本發(fā)明提供了一種石墨充分加工利用的方法，具體涉及一種對(duì)石墨進(jìn)行分級(jí)提煉并分別對(duì)應(yīng)制備不同性能的碳系水性導(dǎo)電油墨的方法，屬于油墨技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

石墨是一種重要的工業(yè)原料，其用途十分廣泛。由于石墨具有導(dǎo)電性，因此在油墨領(lǐng)域人們?cè)谥苽鋵?dǎo)電油墨時(shí)，常會(huì)將石墨作為導(dǎo)電填料進(jìn)行添加。然而，由于不同性能的導(dǎo)電油墨對(duì)于所添加的石墨的粒徑有著不同的要求，因此人們?cè)谥苽淠骋环N導(dǎo)電油墨時(shí)，都需要事先將石墨研磨至適當(dāng)?shù)牧椒秶?，然后再進(jìn)行添加。

然而，所研磨出的石墨微粒的粒徑是呈正態(tài)分布的，并非所有的石墨微粒的粒徑都位于所要求的范圍之內(nèi)，甚至有一些微粒的粒徑相差甚遠(yuǎn)。直接將研磨后的石墨微粒一股腦添加進(jìn)油墨中，會(huì)對(duì)其導(dǎo)電性能造成一定的影響，同時(shí)也導(dǎo)致了石墨的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種對(duì)石墨進(jìn)行分級(jí)提煉并分別制備不同性能的碳系水性導(dǎo)電油墨的方法，該方法首先對(duì)石墨進(jìn)行分級(jí)提煉，然后將不同品級(jí)的石墨微粒分別針對(duì)制備不同性能的碳系水性導(dǎo)電油墨，能夠?qū)κM(jìn)行充分利用，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術(shù)方案為：

一種對(duì)石墨進(jìn)行分級(jí)提煉并分別制備不同性能的碳系水性導(dǎo)電油墨的方法，包括以下步驟：(1)研磨：首先利用球磨機(jī)，通過沖擊、研磨、摩擦，將粒徑小于1mm的天然鱗片石墨研磨至平均粒徑小于10μm，研磨出的石墨顆粒的粒徑分布符合正態(tài)分布；

(2)分級(jí)：首先采用分選篩篩分出粒徑100μm以上的石墨顆粒，然后對(duì)剩余的石墨顆粒采用離心式分級(jí)，依據(jù)顆粒沉降速度的不同，對(duì)粒徑不同的石墨顆粒進(jìn)行分級(jí)，得到粒徑分布在30～100μm的石墨粉、粒徑分布在15～30μm的石墨粉、粒徑分布為1～15μm的石墨粉以及粒徑小于1μm的亞微米級(jí)石墨微粒；

(3)原料配比：按照填料60～70％，樹脂液25～35％，助劑3～7％稱取各原料，其中樹脂液由固態(tài)樹脂連結(jié)料和樹脂溶劑混合而成，各原料的具體組分如以下A、B、C、D所示：

(4)混合、研磨：將上述配方A、B、C、D中的原料分別送入四個(gè)不同的分散釜內(nèi)攪拌，控制攪拌速度為400～500rpm，溫度為30～40℃，充分?jǐn)嚢柚粱旌暇鶆蚝蟮玫剿姆N導(dǎo)電油墨粗漿；再將以上四種導(dǎo)電油墨粗漿移至研磨機(jī)內(nèi)研磨，研磨時(shí)間0.5～4小時(shí)，最后將研磨好的物料過濾，即得到四種不同的導(dǎo)電油墨成品。

所述樹脂液中固態(tài)樹脂連結(jié)料和樹脂溶劑的質(zhì)量比為3～4:6～7。

配方A、B、C、D中樹脂溶劑均由去離子水和乙醇按照1:1的質(zhì)量比混合而成。

配方A、B、C中消泡劑均為聚二甲基硅氧烷，流平劑均為氟化硅氧烷混合物，三者中消泡劑與流平劑的質(zhì)量比均為1:1。

配方D中：消泡劑為聚二甲基硅氧烷，流平劑為氟化硅氧烷混合物，增稠劑為締合型非離子型疏水改性聚氨酯型增稠劑PS 166，三者的質(zhì)量比為1:1:3。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明中首先對(duì)油墨進(jìn)行了分級(jí)，篩分出了其中粒徑100μm以上的石墨顆粒，再對(duì)剩余的石墨顆粒采用離心式分級(jí)，依據(jù)顆粒沉降速度的不同，對(duì)粒徑不同的石墨顆粒進(jìn)行分級(jí)。因此本發(fā)明能夠?qū)κM(jìn)行充分的使用，使各不同品級(jí)的石墨發(fā)揮其各自的功效，同時(shí)也避免了因石墨粒徑差異過大而導(dǎo)致影響所制備油墨的導(dǎo)電性能。2、本發(fā)明中針對(duì)不同品級(jí)的油墨，分別設(shè)計(jì)了不同的配方，所設(shè)計(jì)的配方中充分考慮到了不同品級(jí)石墨在性能和價(jià)格上的差異性，所對(duì)應(yīng)制備出的四種碳系水性導(dǎo)電油墨能夠發(fā)揮出石墨最大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)具體的說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于以下實(shí)施例。

