CN107903692A - 一种改性石墨烯导电涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性石墨烯导电涂料及其制备方法，其中，导电涂料由如下组分按重量份数组成：改性石墨烯30‑50份，碳纳米管10‑20份，金属粉末10‑20份，环氧树脂50‑100份，流平剂1‑2份，消泡剂1‑2份，分散剂1‑2份，稀释剂30‑60份，偶联剂2‑3份，附着力促进剂1‑2份，金属定向排列促进剂1‑3份。本发明制备的导电涂料中不含有强酸或强氧化剂，具有一种环境友好、涂料成分简单、导电性好和附着力强的优点。

Description

一种改性石墨烯导电涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种改性石墨烯导电涂料及其制备方法。
背景技术
随着节能环保及信息产业的发展，导电涂料在大功率LED基板、平板显示器、太阳能电池板等领域的需求日益旺盛。以添加银粉、铜粉、镍粉的银导电涂料、铜导电涂料、镍导电涂料为代表的传统导电涂料虽然导电性能较好，但由于其中添加了银等贵金属材料，这无疑提高了涂料的制造成本。
导电涂料是指能够通过各种喷涂方法涂于非导电底材上，使之具有传导电流及排除积累静电荷能力的一种新型功能性涂料，涂膜后的电导率一般大于10S/m，，具有广阔的发展前景。
目前导电涂料根据导电机理及组成可分为结构型导电涂料和添加型导电涂料。结构型导电涂料主要是以高聚物自身具有导电功能涂膜形成；添加型导电涂料主要在绝缘的高聚物中添加具有导电能力的导电粒子，高聚物固化后使导电粒子之间相互接触，形成导电通路，使导电涂料具有导电能力。添加型导电涂料具有设备简单、操作方便、成本低廉及可涂覆于各种复杂形状表面等优点，市场应用范围更广。
人们相继研制开发出多种强导电性导电涂料，如导电填料主要有金属系(银粉、铜粉、镍粉等)、金属/玻璃复合和炭系(石墨、炭黑)等。但是，这些导电涂料，制备得到涂层的力学强度与导电率难以同时提高，且涂层的密度较大，这些问题大大限制其应用范围。也有人们使用石墨烯来制备导电涂料，继而提高了喷涂的导电和力学性能，但由于石墨烯导电涂料的发展正处于初始阶段，还有许多问题需要解决，如已公开的石墨烯导电涂料中多含有强酸或强氧化剂、环境友好性差、涂料成分复杂，同时，涂料的制备工艺较复杂、工业化难度高且成本不菲。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种改性石墨烯导电涂料及其制备方法。
为实现上述目的，本申请采用以下技术方案：一种改性石墨烯导电涂料，由如下组分按重量份数组成：改性石墨烯30-50份，碳纳米管10-20份，金属粉末10-20份，环氧树脂50-100份，流平剂1-2份，消泡剂1-2份，分散剂1-2份，稀释剂30-60份，偶联剂2-3份，附着力促进剂1-2份，金属定向排列促进剂1-3份。
进一步的，所述改性石墨烯的制备方法包括：5-10份氧化石墨烯、50-100份浓氨水在40℃下超声振荡20h，然后再在80去离子水中，并超声60-100min，得到的氧化石墨烯分散液后，将5-10份纳米铜氧化物颗粒分散到氧化石墨烯分散液中，通过惰性气体的保护，并在40-60℃下的温度下超声30-60min，形成稳定的纳米铜氧化物-氧化石墨烯悬浮液；将上述纳米铜氧化物-氧化石墨烯悬浮经过过滤、洗涤、真空干燥后在惰性气体保护下在1200-1500℃下进行煅烧形成掺杂的改性石墨烯粉体。
进一步的，所述金属粉末为银粉和/或铜粉，所述金属粉末的粒度为1-10微米。
进一步的，所述环氧树脂为水性环氧乳液或溶剂型环氧树脂。
进一步的，所述流平剂为有机硅类流平剂、丙烯酸类流平剂、单丁醚类流平剂中的一种。
进一步的，所述消泡剂为有机硅类消泡剂、无机硅类消泡剂、非有机硅消泡剂中的一种。
进一步的，所述分散剂为PVP、PVA、PEG中的一种或几种。
进一步的，所述稀释剂为1,4-丁二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、丙酮、二甲苯、正丁醇、甲基异丁基酮、无水乙醇、醋酸乙酯、醋酸丁酯中的一种或几种。
