本发明涉及一种超细粉体的分散领域，具体涉及一种碳纳米管在液体中的分散方法。
背景技术：
碳纳米管是由石墨烯层卷曲而成的纳米级中空管，是具有高长径比的一维纳米材料。碳纳米管也因其高导电率、高强度以及其独特结构被广泛应用各种导电材料和复合材料碳纳米管，但是由于碳纳米管的结构和很大的比表面，团聚现象极大的影响了碳管的性能限制了碳管的应用。碳管易于团聚原因在于，首先碳纳米管高长径比的轴向几何形状为碳管的团聚提供了大面积的接触，使得碳管易于团聚纠缠在一起；其次碳纳米管不溶于绝大部分溶剂；最后碳管石墨烯层的p电子的高极化率导致碳纳米管间强大的范德瓦尔斯吸引力，对于每微米碳管间接触范德瓦尔斯结合能高达500eV，使得疏水碳管在水中会在系统的熵剧烈增大，单壁碳纳米管相比于多壁碳纳米管团聚现象更为严重，一方面单壁碳纳米管倾向于聚集成由50-200个碳纳米管组成的碳纳米管束；另一方面单壁碳纳米管管径更小更容易彼此缠绕，因此更加难以分散。因为对碳纳米管的应用首先是要将其在液体中进行良好的分散，所以寻找合适的分散方法是很迫切的。
目前碳纳米管的分散在液体中方法有球磨，超声，表面处理等方法。如《球磨分散工艺对碳纳米管分散的影响》，材料导报，P35-38(2013年11月第27卷专辑22)，但是由于球磨的能量密度低，研磨球巨大（厘米级），单纯以冲击的方式来研磨，容易破坏碳纳米管的结构，分散效果不好。如专利《一种碳纳米管的分散方法》，专利公开号CN102500255A的方法，使用特定的分散剂，通过研磨和超声的方法获得分散液，这种方法受到使用分散溶液和分散剂的局限，不能广泛运用。专利《碳纳米管集合体分散液的制造方法，专利公开号CN103189311A》和《一种碳纳米管的物理分散方法，专利公开号CN105771762A》均使用了特定的分散剂来辅助物理分散方法，但是这两个专利由于不能充分首先分散碳纳米管，分散剂也无从插入所有的碳纳米管之间，因此其分散效果仍不能达到最理想的效果。
改善纳米管分散是本发明的目的，首先由于碳纳米管的比表面很大，表面吸附了很多气体，所以碳纳米管在液体中很难被湿润，液体很难到达碳纳米管的表面，所以是很难进行分散过程，第二个碳纳米管的长径比很长，容易互相纠缠，在液体中很难分散，所以本发明的方法是首先把碳纳米管湿润，然后通过较大的研磨珠强大的剪切和冲击力切断碳纳米管，尤其是碳纳米管的连接点，较短的管不太可能缠结并排列成聚集体。通过用较小的研磨珠较为温和的剪切，冲击等将碳纳米管分散，但不至于破坏碳纳米管的管装结构，从而制备分散良好，结构完整的碳纳米管分散液。其中在分散过程中，不使用球磨而使用介质搅拌磨，球磨的定义是筒体旋转带动内部研磨球旋转，内部没有搅拌轴强制搅拌研磨球，而介质搅拌磨的筒体不旋转，而内部有搅拌轴和相应的搅拌部件，可以强制搅拌研磨球，介质搅拌磨比球磨有更高的能量密度（单位体积的输入能量）和较小的研磨球，可以把碳纳米管进行良好的分散而对碳纳米管的破坏较小。
技术实现要素：
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种碳纳米管的分散方法。
本发明的目的可以通过如下技术方案来实现。
一种碳纳米管的分散方法，包括如下步骤：（1）预分散：将碳纳米管加入装有纯净水的搅拌罐内，真空抽气把搅拌罐内气体排除，即去除碳纳米管表面吸附的气体，形成碳纳米管预分散浆料；（2）研磨分散：将经过预分散的浆料，通过研磨分散，获得分散的碳纳米管浆料。
进一步的，步骤（1）预分散使用的搅拌罐为密闭结构，在搅拌罐的上方有抽气装置、真空泵及配套阀门、气体过滤装置，罐下部有液体进料管、出料管和泵，进料管、出料管和泵形成循环过程，碳纳米管通过进料管用泵送的方式进入搅拌罐内；碳纳米管还通过进料管用在线式高剪切设备，把碳纳米管吸入搅拌罐内部。
进一步的，步骤（2）所述研磨分散包括两级研磨分散过程，第一级分散采用研磨珠直径大小为3-5毫米的研磨设备，通过研磨珠的碰撞把碳纳米管团聚体的连接点切断；第二级分散采用研磨珠直径大小为0.6-1.2毫米的研磨设备，用3-12米每秒的低速搅拌线速度和0.6-2.0kw每公斤浆料的搅拌能量，把经过切断的碳纳米管进行分散，获得分散的碳纳米管浆料。
