一種高性能的復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高性能的復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料的制備方法，該復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料以具有高效性能的石墨烯作為基本成分，并將無機(jī)的涂料復(fù)合起來，通過各種復(fù)合添加劑如分散劑、中和劑、流平劑、消泡劑、交聯(lián)劑的綜合作用，所制備的涂料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能以及導(dǎo)電涂層，可應(yīng)用于電磁屏蔽、抗靜電、防腐、散熱、耐磨及電子線路等領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】一種高性能的復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明具體涉及一種高性能石墨烯復(fù)合導(dǎo)電涂料的制備方法，屬于噴涂材料領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]導(dǎo)電涂料是指能夠通過各種噴涂方法涂于非導(dǎo)電底材上，使之具有傳導(dǎo)電流及排除積累靜電荷能力的一種新型功能性涂料，涂膜后的電導(dǎo)率一般大于10S/m，目前已廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。[0004]目前導(dǎo)電涂料根據(jù)導(dǎo)電機(jī)理及組成可分為結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電涂料和添加型導(dǎo)電涂料。其中添加型導(dǎo)電涂料由于具有設(shè)備簡單、操作方便、成本低廉及可涂覆于各種復(fù)雜形狀表面等優(yōu)點(diǎn)，深受大家的歡迎。人們相繼研制開發(fā)出多種強(qiáng)導(dǎo)電性導(dǎo)電涂料，如導(dǎo)電填料主要有金屬系(銀粉、銅粉、鎳粉等)、金屬/玻璃復(fù)合和炭系(石墨、炭黑)等。但是，這些導(dǎo)電涂料，制備得到涂層的力學(xué)強(qiáng)度與導(dǎo)電率難以同時(shí)提高，且涂層的密度較大，這些問題大大限制其應(yīng)用范圍。也有人們使用石墨烯來制備導(dǎo)電涂料，繼而提高了噴涂的導(dǎo)電和力學(xué)性能，但是存在成本較聞，并且性能還有待于提聞的不足。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問題，本發(fā)明通過將傳統(tǒng)的無機(jī)導(dǎo)電材料與石墨烯結(jié)合起來，提供了一種制備高性能石墨烯復(fù)合導(dǎo)電涂料的方法，所制備的涂料具有更佳的導(dǎo)電和力學(xué)性能，所制備的涂料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能以及導(dǎo)電涂層，可應(yīng)用于電磁屏蔽、抗靜電、防腐、散熱、耐磨及電子線路等領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明研究了一種高性能的復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料的制備方法，其包含以下制備步驟
步驟I):將天然鱗片石墨在過硫酸鉀、五氧化二磷、濃硫酸、高錳酸鉀和雙氧水的作用下，制備得到氧化石墨烯；將所制備的氧化石墨烯在水溶液中分散，得到溶液I，石墨烯的重量份數(shù)為100-115份；
步驟2):將TEOS在乙醇溶液中水解，制備出10-100納米的二氧化硅納米顆粒；通過離心分離等作用，得到純凈的二氧化硅顆粒，再取質(zhì)量份數(shù)3-8份無機(jī)二氧化硅納米顆粒分散在水溶液中，得到溶液II ；
