碳納米管分散劑介紹和使用建議

一、碳納米管分散技術三要素

二、分散劑用量推薦

三、碳納米管水分散劑（TNWDIS）概述

四、超聲波分散設備使用建議及分散實例

五、研磨分散設備使用建議

碳納米管分散技術三要素：分散介質、分散劑和分散設備

1、分散介質

（1）根據粘度不同，分散介質分為高粘度、中粘度和低粘度三種。在低粘度介質中，如水和有機溶劑，碳納米管易于分散。中粘度介質如液態環氧樹脂、液態硅橡膠等，高粘度介質如熔融態的塑料。

（2）此處介紹的碳納米管分散技術，針對中、低粘度分散介質。

2、分散劑

（1）分散劑的選擇，與分散介質的結構、極性、溶度參數等密切相關。

（2）分散劑的用量，與碳納米管比表面積和共價鍵修飾的功能基團有關。

（3）水性介質中，推薦使用TNWDIS。強極性有機溶劑中，如醇、DMF、NMP， 推薦使用TNADIS。中等極性有機溶劑如酯類、液態環氧樹脂、液態硅橡膠，推薦使用TNEDIS 。

3、分散設備

（1）超聲波分散設備：非常適合實驗室規模、低粘度介質分散碳納米管，用于中、高粘度介質時會受到限制。

（2）研磨分散設備：適合大規模地分散碳納米管、中粘度介質分散碳納米管。

（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

我們試劑級碳納米管分為單壁管（外徑<2nm）和多壁管。多壁管根據外徑不同，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、對于TNADIS， TNM8 的推薦用量是重量的0.2倍。對于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，生態環保。歐洲國家自1976年起陸續制定了法規限制生產和使用APEO

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

3、性能指標

活性物質含量：90%

水 分 含 量：10%

濁 點：68-70℃

碳納米管水分散劑（TNWDIS）結構

文獻報道分散CNTs常用的三種表面活性劑

超聲波分散設備使用建議

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

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

3、在水介質中，超聲波的空化作用會使TNWDIS產生少量泡沫，泡沫會影響超聲效果，可以選擇靜置或加入消泡劑，消除泡沫

粘度高的介質不適合選擇超聲波設備分散 ，建議選擇研磨分散設備

超聲波粉碎機制備分散液實例

1、目標：制備100g多壁碳納米管TNM8 水分散液 ，碳納米管含量 2%

2、主要設備

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

（2）SC-3614型低速離心機 (國產 )

（3）HCT-1微機差熱天平（國產）

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，分散液會發熱、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。分散好的碳納米管，猶如一滴墨水落入水中，在水中迅速均勻擴散開，而未分散好的碳納米管，在水中會有黑色顆粒出現。累計超聲總時間為30min（即5min×6次）

5、超聲結束后，將分散液離心沉降，去除未分散開的團聚粒子。離心速率為2000r/min，離心時間為30min。 經過離心，分散液可以穩定放置半年以上

6、離心結束后，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。對沉淀進行熱重分析，定義450℃時的熱失重率f（%）為沉淀中分散劑含量

7、分散液中碳納米管的實際含量（%）=2.00-（1-f）× G2

研磨分散設備使用建議

1. 制備1-2升碳納米管水分散液，可以選用實驗室分散砂磨機，砂磨介質可以選用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。砂磨介質選用設備允許的直徑較小的硅酸鋯珠或氧化鋯珠

3.水介質砂磨過程中，需要添加消泡劑來減少泡沫對分散效果的影響

4.對中等粘度的分散介質，如液態環氧樹脂，砂磨機不能帶動介質有效運動，可以選擇錐形磨或三輥機來研磨分散

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碳納米管研磨分散機一、碳納米管分散技術三要素

二、分散劑用量推薦

三、碳納米管水分散劑（TNWDIS）概述

四、超聲波分散設備使用建議及分散實例

五、研磨分散設備使用建議

碳納米管分散技術三要素：分散介質、分散劑和分散設備

1、分散介質

（1）根據粘度不同，分散介質分為高粘度、中粘度和低粘度三種。在低粘度介質中，如水和有機溶劑，碳納米管易于分散。中粘度介質如液態環氧樹脂、液態硅橡膠等，高粘度介質如熔融態的塑料。

（2）此處介紹的碳納米管分散技術，針對中、低粘度分散介質。

2、分散劑

（1）分散劑的選擇，與分散介質的結構、極性、溶度參數等密切相關。

（2）分散劑的用量，與碳納米管比表面積和共價鍵修飾的功能基團有關。

（3）水性介質中，推薦使用TNWDIS。強極性有機溶劑中，如醇、DMF、NMP， 推薦使用TNADIS。中等極性有機溶劑如酯類、液態環氧樹脂、液態硅橡膠，推薦使用TNEDIS 。