进一步的，第一级分散用的研磨设备为卧式的介质搅拌磨。
进一步的，第二级分散用的研磨设备为卧式或者立式的介质搅拌磨。
进一步的，研磨分散过程中还加入分散剂。如果为了长期保存经过分散的浆液，根据需要加入分散剂来稳定浆液，在另外一些领域中，如碳纳米管作为锂电池的导电添加剂的时候，选择不添加分散剂，充分发挥碳纳米管的导电性。
由于分散效果较好，碳纳米管分散液的粘度较常规方法分散的碳纳米管分散液的粘度要低，因此碳纳米管可以以较高的浓度分散在液体内。一般允许的粘度在1-5%，部分碳纳米管（不同碳纳米管厂家的产品的分散性能有所不同）的分散液的浓度可以达到10%左右。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：通过真空抽气，去除吸附在碳纳米管表面的气体，改善了碳纳米管吸附液体的能力；通过两级研磨，既保护了碳纳米管的管装结构，又提高了碳纳米管在液体中的分散能力，使得碳纳米管的高导电率、高强度以及其独特结构在各种导电材料和复合材料中被广泛应用。
附图说明
图1表示碳纳米管在分散过程的实施流程图。
图2 表示在预分散过程中，通过泵把碳纳米管粉体引入搅拌罐内部的过程示意图。
图3 表示在预分散过程中，通过高剪切设备把碳纳米管粉体引入搅拌罐内部的过程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或者符号，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。
本发明为具有以下特征的碳纳米管分散液的制造方法。
碳纳米管的分散方法按照下面两个步骤：
（1）首先在分散之前，需要有一个预分散的过程，这个过程是把碳纳米管加入到预先装有纯净水的密闭搅拌罐中，并通过把搅拌罐真空抽气的方式，把罐内气体排除，进而把碳纳米管表面吸附的气体去除，通过这个步骤后碳纳米管容易被液体润湿。预分散过程使用的搅拌罐为全密闭的结构，抽气装置在罐子的上方，可以连接真空泵等设备，罐子下部有液体进料管和出料管，碳纳米管可以通过进料管用泵送的方式进入搅拌罐内，碳纳米管可以通过进料管用在线式高剪切分散设备进行把碳纳米管吸入搅拌罐内部，并通过出料管和泵形成循环过程，碳纳米管可以在液体循环管路上加入。考虑到预分散过程中，可能碳纳米管浆料的粘度变化较大，可以考虑使用转子泵，蠕动泵，隔膜泵或者单螺杆泵，双螺杆泵或者多螺杆泵，在线式高剪切分散设备可以选择使用IKA的module系列或者Ystal公司的类似的产品以及其他公司的类似产品。
（2）经过预分散的浆液，通过两级不同大小的研磨珠的研磨分散过程，获得分散的碳纳米管浆液。具体来说，优选采用两级的分散流程：通过两级的不同大小的研磨珠的研磨分散过程，可以获得良好分散的碳纳米管浆液。第一级分散使用较大颗粒的研磨珠的研磨设备，第一级研磨用的研磨珠直径大小为3-5毫米，第一级研磨用的研磨设备为卧式的介质搅拌磨；第二级研磨用的研磨珠直径大小为0.6-1.2毫米，通过研磨珠的碰撞把碳纳米管团聚体的连接点切断，然后使用较小研磨珠的研磨设备，用较低的搅拌速度，把经过切断的碳纳米管进行分散，第二级研磨用的研磨设备为卧式或者立式的介质搅拌磨，使用较低的研磨速度保证碳纳米管结构不被破碎，一般研磨搅拌部件的最大线速度不超过15米每秒，经过一定时间的低速研磨分散过程，可以获得良好的碳纳米管分散浆料，砂磨机可以选用德国耐驰或者布勒公司的卧式砂磨机产品。
图1表示上述的操作过程的顺序和要点。
实施例
下面结合实施例对本发明做进一步的描述，需要说明的是，实施例并不构成对本发明要求的保护的限制。
实施例一
图1表示碳纳米管在分散过程的实施流程图。
图1的预分散过程装置的示意图为图2，预分散装置使用密封搅拌罐，上接真空泵，先把纯净水加入搅拌罐内，通过真空泵把罐内真空度控制在0.1Mpa，使用YSTRAL的Z-Inline Disperser设备作为粉体吸入和浆料循环泵，然后通过在线高剪切分散设备加入1%（重量百分比）的碳纳米管，并与液体混合均匀，预分散的浆料粘度为2200cps左右。
