本發(fā)明主要屬導(dǎo)電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含有物理剝離石墨烯的導(dǎo)電涂層材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
石墨烯的共軛結(jié)構(gòu)使之具有很高的電子遷移率和優(yōu)異的電學(xué)性能。石墨烯的熱導(dǎo)率達(dá)5000W/(m·K)，是良好的導(dǎo)熱體。石墨烯獨(dú)特的載流子特性，使其電子遷移率達(dá)到2×105cm2/(V·s)，超過硅100倍，且?guī)缀醪浑S溫度變化而變化。石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)電性能，優(yōu)于銀粉、銅粉等導(dǎo)電材料，并具備優(yōu)異的機(jī)械性能及熱性能，是極佳的導(dǎo)電涂層材料添加劑，石墨烯的利用可以開創(chuàng)導(dǎo)電涂層材料新局面。
同時(shí)，石墨烯涂層材料具有抗靜電性。抗靜電涂層材料用途廣泛，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，對抗靜電涂層材料的抗靜電性能的要求越來越高。石墨烯所具有的高導(dǎo)電性、強(qiáng)力學(xué)性能等特點(diǎn)，有利于制備高性能、高強(qiáng)度的抗靜電涂層材料。
石墨烯可分為物理剝離石墨烯、還原氧化石墨烯、改性石墨烯、氧化石墨烯。其中氧化石墨烯在溶劑中有很好的分散穩(wěn)定性也容易規(guī)?；a(chǎn)，但是由于氧化石墨烯內(nèi)部含有大量的官能團(tuán)導(dǎo)致其存在大量的結(jié)構(gòu)缺陷，使其導(dǎo)電性能下降。改性石墨烯有很好的分散性，但其生產(chǎn)工藝繁瑣產(chǎn)率低。還原的氧化石墨烯同樣存在大量的結(jié)構(gòu)缺陷降低其導(dǎo)電性能。
物理剝離石墨烯結(jié)構(gòu)缺陷小，可大規(guī)模生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝簡單，在導(dǎo)電涂層材料中有很大的應(yīng)用前景。但是由于物理剝離石墨烯的分散性能差，在現(xiàn)有的導(dǎo)電涂層材料的制備技術(shù)中，很難將物理剝離石墨烯穩(wěn)定地分散于材料中。并且由于物理剝離石墨烯的分散性能差，很難利用其制備水性導(dǎo)電涂層材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對上述問題，本發(fā)明提供了一種含有物理剝離石墨烯的導(dǎo)電涂層材料及其制備方法，本發(fā)明通過添加基體樹脂與助劑使石墨烯能穩(wěn)定的分散在材料中，制備獲得具有優(yōu)異導(dǎo)電性的導(dǎo)電涂層材料；同時(shí)本發(fā)明還通過水性樹脂的添加制備獲得水性導(dǎo)電涂層材料。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種含有物理剝離石墨烯的導(dǎo)電涂層材料，所述導(dǎo)電涂層材料中的導(dǎo)電成分為物理剝離石墨烯粉體，所述導(dǎo)電涂層材料還包括基體樹脂、溶劑和助劑；根據(jù)所述溶劑類型的不同，所述導(dǎo)電涂層材料分為水性涂層材料和溶劑型涂層材料兩種；其中，所述物理剝離石墨烯為機(jī)械剝離石墨烯、微波剝離石墨烯、超臨界CO2剝離石墨烯或超聲剝離石墨烯；物理剝離石墨烯為主要不含羥基、環(huán)氧、羧基等有機(jī)官能管的石墨烯，結(jié)構(gòu)缺陷少碳含量高，因而其導(dǎo)電性能優(yōu)于還原氧化石墨烯；所述物理剝離石墨烯中的碳含量為85-99.8％，粒度大小為50-5000目。