进一步的，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂和/或硅烷偶联剂；所述附着力促进剂为醛酮树脂、咔挫、聚苯乙烯丁二烯橡胶、丁腈胶、氯丁胶中的一种或者几种以任意比例混合使用。
本发明还提供了一种改性石墨烯导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将改性石墨烯和碳纳米管加入部分稀释剂中，超声30-60min后获得改性石墨烯-碳纳米管混合溶液；
（2）将金属粉末加入另一部分稀释剂中，超声10-20min分钟后，再放置20-40min，使金属粉末润湿分散；
（3）将环氧树脂、消泡剂、流平剂、分散剂、偶联剂和附着力促进剂混合均匀；
（4）将(1)制得的溶液、步骤(3)制得的混合物、金属排列促进剂混合，以1500-2000转/分的转速搅拌30mim，形成导电漆基料；
（5）将步骤(4)中制得的导电漆基料加入到润湿分散好的金属粉末中，搅拌均匀后，过100-300目的筛子，去除杂质，得到导电涂料。
本发明提供的一种改性石墨烯导电涂料及其制备方法，通过改性石墨烯作为涂料的基础上，加入碳纳米管和金属粉末使所制备的复合的石墨烯涂料具有更好地分散性和导电性，并且通过加入偶联剂、金属定向排列促进剂以及附着力促进剂，不但解决了石墨烯和金属粉末在分散难的问题，同时也改善了金属粉末的定向排列，使其更好的与树脂相互包容，形成稳定的导电网络，同时增强与素材之间的附着力，使制备的导电涂料稳定性好；同时本发明制备的导电涂料中不含有强酸或强氧化剂，具有一种环境友好、涂料成分简单、导电性好和附着力强的优点。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细的描述。
实施例1
一种改性石墨烯导电涂料，由如下组分按重量份数组成：改性石墨烯30份，碳纳米管15份，金属粉末10份，水性环氧乳液70份，有机硅类流平剂1份，机硅类消泡剂2份，PVP1.5份，1,4-丁二醇二缩水甘油醚50份，钛酸酯偶联剂2.5份，醛酮树脂1份，金属定向排列促进剂2份。
作为一种优选实施方式，改性石墨烯的制备方法包括：10份氧化石墨烯、50份浓氨水在40℃下超声振荡20h，然后再在80去离子水中，并超声60min，得到的氧化石墨烯分散液后，将5份纳米铜氧化物颗粒分散到氧化石墨烯分散液中，通过惰性气体的保护，并在40℃下的温度下超声30min，形成稳定的纳米铜氧化物-氧化石墨烯悬浮液；将上述纳米铜氧化物-氧化石墨烯悬浮经过过滤、洗涤、真空干燥后在惰性气体保护下在1200℃下进行煅烧形成掺杂的改性石墨烯粉体。
其中，金属粉末为银粉和/或铜粉，金属粉末的粒度为1-10微米。
本实施例还提供了一种改性石墨烯导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将改性石墨烯和碳纳米管加入20份1,4-丁二醇二缩水甘油醚中，超声30min后获得改性石墨烯-碳纳米管混合溶液；
（2）将金属粉末加入30份1,4-丁二醇二缩水甘油醚中，超声10min分钟后，再放置20min，使金属粉末润湿分散；
（3）将水性环氧乳液、机硅类消泡剂、有机硅类流平剂、PVP、钛酸酯偶联剂和醛酮树脂混合均匀；
（4）将(1)制得的溶液、步骤(3)制得的混合物、金属排列促进剂混合，以1500-2000转/分的转速搅拌30mim，形成导电漆基料；
（5）将步骤(4)中制得的导电漆基料加入到润湿分散好的金属粉末中，搅拌均匀后，过100-300目的筛子，去除杂质，得到导电涂料。
实施例2
一种改性石墨烯导电涂料，由如下组分按重量份数组成：改性石墨烯50份，碳纳米管10份，金属粉末20份，溶剂型环氧树脂50份，有机硅类流平剂1.5份，有机硅类消泡剂1份，PEG1份，丙酮60份，硅烷偶联剂2份，氯丁胶2份，金属定向排列促进剂1份。
作为一种优选实施方式，改性石墨烯的制备方法包括：7份氧化石墨烯、70份浓氨水在40℃下超声振荡20h，然后再在80去离子水中，并超声80min，得到的氧化石墨烯分散液后，将7份纳米铜氧化物颗粒分散到氧化石墨烯分散液中，通过惰性气体的保护，并在50℃下的温度下超声50min，形成稳定的纳米铜氧化物-氧化石墨烯悬浮液；将上述纳米铜氧化物-氧化石墨烯悬浮经过过滤、洗涤、真空干燥后在惰性气体保护下在1400℃下进行煅烧形成掺杂的改性石墨烯粉体。