3、分散設備

（1）超聲波分散設備：非常適合實驗室規模、低粘度介質分散碳納米管，用于中、高粘度介質時會受到限制。

（2）研磨分散設備：適合大規模地分散碳納米管、中粘度介質分散碳納米管。

（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

我們試劑級碳納米管分為單壁管（外徑<2nm）和多壁管。多壁管根據外徑不同，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、對于TNADIS， TNM8 的推薦用量是重量的0.2倍。對于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，生態環保。歐洲國家自1976年起陸續制定了法規限制生產和使用APEO

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

3、性能指標

活性物質含量：90%

水 分 含 量：10%

濁 點：68-70℃

碳納米管水分散劑（TNWDIS）結構

磨分散設備使用建議

1. 制備1-2升碳納米管水分散液，可以選用實驗室研磨分散機，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.對中等粘度的分散介質，如液態環氧樹脂，砂磨機不能帶動介質有效運動，可以選擇錐形磨或研磨分散機

碳納米管研磨分散機 研磨分散機工作原理：研磨分散機是由電動機通過皮帶傳動帶動轉齒（或稱為轉子）與相配的定齒（或稱為定子）作相對的高速旋轉，被加工物料通過本身的重量或外部壓力（可由泵產生）加壓產生向下的螺旋沖擊力，透過膠體磨定、轉齒之間的間隙（間隙可調）時受到強大的剪切力、摩擦力、高頻振動等物理作用，使物料被有效地乳化、分散和粉碎，達到物料超細粉碎及乳化的效果。

研磨分散機的細化作用一般來說要強于均質機，但它對物料的適應能力較強（如高粘度、大顆粒），所以在很多場合下，它用于均質機的前道或者用于高粘度的場合。 

碳納米管研磨分散機研磨式分散機是由膠體磨,分散機組合而成的高科技產品。

碳納米管研磨分散機第一級由具有精細度遞升的三級鋸齒突起和凹槽。定子可以無限制的被調整到所需要的與轉子之間的距離。在增強的流體湍流下，凹槽在每級都可以改變方向。

碳納米管研磨分散機第二級由轉定子組成。分散頭的設計也很好地滿足不同粘度的物質以及顆粒粒徑的需要。在線式的定子和轉子（乳化頭）和批次式機器的工作頭設計的不同主要是因為在對輸送性的要求方面，特別要引起注意的是：在粗精度、中等精度、細精度和其他一些工作頭類型之間的區別不光是指定轉子齒的排列，還有一個很重要的區別是不同工作頭的幾何學特征不一樣。狹槽數、狹槽寬度以及其他幾何學特征都能改變定子和轉子工作頭的不同功能。根據以往的慣例，依據以前的經驗指定工作頭來滿足一個具體的應用。在大多數情況下，機器的構造是和具體應用相匹配的，因而它對制造出最終產品是很重要。當不確定一種工作頭的構造是否滿足預期的應用。

碳納米管研磨分散機CMD2000系列的線速度很高，剪切間隙非常小，這樣當物料經過的時候，形成的摩擦力就比較劇烈，結果就是通常所說的濕磨。定轉子被制成圓椎形，具有精細度遞升的三級鋸齒突起和凹槽。定子可以無限制的被調整到所需要的與轉子之間的距離。在增強的流體湍流下，凹槽在每級都可以改變方向。高質量的表面拋光和結構材料，可以滿足不同行業的多種要求。

碳納米管研磨分散機  上海依肯機械設備有限公司   曹小勇

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石墨烯作為當今世界最為熱門的新材料之一，在信息技術、新能源、功能復合材料乃至生物醫學等領域的應用前景極為廣闊。 石墨烯在新能源應用中，主要作為超級電容的介質，代替現有活性炭材料，作為鋰離子電池的負極材料，可以有效減少電池充電時間提高能量密度.

石墨烯研磨分散機  由電動機通過皮帶傳動帶動轉齒（或稱為轉子）與相配的定齒（或稱為定子）作相對的高速旋轉，被加工物料通過本身的重量或外部壓力（可由泵產生）加壓產生向下的螺旋沖擊力，透過膠體磨定、轉齒之間的間隙（間隙可調）時受到強大的剪切力、摩擦力、高頻振動等物理作用，使物料被有效地乳化、分散和粉碎，達到物料超細粉碎及乳化的效果。

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

石墨烯研磨分散機研磨式分散機是由膠體磨,分散機組合而成的高科技產品。

石墨烯研磨分散機第一級由具有精細度遞升的三級鋸齒突起和凹槽。定子可以無限制的被調整到所需要的與轉子之間的距離。在增強的流體湍流下，凹槽在每級都可以改變方向。

石墨烯研磨分散  如需要跟多的信息,請聯系上海依肯機械  曹小勇13816150178