進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電涂層材料含有下列重量份的組分：物理剝離石墨烯粉體1-30份、基體樹脂9-30份、溶劑40-80份、助劑0.1-10份。物理剝離石墨烯與其它方法制備的石墨烯相比有著更優(yōu)異的導(dǎo)電性能，但由于其分散性差導(dǎo)致其在涂層材料中的使用性受限受限，本方法通過加入基體樹脂、助劑的方法使是石墨烯能穩(wěn)定分散在涂層材料中，提高了導(dǎo)電涂層材料的導(dǎo)電性能。
進(jìn)一步地，當(dāng)所述溶劑為N-甲基吡咯烷酮、二氧六環(huán)、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、丁酮、環(huán)己酮、醋酸丁酯、醋酸乙酯、乙醇、乙二醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、1,4-丁二醇、異辛醇、二甘醇、苯、甲苯和二甲苯中任意一種時(shí)，制備獲得的導(dǎo)電涂層材料為溶劑型涂層材料；當(dāng)所述溶劑為水時(shí)，制備獲得的導(dǎo)電涂層材料為水性涂層材料。
進(jìn)一步地，當(dāng)制備溶劑型涂層材料時(shí)，選用的基體樹脂為所述基體樹脂為聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚苯撐乙烯、聚対苯、環(huán)氧樹脂、醇酸樹脂和酚醛樹脂中的任意一種；制備水性涂層材料時(shí)，選用的基體樹脂為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇和水性丙烯酸樹脂中任意一種。
其中，制備水性涂層材料，溶劑為水時(shí)，選用聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇和水性丙烯酸樹脂中任意一種作為基體樹脂的原因?yàn)椋荷鲜鏊姆N基體樹脂為水性聚合物，溶劑為水時(shí)，選用水性聚合物能夠使物理剝離石墨烯表面包裹水性聚合物，水性聚合物能穩(wěn)定分散在水中，從而使石墨烯也穩(wěn)定的分散在水中；所述水性聚合物為聚乙烯吡咯、聚乙烯醇、聚乙二醇、和水性丙烯酸樹脂中的任意一種；
進(jìn)一步地，所述助劑為助劑包括分散劑、流平劑、消泡劑和偶聯(lián)劑。
進(jìn)一步地，所述分散劑為離子型分散劑或高分子型分散劑。
進(jìn)一步地，所述流平劑為有機(jī)硅流平劑、丙烯酸流平劑和氟碳化合物流平劑中的任意一種。
進(jìn)一步地，所述消泡劑為水性消泡劑、聚合物消泡劑和有機(jī)硅消泡劑中的任意一種。
進(jìn)一步地，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑。
一種含有物理剝離石墨烯的導(dǎo)電涂層材料的制備方法，用于制備所述一種含有物理剝離石墨烯的導(dǎo)電涂層材料，所述方法具體包括以下步驟：
(1)原料準(zhǔn)備：分別稱取以下重量份的組分：物理剝離石墨烯粉體1-30份、基體樹脂9-30份、溶劑40-80份和助劑0.1-10份；
(2)基體樹脂溶液的制備：取基體樹脂9-30份溶解于20-30份溶劑中，攪拌至完全溶解，獲得基體樹脂溶液；
(3)石墨烯漿料的制備：取物理剝離石墨烯粉體1-30份溶解于20-50份溶劑中，超聲處理獲得石墨烯漿料，所述超聲處理的條件為：超聲處理溫度范圍為30-80℃，超聲功率為100-800W超聲時(shí)間1-10h。；其中超聲分散能夠使物理剝離石墨烯粉體均勻分散于石墨烯漿料中，超聲分散條件需嚴(yán)格控制，否則將影響分散效果。
