一種石墨烯導電涂料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種石墨烯導電涂料及其制備方法，所述石墨烯導電涂料由如下重量份的各組分組成：石墨烯0.01～10份，醇溶性涂料1～30份，稀釋劑20～50份，分散劑0.5～5份，穩(wěn)定劑0.5～5份，消泡劑0.1～1份。本發(fā)明以石墨烯為導電組分，醇溶性涂料為成膜物質(zhì)，加入其它助劑，通過碾磨、超聲振蕩和膜過濾工藝配制均一體系的導電涂料。醇類稀釋劑不但起到稀釋涂料的作用，同時也促進了石墨烯的分散，有效改善了石墨烯的分散性，可長時間穩(wěn)定存在。通過稀釋劑、分散劑等助劑種類和用量的調(diào)整，控制涂料的粘度，以便后續(xù)的噴涂、刷涂和涂布工藝的實施，易于大規(guī)模生產(chǎn)，有望廣泛應用于手機、平板顯示器、太陽能電池、透明電磁波屏蔽、汽車窗導熱玻璃等領(lǐng)域。
【專利說明】一種石墨烯導電涂料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種石墨烯導電涂料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]導電涂料是伴隨現(xiàn)代科學技術(shù)而迅速發(fā)展起來的一種特種功能涂料，導電涂料通過噴涂、刷涂方法和涂布工藝涂于非導電基底材料，使之具有傳導電流和排除積累靜電荷功能，涂料形成的涂層電導率一般大于10S/m。目前導電涂料已在電子、電器、航空、化工、印刷等多種軍、民用工業(yè)領(lǐng)域中得到應用。
[0003]1948年，美國最早公開了將銀和環(huán)氧樹脂制成導電膠的專利，我國也在20世紀50年代開始研究和應用導電涂料。與此相應，導電涂料的理論研究也得到迅速發(fā)展，并促進了應用技術(shù)的日益成熟與完善。導電涂料根據(jù)應用特性，可分為導電體使用的涂料(混合式集成電路，印刷線路板)、輻射屏蔽涂料(無線電、電磁屏蔽等)、抗靜電涂料、其他(光電導、電致變色涂層)四大類。根據(jù)導電機理及組成可分為本征型和摻雜型導電涂料。本征型導電涂料是利用高分子自身具有的導電性，以導電高分子為成膜物形成導電涂層。導電高分子用于導電涂料的制備方法集中在直接利用導電高分子作成膜物、導電高分子與其他樹脂混合、導電高分子材料作為導電填料使用等方面，但是由于本征導電涂料基體高分子的種類較少，其中主要有聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚喹啉等。本征型導電涂料主要應用于防腐抗靜電涂料、吸波涂料、電磁屏蔽涂料等，且在合成、施工過程中難度較大，在某種程度上限制了本征型導電涂料的發(fā)展。摻雜型導電涂料是指以高分子為基礎(chǔ)加入導電組分，利用導電組分的導電性，使涂層具有較高的電導率，一般在10?12S/m以上。摻雜型導電涂料由高分子聚合物、導電填料、溶劑及助劑等組成。常用的導電填料有金屬系填料、碳系填料、金屬氧化物系填料、復合填料、新型納米導電填料等。摻雜型導電涂層既有導電性，同時又具有高分子自身的優(yōu)異特性，可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)涂料的電學和力學性能簡單易行，可廣泛的應用。自第一次成功制備的單層石墨烯至今，石墨烯已經(jīng)成為材料界的研究熱點。石墨烯有著非常獨特的性能:超大的比表面積，理論值為2630m2/g，力學性能優(yōu)異，熱導率為5300W/(m.K)，載流子遷移率達ΖΟΟΟΟΟοπ?ν^?Γ1，超過商用硅片遷移率的10倍以上，具有比銀還高的導電率(106s/cm);幾乎完全透明，對光只有2.3%的吸收。石墨烯作為導電組分可提高導電材料性能，拓寬導電材料的應用領(lǐng)域。但是由于單個片層的石墨烯具有非常大的表面積，在配制石墨烯導電涂料的過程中，石墨烯極易出現(xiàn)團聚，影響其導電性和透光性，應用受到了極大的限制。