首先利用球磨機(jī)，通過沖擊、研磨、摩擦，將購(gòu)買的小于1mm的天然鱗片石墨的石墨設(shè)定研磨到至10μm，然而由于研磨工藝水平限制，研磨出的石墨顆粒分布符合正態(tài)分布，但是仍主要集中在10μm。

在成品中很大部分研磨后的顆粒粒徑不是10μm。由于篩分對(duì)于100μm以上顆粒分級(jí)效率較高，因此首先用石墨粗細(xì)分選篩將大于100μm的石墨顆粒選出。

之后利用離心式分級(jí)原理對(duì)各個(gè)大小的石墨顆粒進(jìn)行分級(jí)。由于重力場(chǎng)對(duì)微細(xì)顆粒的作用力太小，使得微細(xì)顆粒難以進(jìn)行分級(jí)，需要采用離心力場(chǎng)來代替重力場(chǎng)達(dá)到強(qiáng)化分級(jí)的目的。在離心場(chǎng)中，由于離心加速度比重力加速度大得多，相同粒徑的顆粒在離心力場(chǎng)中的沉降速度更快，沉降相同距離所需要的時(shí)間大大縮短。

粒度為d，旋轉(zhuǎn)半徑為r的顆粒在重力場(chǎng)匯總沉降，其沉降末速公式是：

${\mathrm{\υ}}_{0r}=\frac{d^{2}a}{18\mathrm{\η}}(\mathrm{\δ}-\mathrm{\ρ})=\frac{d^{2}jg}{18\mathrm{\η}}(\mathrm{\δ}-\mathrm{\ρ})$

式中j＝ω²r/g，ω為威力的旋轉(zhuǎn)角速度(rad/s)，r為顆粒的旋轉(zhuǎn)半徑(m)。從上式可以看出，在適當(dāng)?shù)牧黧w介質(zhì)中，對(duì)于密度一定的顆粒，離心加速度或分離因素一定時(shí)，離心的沉降末速只與顆粒的直徑大小有關(guān)。因此依據(jù)顆粒沉降速度的不同，可以采用離心力場(chǎng)對(duì)粒徑不同的微細(xì)顆粒進(jìn)行分級(jí)。

離心分級(jí)之后的尺寸是：

1.粒徑小于1μm的亞微米級(jí)石墨微粒；

2.粒徑分布為1～15μm的片狀石墨粉；

3.粒徑分布在15～30μm的片狀石墨粉。

4.粒徑分布在30～100μm的石墨粉；

油墨配方如下所示，括號(hào)中為質(zhì)量百分比

碳系水性油墨的配置方法

(1)將固體樹脂連結(jié)料溶于溶劑中，得到樹脂液；

(2)將步驟(1)中的樹脂液與導(dǎo)電填料、各類助劑按照用量混合，送入分散釜內(nèi)攪拌，控制攪拌速度為400～500rpm，溫度為30～40℃，攪拌30分鐘至混合均勻得到導(dǎo)電油墨粗漿；

(3)將步驟(2)中的導(dǎo)電油墨粗漿移至研磨機(jī)內(nèi)研磨，研磨時(shí)間0.5～4小時(shí)；

(4)將研磨好的物料過濾，即得到導(dǎo)電油墨成品。需注意的是，以上制得的油墨為原墨，在使用前需進(jìn)行稀釋，稀釋時(shí)使用去離子水和乙醇的混合溶液，利用含量為5％的氨水調(diào)節(jié)pH值在8～9之間。

本實(shí)施例中所制得四種油墨中，配方A得到的油墨導(dǎo)電性優(yōu)秀，同時(shí)油墨的分散性和粘附性較好，適用于制作印刷電路。配方B得到的油墨導(dǎo)電性良好，機(jī)械性能較好，固化后具有一定強(qiáng)度，不容易發(fā)生脫落；用于制作薄膜開關(guān)。配方C得到的油墨導(dǎo)電性較好，具有一定的熱穩(wěn)定性；可制作成為發(fā)熱油墨。配方D得到的油墨導(dǎo)電性一般，成本較低；可制作成為電阻油墨。