(4)導(dǎo)電涂層材料的制備：將步驟(2)與步驟(3)制備獲得的基體樹脂溶液和石墨烯漿料進(jìn)行混合，然后加入助劑0.1-10份混合均勻，采用高速分散機(jī)分散進(jìn)行分散，分散速度為1000-3000r/min，分散時(shí)間為30-90min；其中，所述助劑為助劑包括分散劑、流平劑、消泡劑和偶聯(lián)劑；其中，高速分散步驟必不可少，在分散速度為1000-3000r/min，分散時(shí)間為30-90min的高速分散條件下，物理剝離石墨烯能夠與基體樹脂的充分結(jié)合，增加石墨烯在導(dǎo)電涂層材料中的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的有益技術(shù)效果：
(1)本發(fā)明導(dǎo)電涂層材料具備優(yōu)異的導(dǎo)電性能、使用方便適合涂敷及印刷；
(2)根據(jù)所述溶劑類型的不同，所述導(dǎo)電涂層材料分為水性涂層材料和溶劑型涂層材料兩種，可根據(jù)不同需求靈活調(diào)整。
(3)本發(fā)明使用的是物理剝離石墨烯，物理剝離石墨烯幾乎不含有機(jī)官能，結(jié)構(gòu)缺陷少，與其他石墨烯相比有更加優(yōu)異的導(dǎo)電性能；并且本發(fā)明通過添加基體樹脂以及助劑，并通過控制制備工藝，使物理剝離石墨烯穩(wěn)定地分散于導(dǎo)電涂層材料中，克服了物理剝離石墨烯分散性差的缺點(diǎn)。
附圖說明
圖1為本發(fā)明一種含有物理剝離石墨烯的導(dǎo)電涂層材料的制備方法流程圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對本發(fā)明有更好的了解，在下文對本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。
實(shí)施例1
稱取9份聚乙烯吡咯烷酮溶于30份的N-甲基吡咯烷酮中，獲得聚乙烯吡咯烷酮溶液。取9份50目的物理剝離石墨烯粉體加入40份N-甲基吡咯烷酮中，超聲2h,超聲功率500W超聲溫度30℃，獲得石墨烯漿料。將聚乙烯吡咯烷酮溶液與超聲后獲得的石墨烯漿料混合在一起加入3份分散劑(BYK161)、3份流平劑(BYK361)、3份消泡劑(BYK088)、3份偶聯(lián)劑(KH550)高速分散機(jī)分散，分散速度2000r/min，分散時(shí)間30min。制備獲得的導(dǎo)電涂層材料的電阻率見表1。
實(shí)施例2
稱取9份聚乙烯吡咯烷酮溶于30份的二氧六環(huán)中。取9份50目的高品質(zhì)物理剝離石墨烯粉體加入40份二氧六環(huán)超聲2h,超聲功率400W超聲溫度30℃。將聚乙烯吡咯烷酮溶液與超聲后的石墨烯漿料混合在一起加入3份分散劑(BYK110)、3份流平劑(BYK356)、3份消泡劑(BYK057)、3份偶聯(lián)劑(KH560)高速分散機(jī)分散，分散速度1000r/min，分散時(shí)間60min。制備獲得的導(dǎo)電涂層材料的電阻率見表1。
實(shí)施例3
稱取17份聚乙烯吡咯烷酮溶于30份的N,N-二甲基甲酰胺中。取1份50目的高品質(zhì)物理剝離石墨烯粉體加入40份N,N-二甲基甲酰中胺超聲4h,超聲功率500W超聲溫度30℃。將聚乙烯吡咯烷酮溶液與超聲后的石墨烯漿料混合在一起加入3份分散劑(BYK168)、3份流平劑(BYK399)、3份消泡劑(BYK052)、3份偶聯(lián)劑(KH560)高速分散機(jī)分散，分散速度2000r/min，分散時(shí)間50min。制備獲得的導(dǎo)電涂層材料的電阻率見表1。
實(shí)施例4
稱取9份聚乙烯吡咯烷酮溶于30份的水中。取9份50目的高品質(zhì)物理剝離石墨烯粉體加入40份水中超聲10h,超聲功率100W超聲溫度80℃。將聚乙烯吡咯烷酮溶液與超聲后的石墨烯漿料混合在一起加入3份分散劑(BYK161)、3份流平劑(BYK399)、3份消泡劑(BYK025)、3份偶聯(lián)劑(KH550)高速分散機(jī)分散，分散速度1500r/min，分散時(shí)間30min。制備獲得的導(dǎo)電涂層材料的電阻率見表1。
