CN104884383A - 氧化石墨烯、石墨烯-聚合物复合体、包含石墨烯-聚合物复合体的涂覆液、涂覆石墨烯-聚合物复合体的钢板及其制造方法 - Google Patents

氧化石墨烯、石墨烯-聚合物复合体、包含石墨烯-聚合物复合体的涂覆液、涂覆石墨烯-聚合物复合体的钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种氧化石墨烯、石墨烯-聚合物复合体、包含石墨烯-聚合物复合体的涂覆液、涂覆石墨烯-聚合物复合体的钢板及其制造方法。根据本发明，可提供一种即使没有另外的粘结剂，也能够将石墨烯直接涂覆在基础钢板上，且在涂层的上部能够有效发挥石墨烯特性的钢板。

Description

氧化石墨烯、石墨烯-聚合物复合体、包含石墨烯-聚合物复合体的涂覆液、涂覆石墨烯-聚合物复合体的钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种氧化石墨烯、石墨烯-聚合物复合体、包含石墨烯-聚合物复合体的涂覆液、涂覆石墨烯-聚合物复合体的钢板及其制造方法。
背景技术
石墨烯具有碳原子层紧密堆积在六角形格点的平面上的二维碳原子面结构。石墨烯的抗拉强度相比钢铁的抗拉强度高出311倍，电子迁移率相比有机硅高出1000倍，导热率相比铜高出10倍以上，并且透明程度可达到能够透过98％的光，具有弯曲或拉伸也能够维持特性的性质。根据石墨烯的这种特性，可广泛应用于纳米材料、墨、阻隔性材料、散热材料、超轻质材料、能源电极材料、新一代半导体以及透明电极等。
将石墨烯涂覆于钢板上时，可确保钢板表面的耐蚀性、散热性、导电性、粘附性、强度以及加工性等，因此可将钢板应用在各领域中。
为了便于将石墨烯大面积地涂覆于基材上，广泛应用溶液工艺。如专利文献1和专利文献2中所公开，在溶液工艺中为了确保与基材的粘附力，需要另外的粘结剂。
如上所述，使用粘结剂时，通常是简单混合石墨烯、分散剂以及粘结剂等并使用。
但是，在利用这种现有方法的情况下，仅仅是简单混合粘结剂和石墨烯，会存在石墨烯的分散稳定性问题。因此，需要另外选定能够使石墨烯均匀分散的同时具有充分的结合力的粘结剂。并且，为了获得充分的分散效果，需要适当选择对涂层组合物的物理性质不会产生不利影响的分散剂。并且，为了使石墨烯均匀地分散在粘结剂中，也存在通过石墨烯上引入官能团来制作氧化石墨烯的情况，然而该方法具有以下缺点，即，需要制作分散溶液，并进行涂覆，然后重新在高温下进行还原工艺。
不仅如此，当简单混合石墨烯和粘结剂时，没有特殊方向性地配置粘结剂和石墨烯，因此将其涂覆到钢板表面后，粘结剂层相对于石墨烯层位于外围，从而具有无法充分发挥石墨烯特性的问题等。
专利文献
日本专利公开号第2011-510905号
韩国专利公开号第2011-0016287号
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的一个方面，其目的在于提供一种即使没有另外的粘结剂树脂，也能够确保与基材的粘附力，且在涂层的上部能够有效发挥石墨烯特性的涂覆石墨烯-聚合物复合体的钢板及其制造方法。
但是，本发明所要解决的技术问题并不限定于上述所提及的问题，本领域的技术人员能够根据下面的记载内容明确理解，本发明所要解决的技术问题还包括未提及的其他问题。
(二)技术方案
为了实现上述目的，本发明的一个方面提供一种氧化石墨烯，所述氧化石墨烯是在粒径为1-40μm、粒子厚度为30nm以下(0nm除外)、表面积为40-1500m2/g的石墨烯的边缘上置换有与石墨烯的重量比为0-5％(0％除外)的官能团。
本发明的另一个方面，提供一种石墨烯-聚合物复合体，所述石墨烯-聚合物复合体是在粒径为1-40μm、粒子厚度为30nm以下(0nm除外)、表面积为40-1500m2/g的石墨烯的边缘上接枝有聚合物，其中，所述石墨烯与所述聚合物的重量比为0.1-1％。