步驟3):通過常規(guī)制備納米銅顆粒的方法制備30-100納米的無機(jī)金屬銅納米顆粒，通過加入表面活性劑PVP，得到在水溶液中分布均勻的銅納米顆粒，其中銅納米顆粒的質(zhì)量份數(shù)為5-7份，得到溶液III ；
步驟4):在攪拌的條件下，往溶液I中加入表面活性劑1-2重量份的PVP，然后再加入1-2重量份的中和劑丙醇胺、1-2重量份的流平劑丁醚、1-2重量份的消泡劑和2-3重量份的交聯(lián)劑，控制溫度為60-80°C，當(dāng)加入完畢之后，并攪拌30-60min，得到溶液V ；
步驟5):在攪拌的條件下，往溶液V中滴加溶液II和溶液III，控制溫度為60-100°C，并控制溫度為100-110°C，加入完畢之后，攪拌30-60min，即可獲得高性能的復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料。
[0008]所述石墨烯的制備方法為將天然鱗片石墨、過硫酸鉀和五氧化二磷按照1:1:1的重量份比值加入到IOml/份的濃硫酸中，超聲lOmin，在80攝氏度下攪拌2小時(shí)；然后再加入一定量的高錳酸鉀，并在冰浴的條件下攪拌2小時(shí)；之后在室溫下加入1000ml/份的去離子水，室溫?cái)嚢?小時(shí)；攪拌結(jié)束后，再加入8ml/份的雙氧水，獲得亮黃色的氧化石墨烯的懸浮液；分離提純后，得到純凈的石墨烯。
[0009]本發(fā)明優(yōu)選二氧化硅的直徑為50nm。
[0010]本發(fā)明優(yōu)選銅的直徑為50nm。
[0011]本發(fā)明具有的有益效果:
本發(fā)明原料來源廣泛、價(jià)格低廉、并且在新型材料石墨烯作為涂料的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性的加入無機(jī)顆粒納米二氧化硅以及納米銅顆粒；所制備的復(fù)合的石墨烯涂料具有更好地分散性，在IOOiT1剪切速率下粘度約為5mPa *s，表面張力為l0~20mN/m。添加了納米顆粒后，能有效的填充材料和材料之間的空隙，涂料的致密度也得到進(jìn)一步提高，從而導(dǎo)致復(fù)合涂料的力學(xué)性能也有大幅的提高，抗沖擊強(qiáng)度可到170 kg.cm ;當(dāng)然,在石墨烯和金屬納米顆粒的共同作用下，涂料在熱處理之后，將會(huì)顯示出類似于金屬的導(dǎo)電性能，體積電阻率能夠達(dá)至Ij 6.8 X 10-3 Ω.cm。
[0012]
【具體實(shí)施方式】
[0013]為進(jìn)一步說明本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施的例子對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0014]實(shí)施例1:
一種高性能的復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料的制備方法，其包含以下制備步驟步驟I):將天然鱗片石墨在過硫酸鉀、五氧化二磷、濃硫酸、高錳酸鉀和雙氧水的作用下，制備得到氧化石墨烯；將所制備的氧化石墨烯在水溶液中分散，得到溶液I，石墨烯的重量份數(shù)為110份；
所述石墨烯的制備方法為將天然鱗片石墨、過硫酸鉀和五氧化二磷按照1:1:1的重量份比值加入到IOml/份的濃硫酸中，超聲lOmin，在80攝氏度下攪拌2小時(shí)；然后再加入一定量的高錳酸鉀，并在冰浴的條件下攪拌2小時(shí)；之后在室溫下加入1000ml/份的去離子水，室溫?cái)嚢?小時(shí)；攪拌結(jié)束后，再加入8ml/份的雙氧水，獲得亮黃色的氧化石墨烯的懸浮液；分離提純后，得到純凈的石墨烯
步驟2):將TEOS在乙醇溶液中水解，制備出10納米的二氧化硅納米顆粒；通過離心分離等作用，得到純凈的二氧化硅顆粒，再取質(zhì)量份數(shù)3份無機(jī)二氧化硅納米顆粒分散在水溶液中，得到溶液II ;
