碳纳米管分散剂介绍和使用建议

碳纳米管分散剂介绍和使用建议

一、碳纳米管分散技术三要素

二、分散剂用量推荐

三、碳纳米管水分散剂（TNWDIS）概述

四、超声波分散设备使用建议及分散实例

五、研磨分散设备使用建议

碳纳米管分散技术三要素：分散介质、分散剂和分散设备

1、分散介质

（1）根据粘度不同，分散介质分为高粘度、中粘度和低粘度三种。在低粘度介质中，如水和有机溶剂，碳纳米管易于分散。中粘度介质如液态环氧树脂、液态硅橡胶等，高粘度介质如熔融态的塑料。

（2）此处介绍的碳纳米管分散技术，针对中、低粘度分散介质。

2、分散剂

（1）分散剂的选择，与分散介质的结构、极性、溶度参数等密切相关。

（2）分散剂的用量，与碳纳米管比表面积和共价键修饰的功能基团有关。

（3）水性介质中，推荐使用TNWDIS。强极性有机溶剂中，如醇、DMF、NMP， 推荐使用TNADIS。中等极性有机溶剂如酯类、液态环氧树脂、液态硅橡胶，推荐使用TNEDIS 。

3、分散设备

（1）超声波分散设备：非常适合实验室规模、低粘度介质分散碳纳米管，用于中、高粘度介质时会受到限制。

（2）研磨分散设备：适合大规模地分散碳纳米管、中粘度介质分散碳纳米管。

（3）采用“先研磨分散、后超声波分散”组合方法，可以高效、稳定地分散碳纳米管

分散剂用量推荐。

1、碳纳米管比表面积与分散剂用量

我们试剂级碳纳米管分为单壁管（外径<2nm）和多壁管。多壁管根据外径不同，分为TNM1（外径50nm）。随着外径的增加，碳纳米管的比表面积减小

TNWDIS推荐用量：单壁管重量的3.5倍， TNM1 重量的1.0倍， TNM8 重量的0.2倍。其余用量参考调整

2、碳纳米管功能化与分散剂用量

功能化后的碳纳米管，更容易在水中分散。 通常，碳纳米管羧基功能化后，分散剂的用量可以减少50%

TNWDIS推荐用量：羧基化单壁管重量的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、对于TNADIS， TNM8 的推荐用量是重量的0.2倍。对于TNEDIS, TNM8 的推荐用量是重量的0.8倍

其余碳纳米管分散剂用量可以参照调整

碳纳米管水分散剂（TNWDIS）概述

1、不含烷基酚聚氧乙烯醚 （APEO）的非离子表面活性剂，生态环保。欧洲国家自1976年起陆续制定了法规限制生产和使用APEO

2、含有芳香基团，特别适合制备碳纳米管水分散液。芳香基团与碳纳米管管壁亲和性好，易于吸附在管壁

3、性能指标

活性物质含量：90%

水 分 含 量：10%

浊 点：68-70℃

碳纳米管水分散剂（TNWDIS）结构

文献报道分散CNTs常用的三种表面活性剂

超声波分散设备使用建议

1、超声波粉碎机（tip型）和超声波清洗机（bath型）都可以用于碳纳米管分散

2、超声波粉碎机发出的超声波能量密度高（能量集中于变幅杆上而不是一个平面上）、频率低，更适合碳纳米管的分散。根据碳纳米管分散液的量，选择合适的超声波粉碎机功率和变幅杆直径

3、在水介质中，超声波的空化作用会使TNWDIS产生少量泡沫，泡沫会影响超声效果，可以选择静置或加入消泡剂，消除泡沫

粘度高的介质不适合选择超声波设备分散 ，建议选择研磨分散设备

超声波粉碎机制备分散液实例

1、目标：制备100g多壁碳纳米管TNM8 水分散液 ，碳纳米管含量 2%

2、主要设备

（1）Scientz-ⅡD型超声波细胞粉碎机(国产) 。所用超声变幅杆为Φ6，输出功率选择为60%，超声开时间为3s，超声关时间也为3s，超声总时间设置为5min

（2）SC-3614型低速离心机 (国产 )