實(shí)施例5
稱取9份聚乙烯吡咯烷酮溶于30份的N-甲基吡咯烷酮中。取9份5000目的高品質(zhì)物理剝離石墨烯粉體加入40份N-甲基吡咯烷酮超聲6h,超聲功率300W超聲溫度50℃。將聚乙烯吡咯烷酮溶液與超聲后的石墨烯漿料混合在一起加入3份分散劑(BYK2164)、3份流平劑(BYK361)、3份消泡劑(BYK088)、3份偶聯(lián)劑(鈦酸酯)高速分散機(jī)分散，分散速度3000r/min，分散時(shí)間90min。制備獲得的導(dǎo)電涂層材料的電阻率見表1。
實(shí)施例6
稱取30份聚乙烯吡咯烷酮溶于20份的N-甲基吡咯烷酮中。取9份400目的高品質(zhì)物理剝離石墨烯粉體加入20份N-甲基吡咯烷酮超聲1h,超聲功率600W超聲溫度40℃。將聚乙烯吡咯烷酮溶液與超聲后的石墨烯漿料混合在一起加入3份分散劑(BYK161)、3份流平劑(BYK361)、3份消泡劑(BYK088)、3份偶聯(lián)劑(KH550)高速分散機(jī)分散，分散速度2400r/min，分散時(shí)間30min。制備獲得的導(dǎo)電涂層材料的電阻率見表1。
實(shí)施例7
稱取30份聚乙烯吡咯烷酮溶于9份的丙酮中。取20份400目的高品質(zhì)物理剝離石墨烯粉體加入20份丙酮超聲1h,超聲功率800W超聲溫度60℃。將聚乙烯吡咯烷酮溶液與超聲后的石墨烯漿料混合在一起加入3份分散劑(BYK161)、3份流平劑(BYK361)、3份消泡劑(BYK088)、3份偶聯(lián)劑(KH550)高速分散機(jī)分散，分散速度2000r/min，分散時(shí)間30min。制備獲得的導(dǎo)電涂層材料的電阻率見表1。
實(shí)施例8
稱取9份聚乙烯醇溶于30份的N-甲基吡咯烷酮中。取9份50目的高品質(zhì)物理剝離石墨烯粉體加入40份N-甲基吡咯烷酮超聲2h,超聲功率600W超聲溫度60℃。將聚乙烯吡咯烷酮溶液與超聲后的石墨烯漿料混合在一起加入3份分散劑(BYK161)、3份流平劑(BYK361)、3份消泡劑(BYK088)、3份偶聯(lián)劑(KH550)高速分散機(jī)分散，分散速度2000r/min，分散時(shí)間90min。制備獲得的導(dǎo)電涂層材料的電阻率見表1。
實(shí)施例9
稱取9份聚乙二醇溶用于30份的純苯。取9份50目的高品質(zhì)物理剝離石墨烯粉體加入40份純苯超聲2h,超聲功率500W超聲溫度30℃。將聚乙烯吡咯烷酮溶液與超聲后的石墨烯漿料混合在一起加入3份分散劑(BYK161)、3份流平劑(BYK361)、3份消泡劑(BYK088)、3份偶聯(lián)劑(KH550)高速分散機(jī)分散，分散速度1800r/min，分散時(shí)間30min。制備獲得的導(dǎo)電涂層材料的電阻率見表1。
實(shí)施例10
稱取9份聚苯胺溶于30份的N-甲基吡咯烷酮中。取9份50目的高品質(zhì)物理剝離石墨烯粉體加入40份N-甲基吡咯烷酮超聲2h,超聲功率400W超聲溫度30℃。將聚乙烯吡咯烷酮溶液與超聲后的石墨烯漿料混合在一起加入3份分散劑(BYK161)、3份流平劑(BYK361)、3份消泡劑(BYK088)、3份偶聯(lián)劑(KH550)高速分散機(jī)分散，分散速度2500r/min，分散時(shí)間60min。制備獲得的導(dǎo)電涂層材料的電阻率見表1。
實(shí)施例11
稱取9份聚吡咯溶于30份的丁醇。取9份50目的高品質(zhì)物理剝離石墨烯粉體加入40份丁醇超聲2h,超聲功率500W超聲溫度30℃。將聚乙烯吡咯烷酮溶液與超聲后的石墨烯漿料混合在一起加入3份分散劑(BYK161)、3份流平劑(BYK361)、3份消泡劑(BYK088)、3份偶聯(lián)劑(KH550)高速分散機(jī)分散，分散速度2000r/min，分散時(shí)間30min。制備獲得的導(dǎo)電涂層材料的電阻率見表1。