本发明的又一方面，提供一种包含石墨烯-聚合物复合体的涂覆液，其包含石墨烯-聚合物复合体，所述石墨烯-聚合物复合体是在粒径为1-40μm、粒子厚度为30nm以下(0nm除外)、表面积为40-1500m2/g的石墨烯的边缘上接枝有聚合物，其中，所述石墨烯与所述聚合物的重量比为0.1-1％。
本发明的又一方面，提供一种涂覆石墨烯-聚合物复合体的钢板，其包括基础钢板和形成在所述基础钢板上的石墨烯-聚合物复合体涂膜，其中，所述石墨烯的粒径为1-40μm、粒子厚度为30nm以下(0nm除外)、表面积为40-1500m2/g。
本发明的又一方面，提供一种氧化石墨烯的制造方法，其包括以下步骤：混合石墨和剥离助剂，制造被剥离的石墨；对所述被剥离的石墨进行热处理；将官能团导入所述被剥离的石墨中；以及通过处理微波或超声波来再次进行剥离，其中，所述剥离助剂是碱金属类、酸(acid)类以及极性溶剂类中的一种或两种以上的混合物。
本发明的又一方面，提供一种石墨烯-聚合物复合体的制造方法，其包括以下步骤：混合石墨烯的边缘上置换有官能团的氧化石墨烯和溶剂；进一步混合单体和聚合物中的一种以上；通过在100-300℃下进行反应，将所述单体和聚合物中的一种以上连接在所述官能团上，其中，所述石墨烯的粒径为1-40μm、粒子厚度为30nm以下(0nm除外)、表面积为40-1500m2/g。
(三)有益效果
根据本发明，可以提供一种即使没有另外的粘结剂也能够将石墨烯直接涂覆在钢板上，并将石墨烯置于涂层上部，从而能够有效发挥石墨烯的特性的钢板。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的涂覆石墨烯-聚合物复合体的钢板的生产工艺图。
图2是本发明的一个实施例的接枝有聚酯链的石墨烯-聚合物复合体的结构。
图3是本发明的一个实施例和比较例的耐蚀性的评价照片。
图4是本发明的一个实施例和比较例的粘附性的评价照片。
图5是本发明的一个实施例和比较例的分散稳定性的评价照片。
图6是用于评价本发明的一个实施例和比较例的散热性的装置图。
图7是通过本发明的一个实施例制造的氧化石墨烯的IR分析结果。
图8是分析本发明的一个实施例的涂覆有石墨烯-聚合物复合体的钢板的涂膜上部的结构的拉曼光谱。
具体实施方式
下面，为了使本发明所属领域的技术人员便于实施，对本发明的氧化石墨烯、石墨烯-聚合物复合体、包含石墨烯-聚合物复合体的涂覆液、涂覆石墨烯-聚合物复合体的钢板及其制造方法进行详细说明。
本发明的发明人发现了在不限定粘结剂的情况下，在钢板表面涂覆石墨烯时，使石墨烯置于外围(即，钢板的上部)，从而为了有效利用石墨烯的固有特性，优选将石墨烯与聚合物复合在一起，而不是简单混合石墨烯和粘结剂，因此发明人根据这种发现完成了本发明。
即，本发明的一个方面，提供一种涂覆石墨烯-聚合物复合体的钢板，其包括基础钢板和形成在所述基础钢板上的石墨烯-聚合物复合体涂膜，其中，所述石墨烯的粒径为1-40μm、粒子厚度为30nm以下(0nm除外)、表面积为40-1500m2/g。
本发明的涂覆钢板是指石墨烯-聚合物复合体在钢板上形成涂膜的钢板，其中，石墨烯置于涂膜上部，从而能够确保石墨烯的特性，即散热性、导电率，通过聚合物能够同时确保基础钢板的粘附性、交联和固化效率的提高、加工性。
利用氧化石墨烯的官能团接枝聚合物，生成石墨烯-聚合物复合体。
本发明中，如下面的详细说明，石墨烯-聚合物复合体是通过将官能团引入石墨烯后结合官能团和聚合物而获得，其中，所述聚合物具有有利于粘附在钢板上的粘结剂的作用。利用这种形式的聚合物时，具有结合力的聚合物首先会向钢板方向排列结合，从而使石墨烯部分自然地向钢板上部(外围)排列的可能性增大。此时，聚合物可以与连在石墨烯上的官能团直接结合，也可以是单体生长为聚合物的同时，与连在石墨烯的边缘上的官能团结合。