（3）HCT-1微机差热天平（国产）

操作步骤（1）

1、将0.40g分散剂TNWDIS 溶解于97.60g去离子水中。室温下TNWDIS 溶解度小，可用水浴加热辅助其溶解，但使用温度不可超过其浊点温度

2、加入2.00g碳纳米管，搅拌，使碳纳米管被分散剂水溶液完全润湿，而不是漂浮在水面上

3、开始超声。超声过程中，分散液会发热、起泡，因此建议超声5min后，可将分散液取出静置于冰水中冷却、消泡，再继续超声

4、分散程度观察。用玻璃棒沾取少量分散液滴加至清水中，观察稀释状态。分散好的碳纳米管，犹如一滴墨水落入水中，在水中迅速均匀扩散开，而未分散好的碳纳米管，在水中会有黑色颗粒出现。累计超声总时间为30min（即5min×6次）

5、超声结束后，将分散液离心沉降，去除未分散开的团聚粒子。离心速率为2000r/min，离心时间为30min。 经过离心，分散液可以稳定放置半年以上

6、离心结束后，将上层液体过300目滤布，得到最终的碳纳米管分散液。烘干下层沉淀至恒重，记为G2。对沉淀进行热重分析，定义450℃时的热失重率f（%）为沉淀中分散剂含量

7、分散液中碳纳米管的实际含量（%）=2.00-（1-f）× G2

研磨分散设备使用建议

1. 制备1-2升碳纳米管水分散液，可以选用实验室分散砂磨机，砂磨介质可以选用1.0-1.2mm的硅酸锆珠或氧化锆珠

2.制备10-20升碳纳米管分散液，可以选用小型的篮式砂磨机。砂磨介质选用设备允许的直径较小的硅酸锆珠或氧化锆珠

3.水介质砂磨过程中，需要添加消泡剂来减少泡沫对分散效果的影响

4.对中等粘度的分散介质，如液态环氧树脂，砂磨机不能带动介质有效运动，可以选择锥形磨或三辊机来研磨分散

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碳纳米管研磨分散机一、碳纳米管分散技术三要素

二、分散剂用量推荐

三、碳纳米管水分散剂（TNWDIS）概述

四、超声波分散设备使用建议及分散实例

五、研磨分散设备使用建议

碳纳米管分散技术三要素：分散介质、分散剂和分散设备

1、分散介质

（1）根据粘度不同，分散介质分为高粘度、中粘度和低粘度三种。在低粘度介质中，如水和有机溶剂，碳纳米管易于分散。中粘度介质如液态环氧树脂、液态硅橡胶等，高粘度介质如熔融态的塑料。

（2）此处介绍的碳纳米管分散技术，针对中、低粘度分散介质。

2、分散剂

（1）分散剂的选择，与分散介质的结构、极性、溶度参数等密切相关。

（2）分散剂的用量，与碳纳米管比表面积和共价键修饰的功能基团有关。

（3）水性介质中，推荐使用TNWDIS。强极性有机溶剂中，如醇、DMF、NMP， 推荐使用TNADIS。中等极性有机溶剂如酯类、液态环氧树脂、液态硅橡胶，推荐使用TNEDIS 。

3、分散设备

（1）超声波分散设备：非常适合实验室规模、低粘度介质分散碳纳米管，用于中、高粘度介质时会受到限制。

（2）研磨分散设备：适合大规模地分散碳纳米管、中粘度介质分散碳纳米管。

（3）采用“先研磨分散、后超声波分散”组合方法，可以高效、稳定地分散碳纳米管

分散剂用量推荐。

1、碳纳米管比表面积与分散剂用量

我们试剂级碳纳米管分为单壁管（外径<2nm）和多壁管。多壁管根据外径不同，分为TNM1（外径50nm）。随着外径的增加，碳纳米管的比表面积减小

TNWDIS推荐用量：单壁管重量的3.5倍， TNM1 重量的1.0倍， TNM8 重量的0.2倍。其余用量参考调整

2、碳纳米管功能化与分散剂用量

功能化后的碳纳米管，更容易在水中分散。 通常，碳纳米管羧基功能化后，分散剂的用量可以减少50%

TNWDIS推荐用量：羧基化单壁管重量的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、对于TNADIS， TNM8 的推荐用量是重量的0.2倍。对于TNEDIS, TNM8 的推荐用量是重量的0.8倍