[0004]申請?zhí)枮?01410422381.2的專利公開了一種導電導熱石墨烯漿料以及涂料，但該涂料體系易分層，不能長時間保持均一穩(wěn)定存在，大大影響了涂層的光澤度和機械性能；申請?zhí)枮?01210556682.5的專利也公開了一種導電涂料，為了使涂料體系均勻分散，引入了含有氨基的功能化石墨烯或含有巰基的功能化石墨烯，不僅增加了涂料的生產(chǎn)成本，且并未從根本上改善涂料的分散性問題，因此，亟需開發(fā)出一種工業(yè)化成本低、分散性好、高透光性的石墨烯導熱涂料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問題，發(fā)明人通過大量試驗和不懈探索，提供了一種石墨烯導電涂料及其制備方法，所述石墨烯導電涂料由如下重量份的各組分組成:
石墨烯0.01?10份醇溶性涂料I?30份稀釋劑20?50份分散劑0.5?5份穩(wěn)定劑0.5?5份消泡劑0.1?I份
優(yōu)選地，所述的石墨烯為物理法或化學法制備，所述的石墨烯單層所占比例大于80%，石墨烯比表面積大于500m2/g,片層厚度小于2nm。
[0006]優(yōu)選地，所述的醇溶性涂料為達瑪樹脂、醇酸樹脂、熱塑性酚醛樹脂、尿醛樹脂聚醋酸乙烯樹脂中的一種。
[0007]優(yōu)選地，所述的稀釋劑為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇中的一種或多種。
[0008]優(yōu)選地，所述的分散劑為十八烷基二甲基羥乙基硝酸銨，十八烷基二甲基羥乙基過氯酸銨，氯化十二烷基二甲基芐基銨，溴化雙十八烷基二甲基銨，十八烷基二甲基羥乙基銨硝酸鈉，三乙基甲基氯化銨，三乙基甲基溴化銨，八、十、十二、十六、十八烷基三甲基氯化銨，八、十、十二、十六、十八烷基三甲基溴化銨，雙辛烷二甲基氯化銨，雙十烷二甲基氯化銨，雙十二烷二甲基氯化銨，雙十八烷二甲基氯化銨，雙辛烷二甲基溴化銨，雙十烷二甲基溴化銨，雙十二烷二甲基溴化銨，雙十八烷二甲基溴化銨，聚乙二醇型非離子表面活性劑中的一種或多種。
[0009]優(yōu)選地，所述的穩(wěn)定劑為如下的一種或多種:四聚丙烯苯磺酸鈉、琥珀酸二異辛酯磺酸鈉、二丁基萘磺酸鈉等，十二、十六、十八烷基苯磺酸鈉，十二、十六、十八烷基萘磺酸鈉。
[0010]優(yōu)選地，所述的消泡劑為工業(yè)使用的聚醚類消泡劑、聚醚改性硅、聚硅氧烷消泡劑中的任一種。
[0011]進一步優(yōu)選地，所述石墨烯導電涂料由如下重量份的各組分組成:
石墨烯10份
熱塑性酚醛樹脂30份稀釋劑40份
十六烷基三甲基溴化銨分散劑 5份十六燒基苯磺酸鈉穩(wěn)定劑5份
聚醚類消泡劑I份
本發(fā)明的另一目的在于提供一種石墨烯導電涂料的制備方法，包含如下步驟:
(1)將所述0.01?10份的石墨烯和所述I?30份的醇溶性涂料混合均勻，將混合均勻的衆(zhòng)液在球磨機上碾磨10?60min,得到一級分散涂料；
(2)將步驟(I)所述得到的一級分散涂料與所述20?50份的稀釋劑混合處理，經(jīng)納米砂磨機處理5?30min，得到二級涂料； (3)將步驟(2)所述得到的二級涂料與所述0.5?10份的分散劑、所述0.5?5份的穩(wěn)定劑、所述0.1?I的消泡劑攪拌混合均勻，超聲波振蕩10?45min，經(jīng)膜過濾后得到石墨烯導電涂料。
