均分子量可以在提供豐富的支鏈結(jié)構(gòu)的同時，使分散性在油性體系中的溶解度較高，有利于提升超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑的分散性能。

27、2、本發(fā)明將多官能團丙烯酸酯與2,3,4,6-四-o-叔戊?；?beta-d-吡喃半乳糖胺反應(yīng)再與氧化白藜蘆醇反應(yīng)得到超支化結(jié)構(gòu)分散劑，最后將超支化結(jié)構(gòu)分散劑熱壓成納米級，使超支化結(jié)構(gòu)分散劑易溶于水性或油性體系，提升對石墨烯的吸附性。

28、3、本發(fā)明通過選擇特定配比的多官能團丙烯酸酯和2,3,4,6-四-o-叔戊?；?beta-d-吡喃半乳糖胺可以保證超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑在水性和油性體系中的分散性，并通過選擇特定配比的預(yù)聚物和氧化白藜蘆醇提升了超支化結(jié)構(gòu)納米分散劑的分散性。