其余碳纳米管分散剂用量可以参照调整

碳纳米管水分散剂（TNWDIS）概述

1、不含烷基酚聚氧乙烯醚 （APEO）的非离子表面活性剂，生态环保。欧洲国家自1976年起陆续制定了法规限制生产和使用APEO

2、含有芳香基团，特别适合制备碳纳米管水分散液。芳香基团与碳纳米管管壁亲和性好，易于吸附在管壁

3、性能指标

活性物质含量：90%

水 分 含 量：10%

浊 点：68-70℃

碳纳米管水分散剂（TNWDIS）结构

磨分散设备使用建议

1. 制备1-2升碳纳米管水分散液，可以选用实验室研磨分散机，2.制备10-20升碳纳米管分散液，可以选用小型的研磨分散那

4.对中等粘度的分散介质，如液态环氧树脂，砂磨机不能带动介质有效运动，可以选择锥形磨或研磨分散机

碳纳米管研磨分散机 研磨分散机工作原理：研磨分散机是由电动机通过皮带传动带动转齿（或称为转子）与相配的定齿（或称为定子）作相对的高速旋转，被加工物料通过本身的重量或外部压力（可由泵产生）加压产生向下的螺旋冲击力，透过胶体磨定、转齿之间的间隙（间隙可调）时受到强大的剪切力、摩擦力、高频振动等物理作用，使物料被有效地乳化、分散和粉碎，达到物料超细粉碎及乳化的效果。

研磨分散机的细化作用一般来说要强于均质机，但它对物料的适应能力较强（如高粘度、大颗粒），所以在很多场合下，它用于均质机的前道或者用于高粘度的场合。 

碳纳米管研磨分散机研磨式分散机是由胶体磨,分散机组合而成的高科技产品。

碳纳米管研磨分散机第一级由具有精细度递升的三级锯齿突起和凹槽。定子可以无限制的被调整到所需要的与转子之间的距离。在增强的流体湍流下，凹槽在每级都可以改变方向。

碳纳米管研磨分散机第二级由转定子组成。分散头的设计也很好地满足不同粘度的物质以及颗粒粒径的需要。在线式的定子和转子（乳化头）和批次式机器的工作头设计的不同主要是因为在对输送性的要求方面，特别要引起注意的是：在粗精度、中等精度、细精度和其他一些工作头类型之间的区别不光是指定转子齿的排列，还有一个很重要的区别是不同工作头的几何学特征不一样。狭槽数、狭槽宽度以及其他几何学特征都能改变定子和转子工作头的不同功能。根据以往的惯例，依据以前的经验指定工作头来满足一个具体的应用。在大多数情况下，机器的构造是和具体应用相匹配的，因而它对制造出最终产品是很重要。当不确定一种工作头的构造是否满足预期的应用。

碳纳米管研磨分散机CMD2000系列的线速度很高，剪切间隙非常小，这样当物料经过的时候，形成的摩擦力就比较剧烈，结果就是通常所说的湿磨。定转子被制成圆椎形，具有精细度递升的三级锯齿突起和凹槽。定子可以无限制的被调整到所需要的与转子之间的距离。在增强的流体湍流下，凹槽在每级都可以改变方向。高质量的表面抛光和结构材料，可以满足不同行业的多种要求。

碳纳米管研磨分散机  上海依肯机械设备有限公司   曹小勇

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石墨烯作为当今世界最为热门的新材料之一，在信息技术、新能源、功能复合材料乃至生物医学等领域的应用前景极为广阔。 石墨烯在新能源应用中，主要作为超级电容的介质，代替现有活性炭材料，作为锂离子电池的负极材料，可以有效减少电池充电时间提高能量密度.

石墨烯研磨分散机  由电动机通过皮带传动带动转齿（或称为转子）与相配的定齿（或称为定子）作相对的高速旋转，被加工物料通过本身的重量或外部压力（可由泵产生）加压产生向下的螺旋冲击力，透过胶体磨定、转齿之间的间隙（间隙可调）时受到强大的剪切力、摩擦力、高频振动等物理作用，使物料被有效地乳化、分散和粉碎，达到物料超细粉碎及乳化的效果。

石墨烯研磨分散机的细化作用一般来说要强于均质机，但它对物料的适应能力较强（如高粘度、大颗粒），所以在很多场合下，它用于均质机的前道或者用于高粘度的场合。 

石墨烯研磨分散机研磨式分散机是由胶体磨,分散机组合而成的高科技产品。

石墨烯研磨分散机第一级由具有精细度递升的三级锯齿突起和凹槽。定子可以无限制的被调整到所需要的与转子之间的距离。在增强的流体湍流下，凹槽在每级都可以改变方向。

石墨烯研磨分散  如需要跟多的信息,请联系上海依肯机械  曹小勇13816150178