图1中的第一级研磨过程如下：把经过预分散的20kg浆料，使用耐驰（上海）机械仪器有限公司的LMZ10砂磨机进行第一级分散，使用3毫米的砂磨珠进行50分钟的研磨，搅拌速度为300rpm，线速度为10米每秒，浆料最终粘度为350cps左右。研磨主轴输入能量为0.8kw每公斤浆料。
图1中的第二级研磨过程如下：把经过第一级分散的20公斤浆料，使用耐驰（上海）机械仪器有限公司的LMZ10砂磨机进行第二级分散，使用0.8毫米的砂磨珠进行40分钟的分散研磨，搅拌速度为300rpm，浆料最终粘度为350cps。研磨搅拌的线速度为10米每秒，第二级研磨能量输入为0.6kw每公斤浆料。
图2 表示本实施例1的预分散装置示意图。
经过刮板细度计检测，全部粒度小于10微米以下。
实施例二
图1碳纳米管在分散过程的实施流程图，表示下述的操作过程的顺序和要点。
预分散过程装置示意图为图3，预分散装置使用密封搅拌罐，上接真空泵，先把纯净水加入搅拌罐内，通过真空泵把真空度控制在0.2Mpa，使用日本HEISHIN的单螺杆泵设备作为粉体吸入和浆料循环泵。然后通过泵把液体循环起来，通过引流作用，逐步把碳纳米管加入搅拌缸，并与液体混合均匀，最终预混浓度为5%（重量百分比）的碳纳米管预分散的浆料粘度为6700cps左右。
图1中的第一级研磨过程如下：把经过预分散的20kg浆料，使用瑞士布勒公司的Macromedia砂磨机进行第一级分散，使用5毫米的砂磨珠进行30分钟的研磨，搅拌速度8米每秒,浆料粘度为3500cps左右。
图1中的第二级研磨过程如下：把经过第一级分散的5公斤浆料，使用瑞士布勒公司的Micormedia X1砂磨机进行第二级分散，使用0.6毫米的砂磨珠进行50分钟的分散研磨，搅拌速度为600rpm，研磨搅拌的线速度为12米每秒，第二级研磨能量输入为2.0kw每公斤浆料，浆料最终粘度为150cps。
经过刮板细度计检测，全部粒度小于10微米以下。
图1表示上述的操作过程的顺序和要点。
图3 表示本实施例2的预分散装置示意图。
实施例三
预分散装置为图3，预分散装置使用密封搅拌罐，上接真空泵，先把纯净水加入搅拌罐内，通过真空泵把真空度控制在0.1Mpa，使用日本HEISHIN的双螺杆泵设备作为粉体吸入和浆料循环泵。然后通过泵把液体循环起来，通过引流作用，逐步把碳纳米管加入搅拌缸，并与液体混合均匀，最终预混浓度为6%（重量百分比）的碳纳米管预分散的浆料粘度为8200cps左右。
第一级研磨过程如下：把经过预分散的5kg浆料，使用耐驰（上海）机械仪器有限公司的Labstar实验室型砂磨机进行第一级分散，使用4毫米的砂磨珠进行10分钟的研磨，浆料粘度为2600cps左右。
第二级研磨过程如下：把经过第一级分散的5公斤浆料，使用耐驰耐驰（上海）机械仪器有限公司的Labstar砂磨机进行第二级分散，使用1.2毫米的砂磨珠进行40分钟的分散研磨，搅拌速度为1000rpm，搅拌线速度为5米每秒，浆料最终粘度为350cps。第二级研磨能量输入为0.9kw每公斤浆料。
经过刮板细度计检测，全部粒度小于10微米以下。
图1表示上述的操作过程的顺序和要点。
图3 表示本实施例3的预分散装置示意图。
实施例四
预分散装置为图3，预分散装置使用密封搅拌罐，上接真空泵，真空度控制在0.2Mpa，使用使用日本HEISHIN的单螺杆泵设备作为粉体吸入和浆料循环泵，先把纯净水加入搅拌罐内，然后通过泵加入1%（重量百分比）的碳纳米管，和0.5%作为分散剂的聚乙烯吡咯烷酮（PVP） K30粉末。并与液体混合均匀，预分散的浆料粘度为2300cps左右。
第一级研磨过程如下：把经过预分散的5kg浆料，使用耐驰（上海）机械仪器有限公司的Labstar实验室型砂磨机进行第一级分散，使用4毫米的砂磨珠进行10分钟的研磨，浆料粘度为1000cps左右。
第二级研磨过程如下：把经过第一级分散的5公斤浆料，使用耐驰耐驰（上海）机械仪器有限公司的Labstar砂磨机进行第二级分散，使用1.2毫米的砂磨珠进行50分钟的分散研磨，搅拌速度为600rpm，搅拌线速度为3米每秒，浆料最终粘度为280cps。第二级研磨能量输入为1.0kw每公斤浆料
经过刮板细度计检测，全部粒度小于10微米以下。