其中，金属粉末为银粉和/或铜粉，所述金属粉末的粒度为1-10微米。
本实施例还提供了一种改性石墨烯导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将改性石墨烯和碳纳米管加入30份丙酮中，超声40min后获得改性石墨烯-碳纳米管混合溶液；
（2）将金属粉末加入30份丙酮中，超声15min分钟后，再放置30min，使金属粉末润湿分散；
（3）将溶剂型环氧树脂、有机硅类消泡剂、有机硅类流平剂、PEG、硅烷偶联剂和氯丁胶混合均匀；
（4）将(1)制得的溶液、步骤(3)制得的混合物、金属排列促进剂混合，以1500-2000转/分的转速搅拌30mim，形成导电漆基料；
（5）将步骤(4)中制得的导电漆基料加入到润湿分散好的金属粉末中，搅拌均匀后，过100-300目的筛子，去除杂质，得到导电涂料。
实施例3
一种改性石墨烯导电涂料，由如下组分按重量份数组成：改性石墨烯40份，碳纳米管20份，金属粉末15份，溶剂型环氧树脂100份，丙烯酸类流平剂1.5份，无机硅类消泡剂1.5份，PVA 2份，无水乙醇30份，硅烷偶联剂3份，丁腈胶1.5份，金属定向排列促进剂3份。
作为一种优选实施方式，改性石墨烯的制备方法包括：10份氧化石墨烯、100份浓氨水在40℃下超声振荡20h，然后再在80去离子水中，并超声100min，得到的氧化石墨烯分散液后，将10份纳米铜氧化物颗粒分散到氧化石墨烯分散液中，通过惰性气体的保护，并在60℃下的温度下超声60min，形成稳定的纳米铜氧化物-氧化石墨烯悬浮液；将上述纳米铜氧化物-氧化石墨烯悬浮经过过滤、洗涤、真空干燥后在惰性气体保护下在1500℃下进行煅烧形成掺杂的改性石墨烯粉体。
其中，金属粉末为银粉和/或铜粉，金属粉末的粒度为1-10微米。
本实施例还提供了一种改性石墨烯导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将改性石墨烯和碳纳米管加入到15份无水乙醇中，超声60min后获得改性石墨烯-碳纳米管混合溶液；
（2）将金属粉末加入到15份无水乙醇中，超声20min分钟后，再放置40min，使金属粉末润湿分散；
（3）将溶剂型环氧树脂、无机硅类消泡剂、丙烯酸类流平剂、PVA、硅烷偶联剂和丁腈胶混合均匀；
（4）将(1)制得的溶液、步骤(3)制得的混合物、金属排列促进剂混合，以1500-2000转/分的转速搅拌30mim，形成导电漆基料；
（5）将步骤(4)中制得的导电漆基料加入到润湿分散好的金属粉末中，搅拌均匀后，过100-300目的筛子，去除杂质，得到导电涂料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提供的一种改性石墨烯导电涂料及其制备方法，通过改性石墨烯作为涂料的基础上，加入碳纳米管和金属粉末使所制备的复合的石墨烯涂料具有更好地分散性和导电性，并且通过加入偶联剂、金属定向排列促进剂以及附着力促进剂，不但解决了石墨烯和金属粉末在分散难的问题，同时也改善了金属粉末的定向排列，使其更好的与树脂相互包容，形成稳定的导电网络，同时增强与素材之间的附着力，使制备的导电涂料稳定性好；同时本发明制备的导电涂料中不含有强酸或强氧化剂，具有一种环境友好、涂料成分简单、导电性好和附着力强的优点。
同时，改性石墨烯通过将纳米铜氧化物颗粒均匀地附着在石墨烯表面,没有出现团聚现象，使其具有良好的导电性能，可应用于纳米复合材料、锂离子电池、超级电容器的石墨烯纸等基于石墨烯的复合材料。使电子传输不仅可以经由片层石墨烯的大π共轭体系，还可以利用纳米铜氧化物粒子的电子导电通道提高电子传输速率。因而按本发明制备的导电涂料能获得高导电率，同时石墨烯的加入能有效提高导电涂料的机械性能。
实验结果：将上述制得的改性石墨烯导电涂料，用涂布法刮涂在PET薄膜上，加温固化后，测试其方阻、附着力及硬度。结果如表1所示。
涂层干厚（μm） 方阻（欧姆/□） 附着力（N） 硬度
实施例1 10 120 4.1 4H