步驟3):通過常規(guī)制備納米銅顆粒的方法制備30納米的無機(jī)金屬銅納米顆粒，通過加入表面活性劑PVP，得到在水溶液中分布均勻的銅納米顆粒，其中銅納米顆粒的質(zhì)量份數(shù)為5份，得到溶液III ;步驟4):在攪拌的條件下，往溶液I中加入表面活性劑I重量份的PVP，然后再加入I重量份的中和劑丙醇胺、I重量份的流平劑丁醚、I重量份的消泡劑和2重量份的交聯(lián)劑，控制溫度為60°C，當(dāng)加入完畢之后，并攪拌30min，得到溶液V ；
步驟5):在攪拌的條件下，往溶液V中滴加溶液II和溶液III，控制溫度為60°C，并控制溫度為100°C，加入完畢之后，攪拌30min，即可獲得高性能的復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料。
[0015]實(shí)施例2:
一種高性能的復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料的制備方法，其包含以下制備步驟步驟I):將天然鱗片石墨在過硫酸鉀、五氧化二磷、濃硫酸、高錳酸鉀和雙氧水的作用下，制備得到氧化石墨烯；將所制備的氧化石墨烯在水溶液中分散，得到溶液I，石墨烯的重量份數(shù)為110份；
所述石墨烯的制備方法為將天然鱗片石墨、過硫酸鉀和五氧化二磷按照1:1:1的重量份比值加入到IOml/份的濃硫酸中，超聲lOmin，在80攝氏度下攪拌2小時(shí)；然后再加入一定量的高錳酸鉀，并在冰浴的條件下攪拌2小時(shí)；之后在室溫下加入1000ml/份的去離子水，室溫?cái)嚢?小時(shí)；攪拌結(jié)束后，再加入8ml/份的雙氧水，獲得亮黃色的氧化石墨烯的懸浮液；分離提純后，得到純凈的石墨烯
步驟2):將TEOS在乙醇溶液中水解，制備出100納米的二氧化硅納米顆粒；通過離心分離等作用，得到純凈的二氧化硅顆粒，再取質(zhì)量份數(shù)5份無機(jī)二氧化硅納米顆粒分散在水溶液中，得到溶液II ;
步驟3):通過常規(guī)制備納米銅顆粒的方法制備70納米的無機(jī)金屬銅納米顆粒，通過加入表面活性劑PVP，得到在水溶液中分布均勻的銅納米顆粒，其中銅納米顆粒的質(zhì)量份數(shù)為7份，得到溶液III ；
步驟4):在攪拌的條件下，往溶液I中加入表面活性劑I重量份的PVP，然后再加入I重量份的中和劑丙醇胺、I重量份的流平劑丁醚、I重量份的消泡劑和2重量份的交聯(lián)劑，控制溫度為60°C，當(dāng)加入完畢之后，并攪拌30min，得到溶液V ；
步驟5):在攪拌的條件下，往溶液V中滴加溶液II和溶液III，控制溫度為60°C，并控制溫度為100°C，加入完畢之后，攪拌30min，即可獲得高性能的復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料。
[0016]實(shí)施例3:
一種高性能的復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料的制備方法，其包含以下制備步驟步驟I):將天然鱗片石墨在過硫酸鉀、五氧化二磷、濃硫酸、高錳酸鉀和雙氧水的作用下，制備得到氧化石墨烯；將所制備的氧化石墨烯在水溶液中分散，得到溶液I，石墨烯的重量份數(shù)為115份；
所述石墨烯的制備方法為將天然鱗片石墨、過硫酸鉀和五氧化二磷按照1:1:1的重量份比值加入到IOml/份的濃硫酸中，超聲lOmin，在80攝氏度下攪拌2小時(shí)；然后再加入一定量的高錳酸鉀，并在冰浴的條件下攪拌2小時(shí)；之后在室溫下加入1000ml/份的去離子水，室溫?cái)嚢?小時(shí)；攪拌結(jié)束后，再加入8ml/份的雙氧水，獲得亮黃色的氧化石墨烯的懸浮液；分離提純后，得到純凈的石墨烯