[0012]本發(fā)明以石墨烯為導電組分，醇溶性涂料為成膜物質(zhì)，加入醇類稀釋劑、分散劑、穩(wěn)定劑等助劑，通過碾磨、超聲振蕩和膜過濾工藝配制均一體系的導電涂料。由于醇類稀釋劑不但起到稀釋涂料的作用，同時也促進了石墨烯的分散，有效改善了石墨烯的分散性，因此，該導電涂料可長時間穩(wěn)定存在，不產(chǎn)生分層和沉降現(xiàn)象。通過稀釋劑、分散劑等助劑種類和用量的調(diào)整，控制涂料的粘度，滿足涂布工藝的不同要求，以便后續(xù)的噴涂、刷涂和涂布工藝的實施，有利于制備均一厚度涂層、易于普及和大規(guī)模生產(chǎn)。該導熱涂料可廣泛應用于手機、平板顯示器、太陽能電池、透明電磁波屏蔽、汽車窗導熱玻璃(以防霧和防結(jié)冰)等領(lǐng)域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1本發(fā)明石墨烯導電涂料的制備方法工藝流程圖。

【具體實施方式】
[0014]結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細說明。但應理解，以下實施例僅是對本發(fā)明實施方式的舉例說明，而非對本發(fā)明的范圍限定。
[0015]實施例1:
將0.5份的石墨烯和5份的醇酸樹脂類醇溶性涂料混合均勻，將混合均勻的漿液在球磨機上碾磨15min，得到一級分散涂料。將一級分散涂料與30份乙醇稀釋劑混合處理，經(jīng)納米砂磨機處理lOmin，得到二級涂料；將二級涂料與0.5份的十八烷基三甲基溴化銨分散齊U、0.5份的二烷基苯磺酸鈉穩(wěn)定劑、0.5份的聚醚改性硅消泡劑攪拌混合均勻，超聲波振蕩lOmin，經(jīng)膜過濾等到石墨烯導電涂料。得到的石墨烯導電涂料經(jīng)涂布工藝制備導電性能優(yōu)異的導電膜，薄膜的方塊電阻為405 Ω /Sq。
[0016]實施例2:
將3份的石墨烯和10份的聚醋酸乙烯樹脂類醇溶性涂料混合均勻，將混合均勻的漿液在球磨機上碾磨30min，得到一級分散涂料。將一級分散涂料與40份乙醇稀釋劑混合處理，經(jīng)納米砂磨機處理20min，得到二級涂料；將二級涂料與I份的十八烷基三甲基溴化銨分散劑、I份的十二穩(wěn)定劑、0.3份的聚醚改性娃消泡劑攪拌混合均勻,超聲波振蕩15min,經(jīng)膜過濾等到石墨烯導電涂料。得到的石墨烯導電涂料經(jīng)涂布工藝制備導電性能優(yōu)異的導電膜，薄膜的方塊電阻為335Q/sq。
[0017]實施例3:
將5份的石墨烯和20份的聚醋酸乙烯樹脂類醇溶性涂料混合均勻，將混合均勻的漿液在球磨機上碾磨30min，得到一級分散涂料。將一級分散涂料與50份異丙醇稀釋劑混合處理，經(jīng)納米砂磨機處理30min，得到二級涂料；將二級涂料與2份的十二烷基三甲基溴化銨分散劑、2份的琥珀酸二異辛酯磺酸鈉穩(wěn)定劑、0.5份的聚醚類消泡劑攪拌混合均勻，超聲波振蕩30min，經(jīng)膜過濾等到石墨烯導電涂料。得到的石墨烯導電涂料經(jīng)涂布工藝制備導電性能優(yōu)異的導電膜，薄膜的方塊電阻為375 Ω /sq。
[0018]實施例4:
將10份的石墨烯和30份的熱塑性酚醛樹脂類醇溶性涂料混合均勻，將混合均勻的漿液在球磨機上碾磨30min，得到一級分散涂料。將一級分散涂料與40份丁醇稀釋劑混合處理，經(jīng)納米砂磨機處理30min，得到二級涂料；將二級涂料與5份的十六烷基三甲基溴化銨分散劑、5份的十六燒基苯磺酸鈉穩(wěn)定劑、I份的聚醚類消泡劑攪拌混合均勻，超聲波振蕩30min，經(jīng)膜過濾等到石墨烯導電涂料。得到的石墨烯導電涂料經(jīng)涂布工藝制備導電性能優(yōu)異的導電膜，薄膜的方塊電阻為305 Ω /sq。
[0019]實施例5:
將0.01份的石墨烯和I份的聚醋酸乙烯樹脂類醇溶性涂料混合均勻，將混合均勻的漿液在球磨機上碾磨30min，得到一級分散涂料。將一級分散涂料與20份乙醇稀釋劑混合處理，經(jīng)納米砂磨機處理30min，得到二級涂料；將二級涂料與0.5份的十八烷基三甲基溴化銨分散劑、0.5份的十二烷基苯磺酸鈉穩(wěn)定劑、0.1份聚硅氧烷消泡劑的消泡劑攪拌混合均勻，超聲波振蕩30min,經(jīng)膜過濾等到石墨烯導電涂料。得到的石墨烯導電涂料經(jīng)涂布工藝制備導電性能優(yōu)異的導電膜，薄膜的方塊電阻為465Q/Sq。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯導電涂料，其特征在于:所述石墨烯導電涂料由如下重量份的各組分組成: 石墨烯0.01?10份 醇溶性涂料1?30份 稀釋劑20?50份 分散劑0.5?5份 穩(wěn)定劑0.5?5份 消泡劑0.1?1份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯導電涂料，其特征在于:所述的石墨烯為物理法或化學法制備，所述的石墨烯單層所占比例大于80%，石墨烯比表面積大于500m2/g，片層厚度小于2nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯導電涂料，其特征在于:所述的醇溶性涂料為達瑪樹脂、醇酸樹脂、熱塑性酚醛樹脂、尿醛樹脂聚醋酸乙烯樹脂中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯導電涂料，其特征在于:所述的分散劑為十八烷基二甲基羥乙基硝酸銨，十八烷基二甲基羥乙基過氯酸銨，氯化十二烷基二甲基芐基銨，溴化雙十八烷基二甲基銨，十八烷基二甲基羥乙基銨硝酸鈉，三乙基甲基氯化銨，三乙基甲基溴化銨，八、十、十二、十六、十八烷基三甲基氯化銨，八、十、十二、十六、十八烷基三甲基溴化銨，雙辛烷二甲基氯化銨，雙十烷二甲基氯化銨，雙十二烷二甲基氯化銨，雙十八烷二甲基氯化銨，雙辛烷二甲基溴化銨，雙十烷二甲基溴化銨，雙十二烷二甲基溴化銨，雙十八烷二甲基溴化銨，聚乙二醇型非離子表面活性劑中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種石墨烯導電涂料，其特征在于:所述的穩(wěn)定劑為四聚丙烯苯磺酸鈉，琥拍酸二異辛酯磺酸鈉，二丁基萘磺酸鈉，十二、十六、十八燒基苯磺酸鈉，十二、十六、十八烷基萘磺酸鈉中的任一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種石墨烯導電涂料，其特征在于:所述的消泡劑為工業(yè)使用的聚醚類消泡劑、聚醚改性硅、聚硅氧烷消泡劑中的任一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種石墨烯導電涂料，其特征在于:所述的稀釋劑為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種石墨烯導電涂料，其特征在于:所述石墨烯導電涂料由如下重量份的各組分組成:石墨烯10份 熱塑性酚醛樹脂30份稀釋劑40份 十六烷基三甲基溴化銨分散劑 5份 十六燒基苯磺酸鈉穩(wěn)定劑5份 聚醚類消泡劑1份。
9.一種制備如權(quán)利要求1?8任一項所述的石墨烯導電涂料的方法，其特征在于:所述方法包括如下步驟: (1)將所述0.01?10份的石墨烯和所述1?30份的醇溶性涂料混合均勻，將混合均勻的衆(zhòng)液在球磨機上碾磨10?60min,得到一級分散涂料； (2)將步驟(1)所述得到的一級分散涂料與所述20?50份的稀釋劑混合處理，經(jīng)納米砂磨機處理5?30min，得到二級涂料； (3)將步驟(2)所述得到的二級涂料與所述0.5?10份的分散劑、所述0.5?5份的穩(wěn)定劑、所述0.1?1的消泡劑攪拌混合均勻，超聲波振蕩10?45min，經(jīng)膜過濾后得到石墨烯導電涂料。
【文檔編號】C09D161/24GK104449377SQ201410771988
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】趙西坡, 彭少賢 申請人:湖北工業(yè)大學