實(shí)施例12
稱取9份聚苯撐乙烯溶于30份的N-甲基吡咯烷酮中。取9份50目的高品質(zhì)物理剝離石墨烯粉體加入40份N-甲基吡咯烷酮超聲5h,超聲功率300W超聲溫度30℃。將聚乙烯吡咯烷酮溶液與超聲后的石墨烯漿料混合在一起加入3份分散劑(BYK161)、3份流平劑(BYK361)、3份消泡劑(BYK088)、3份偶聯(lián)劑(KH550)高速分散機(jī)分散，分散速度2600r/min，分散時(shí)間40min。制備獲得的導(dǎo)電涂層材料的電阻率見表1。
實(shí)施例13
稱取9份聚対苯溶于30份的N-甲基吡咯烷酮中。取9份50目的高品質(zhì)物理剝離石墨烯粉體加入40份N-甲基吡咯烷酮超聲6h,超聲功率200W超聲溫度30℃。將聚乙烯吡咯烷酮溶液與超聲后的石墨烯漿料混合在一起加入3份分散劑(BYK161)、3份流平劑(BYK361)、3份消泡劑(BYK088)、3份偶聯(lián)劑(KH550)高速分散機(jī)分散，分散速度2000r/min，分散時(shí)間30min。制備獲得的導(dǎo)電涂層材料的電阻率見表1。
實(shí)施例14
稱取9份聚乙炔溶于30份的N-甲基吡咯烷酮中。取9份50目的高品質(zhì)物理剝離石墨烯粉體加入40份N-甲基吡咯烷酮超聲2h,超聲功率500W超聲溫度30℃。將聚乙烯吡咯烷酮溶液與超聲后的石墨烯漿料混合在一起加入3份分散劑(BYK161)、3份流平劑(BYK361)、3份消泡劑(BYK088)、3份偶聯(lián)劑(KH550)高速分散機(jī)分散，分散速度1800r/min，分散時(shí)間60min。制備獲得的導(dǎo)電涂層材料的電阻率見表1。
實(shí)施例15
稱取9份環(huán)氧樹脂溶于30份的丁酮。取9份50目的高品質(zhì)物理剝離石墨烯粉體加入40份丁酮1h,超聲功率500W超聲溫度30℃。將聚乙烯吡咯烷酮溶液與超聲后的石墨烯漿料混合在一起加入3份分散劑(BYK161)、3份流平劑(BYK361)、3份消泡劑(BYK088)、3份偶聯(lián)劑(KH550)高速分散機(jī)分散，分散速度2400r/min，分散時(shí)間30min。
實(shí)施例16
稱取9份丙烯酸樹脂溶于30份的二甲苯。取9份50目的高品質(zhì)物理剝離石墨烯粉體加入40份二甲苯2h,超聲功率400W超聲溫度30℃。將聚乙烯吡咯烷酮溶液與超聲后的石墨烯漿料混合在一起加入3份分散劑(BYK161)、3份流平劑(BYK361)、3份消泡劑(BYK088)、3份偶聯(lián)劑(KH550)高速分散機(jī)分散，分散速度2000r/min，分散時(shí)間30min。制備獲得的導(dǎo)電涂層材料的電阻率見表1。
實(shí)施例17
稱取9份酚醛樹脂溶于30份的丙酮。取9份50目的高品質(zhì)物理剝離石墨烯粉體加入40份丙酮2h,超聲功率500W超聲溫度50℃。將聚乙烯吡咯烷酮溶液與超聲后的石墨烯漿料混合在一起加入3份分散劑(BYK161)、3份流平劑(BYK361)、3份消泡劑(BYK088)、3份偶聯(lián)劑(KH550)高速分散機(jī)分散，分散速度2600r/min，分散時(shí)間30min。制備獲得的導(dǎo)電涂層材料的電阻率見表1。
由實(shí)施例1-17制備獲得的導(dǎo)電材料的電阻率可知：加入物理剝離石墨烯后的涂層材料的電阻率都在10-3的數(shù)量級，遠(yuǎn)小于純基體樹脂的電阻率，純基體樹脂的電阻率的數(shù)量級一般為1013-1016。并且隨著物理剝離石墨烯粉的量的增加導(dǎo)電涂層的電阻率越低，即隨著物理剝離石墨烯粉添加量的增多，導(dǎo)電涂層的導(dǎo)電性能越好。
表1實(shí)施例1-17制備獲得的導(dǎo)電涂層材料的電阻率