步驟2):將TEOS在乙醇溶液中水解，制備出100納米的二氧化硅納米顆粒；通過離心分離等作用，得到純凈的二氧化硅顆粒，再取質(zhì)量份數(shù)3份無機(jī)二氧化硅納米顆粒分散在水溶液中，得到溶液II ;步驟3):通過常規(guī)制備納米銅顆粒的方法制備100納米的無機(jī)金屬銅納米顆粒，通過加入表面活性劑PVP，得到在水溶液中分布均勻的銅納米顆粒，其中銅納米顆粒的質(zhì)量份數(shù)為5份，得到溶液III ；
步驟4):在攪拌的條件下，往溶液I中加入表面活性劑2重量份的PVP，然后再加入2重量份的中和劑丙醇胺、2重量份的流平劑丁醚、2重量份的消泡劑和2重量份的交聯(lián)劑，控制溫度為60°C，當(dāng)加入完畢之后，并攪拌30min，得到溶液V ;
步驟5):在攪拌的條件下，往溶液V中滴加溶液II和溶液III，控制溫度為80°C，并控制溫度為100°C，加入完畢之后，攪拌60min，即可獲得高性能的復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料。
[0017]實(shí)施例4:
一種高性能的復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料的制備方法，其包含以下制備步驟
步驟I):將天然鱗片石墨在過硫酸鉀、五氧化二磷、濃硫酸、高錳酸鉀和雙氧水的作用下，制備得到氧化石墨烯；將所制備的氧化石墨烯在水溶液中分散，得到溶液I，石墨烯的重量份數(shù)為115份；
所述石墨烯的制備方法為將天然鱗片石墨、過硫酸鉀和五氧化二磷按照1:1:1的重量份比值加入到IOml/份的濃硫酸中，超聲lOmin，在80攝氏度下攪拌2小時(shí)；然后再加入一定量的高錳酸鉀，并在冰浴的條件下攪拌2小時(shí)；之后在室溫下加入1000ml/份的去離子水，室溫?cái)嚢?小時(shí)；攪拌結(jié)束后，再加入8ml/份的雙氧水，獲得亮黃色的氧化石墨烯的懸浮液；分離提純后，得到純凈的石墨烯
步驟2):將TEOS在乙醇溶液中水解，制備出10納米的二氧化硅納米顆粒；通過離心分離等作用，得到純凈的二氧化硅顆粒，再取質(zhì)量份數(shù)3份無機(jī)二氧化硅納米顆粒分散在水溶液中，得到溶液II ;
步驟3):通過常規(guī)制備納米銅顆粒的方法制備30納米的無機(jī)金屬銅納米顆粒，通過加入表面活性劑PVP，得到在水溶液中分布均勻的銅納米顆粒，其中銅納米顆粒的質(zhì)量份數(shù)為5份，得到溶液III ;
步驟4):在攪拌的條件下，往溶液I中加入表面活性劑2重量份的PVP，然后再加入2重量份的中和劑丙醇胺、2重量份的流平劑丁醚、2重量份的消泡劑和I重量份的交聯(lián)劑，控制溫度為60°C，當(dāng)加入完畢之后，并攪拌30min，得到溶液V ；
步驟5):在攪拌的條件下，往溶液V中滴加溶液II和溶液III，控制溫度為60°C，并控制溫度為100°C，加入完畢之后，攪拌30min，即可獲得高性能的復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料。
[0018]實(shí)施例5:
一種高性能的復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料的制備方法，其包含以下制備步驟
步驟I):將天然鱗片石墨在過硫酸鉀、五氧化二磷、濃硫酸、高錳酸鉀和雙氧水的作用下，制備得到氧化石墨烯；將所制備的氧化石墨烯在水溶液中分散，得到溶液I，石墨烯的重量份數(shù)為100份；
所述石墨烯的制備方法為將天然鱗片石墨、過硫酸鉀和五氧化二磷按照1:1:1的重量份比值加 入到IOml/份的濃硫酸中，超聲lOmin，在80攝氏度下攪拌2小時(shí)；然后再加入一定量的高錳酸鉀，并在冰浴的條件下攪拌2小時(shí)；之后在室溫下加入1000ml/份的去離子水，室溫?cái)嚢?小時(shí)；攪拌結(jié)束后，再加入8ml/份的雙氧水，獲得亮黃色的氧化石墨烯的懸浮液；分離提純后，得到純凈的石墨烯步驟2):將TEOS在乙醇溶液中水解，制備出60納米的二氧化硅納米顆粒；通過離心分離等作用，得到純凈的二氧化硅顆粒，再取質(zhì)量份數(shù)8份無機(jī)二氧化硅納米顆粒分散在水溶液中，得到溶液II ;