实施例2 10 100 4.2 4H
实施例3 10 115 4.1 4H
本发明制成电热膜、电热布、电热板还具有较高的远红外线其发射主波段位于2-15微米，更具有适于人体的8-12微米远红外线。 前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种改性石墨烯导电涂料，其特征在于，由如下组分按重量份数组成：改性石墨烯30-50份，碳纳米管10-20份，金属粉末10-20份，环氧树脂50-100份，流平剂1-2份，消泡剂1-2份，分散剂1-2份，稀释剂30-60份，偶联剂2-3份，附着力促进剂1-2份，金属定向排列促进剂1-3份。
2.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯导电涂料，其特征在于，所述改性石墨烯的制备方法包括：5-10份氧化石墨烯、50-100份浓氨水在40℃下超声振荡20h，然后再在80去离子水中，并超声60-100min，得到的氧化石墨烯分散液后，将5-10份纳米铜氧化物颗粒分散到氧化石墨烯分散液中，通过惰性气体的保护，并在40-60℃下的温度下超声30-60min，形成稳定的纳米铜氧化物-氧化石墨烯悬浮液；将上述纳米铜氧化物-氧化石墨烯悬浮经过过滤、洗涤、真空干燥后在惰性气体保护下在1200-1500℃下进行煅烧形成掺杂的改性石墨烯粉体。
3.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯导电涂料，其特征在于，所述金属粉末为银粉和/或铜粉，所述金属粉末的粒度为1-10微米。
4.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯导电涂料，其特征在于，所述环氧树脂为水性环氧乳液或溶剂型环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯导电涂料，其特征在于，所述流平剂为有机硅类流平剂、丙烯酸类流平剂、单丁醚类流平剂中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯导电涂料，其特征在于，所述消泡剂为有机硅类消泡剂、无机硅类消泡剂、非有机硅消泡剂中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯导电涂料，其特征在于，所述分散剂为PVP、PVA、PEG中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯导电涂料，其特征在于，所述稀释剂为1,4-丁二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、丙酮、二甲苯、正丁醇、甲基异丁基酮、无水乙醇、醋酸乙酯、醋酸丁酯中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯导电涂料，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂和/或硅烷偶联剂；所述附着力促进剂为醛酮树脂、咔挫、聚苯乙烯丁二烯橡胶、丁腈胶、氯丁胶中的一种或者几种以任意比例混合使用。
10.一种改性石墨烯导电涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将改性石墨烯和碳纳米管加入部分稀释剂中，超声30-60min后获得改性石墨烯-碳纳米管混合溶液；
（2）将金属粉末加入另一部分稀释剂中，超声10-20min分钟后，再放置20-40min，使金属粉末润湿分散；
（3）将环氧树脂、消泡剂、流平剂、分散剂、偶联剂和附着力促进剂混合均匀；
（4）将(1)制得的溶液、步骤(3)制得的混合物、金属排列促进剂混合，以1500-2000转/分的转速搅拌30mim，形成导电漆基料；
（5）将步骤(4)中制得的导电漆基料加入到润湿分散好的金属粉末中，搅拌均匀后，过100-300目的筛子，去除杂质，得到导电涂料。
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