步驟3):通過常規(guī)制備納米銅顆粒的方法制備60納米的無機(jī)金屬銅納米顆粒，通過加入表面活性劑PVP，得到在水溶液中分布均勻的銅納米顆粒，其中銅納米顆粒的質(zhì)量份數(shù)為7份，得到溶液III ;
步驟4):在攪拌的條件下，往溶液I中加入表面活性劑2重量份的PVP，然后再加入2重量份的中和劑丙醇胺、2重量份的流平劑丁醚、2重量份的消泡劑和2重量份的交聯(lián)劑，控制溫度為60°C，當(dāng)加入完畢之后，并攪拌30min，得到溶液V ；
步驟5):在攪拌的條件下，往溶液V中滴加溶液II和溶液III，控制溫度為60°C，并控制溫度為 100°C，加入完畢之后，攪拌30min，即可獲得高性能的復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料。
【權(quán)利要求】
1.一種高性能的復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料的制備方法，其特征在于:包含以下制備步驟 步驟I):將天然鱗片石墨在過硫酸鉀、五氧化二磷、濃硫酸、高錳酸鉀和雙氧水的作用下，制備得到氧化石墨烯；將所制備的氧化石墨烯在水溶液中分散，得到溶液I，石墨烯的重量份數(shù)為100-115份； 步驟2):將TEOS在乙醇溶液中水解，制備出10-100納米的二氧化硅納米顆粒；通過離心分離等作用，得到純凈的二氧化硅顆粒，再取質(zhì)量份數(shù)3-8份無機(jī)二氧化硅納米顆粒分散在水溶液中，得到溶液II ； 步驟3):通過常規(guī)制備納米銅顆粒的方法制備30-100納米的無機(jī)金屬銅納米顆粒，通過加入表面活性劑PVP，得到在水溶液中分布均勻的銅納米顆粒，其中銅納米顆粒的質(zhì)量份數(shù)為5-7份，得到溶液III ; 步驟4):在攪拌的條件下，往溶液I中加入表面活性劑1-2重量份的PVP，然后再加入1-2重量份的中和劑丙醇胺、1-2重量份的流平劑丁醚、1-2重量份的消泡劑和2-3重量份的交聯(lián)劑，控制溫度為60-80°C，當(dāng)加入完畢之后，并攪拌30-60min，得到溶液V ； 步驟5):在攪拌的條件下，往溶液V中滴加溶液II和溶液III，控制溫度為60-100°C，并控制溫度為100-110°C，加入完畢之后，攪拌30-60min，即可獲得高性能的復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料。
2.如權(quán)利要求1所述的高性能的復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料，其特征在于: 所述石墨烯的制備方法為將天然鱗片石墨、過硫酸鉀和五氧化二磷按照1:1:1的重量份比值加入到1Oml/份的濃硫酸中，超聲lOmin，在80攝氏度下攪拌2小時(shí)；然后再加入一定量的高錳酸鉀，并在冰浴的條件下攪拌2小時(shí)；之后在室溫下加入1000ml/份的去離子水，室溫?cái)嚢?小時(shí)；攪拌結(jié)束后，再加入8ml/份的雙氧水，獲得亮黃色的氧化石墨烯的懸浮液；分離提純后，得到純凈的石墨烯。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高性能的復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料，其特征在于: 二氧化硅的直徑為50nm。
4.如權(quán)利要求3 所述的高性能的復(fù)合石墨烯導(dǎo)電涂料，其特征在于: 銅的直徑為50nm。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK103897461SQ201410159887
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】黃曉明, 姚海波 申請(qǐng)人:蘇州鉉動(dòng)三維空間科技有限公司