能够使用的基础钢板，可以是冷轧钢板；镀锌钢板；电镀锌钢板；热浸镀锌钢板；镀铝钢板；镀钢，其镀层中包含钴、钼、钨、镍、钛、铝、锰、铁、镁、锡、铜或者其混合物即夹杂物或者异种金属；铝合金板，添加了有机硅、铜、镁、铁、锰、钛、锌或者其混合物；涂布有磷酸盐的镀锌钢板；冷轧钢板或者热轧钢板等，但并不限定于此。
从确保与材料的粘附力和加工性的方面考虑，所述涂膜的厚度优选为1-20μm。
参照图1，观察本发明的涂覆石墨烯-聚合物复合体的钢板的制造方法。
首先，准备包含石墨烯-聚合物复合体的涂覆液。可通过以下过程准备石墨烯-聚合物复合体和包含该复合体的涂覆液。
首先，准备连接有官能团的氧化石墨烯。
现有的氧化石墨烯的制造方法主要是利用酸处理方法在整个基面(basal plane)和边缘(edge)上生成官能团。具体地，利用如H2SO4、K2S2O8、PO5、NaNO3、KMnO4等酸对石墨烯进行复合处理，由此氧化石墨烯。
但是，利用这种方法，无法控制连接在边缘上的官能团的数量，在后续工艺中通过官能团接枝的聚合物链的数量会大量增加，因此可能会导致包含石墨烯的涂层钢板发生结构缺陷。因此，本发明中决定采用在从石墨中剥离出石墨烯的工序中导入官能团的方法。通过选择性地对石墨的边缘面进行官能化，使剥离性优异、分散性得到改善，且通过抑制结构缺陷，发挥石墨烯的优异的物理性质。
具体观察本发明的氧化石墨烯制造方法。
通过混合石墨和剥离助剂来制造被剥离的石墨。此时，所述剥离助剂可使用碱金属类、酸(acid)类以及极性溶剂类中的一种或两种以上的混合物。所述碱金属类可指Li、Na、K、Rb、Cs、Fr等离子或者含有所述离子的化合物。所述酸类可以使用硫酸、盐酸、硝酸、高锰酸钾等。所述极性溶剂类可包括水、乙醇、羧酸、丙酮、四氢呋喃(tetrahydrofuran；THF)、二甲基甲酰胺(dimethyl formamide；DMF)、二甲基亚砜(dimethyl sylfoxide；DMSO)、六甲基磷酸酰胺(hexamethylphosphoramide；HMPA)、n-甲基吡咯烷酮(n-Methyl Pyrrolidone；NMP)、乙腈等。
对所述被剥离的石墨进行热处理，然后将官能团导入所述被剥离的石墨中。接着，通过处理微波或超声波来再次进行剥离。石墨烯或者被剥离的石墨的边缘的碳原子可通过共价键连接羧基(-COOH)和羰基(-CO-)等官能团。导入官能团后照射微波或进行超声波处理，由此经过二次剥离过程，从而通过两个剥离步骤制造出更加薄的石墨烯，特别是，可获得边缘部分连接有官能团的氧化石墨烯。
所述氧化石墨烯中可连接有羟基(-OH)、羧基(-COOH)、羰基(-CO-)、氨基(-NH2)、过氧化氢基(-OOH)、过氧基(-OO-)、硫醇基(-SH)、异氰酸酯基(-NCO)等官能团。
适合对聚合物链进行接枝的氧化石墨烯优选在粒径为1-40μm、粒子厚度为30nm以下(0nm除外)、表面积为40-1500m2/g的石墨烯的边缘上置换有与石墨烯的重量比为0-5％(0％除外)的官能团。这是因为满足上述条件的氧化石墨烯能够随着比表面积的增加，剥离度也随之增加，因此能够将连接在石墨烯的边缘上的官能团的数量控制在最少的范围。
并且，优选地，连接在石墨烯边缘的官能团的含量为与石墨烯的重量比为5％以下。当超过5％时，被接枝的聚合物链的数量会过于增加，在没有接枝聚合物的部分会产生结构缺陷。
接着，在所述氧化石墨烯上接枝聚合物，由此形成石墨烯-聚合物复合体。
为了利用连接在氧化石墨烯上的官能团接枝聚合物，混合氧化石墨烯、单体、溶剂，并在250-300℃下进行反应，从而进行接枝。为了进一步促进反应，也可使用催化剂。此时，单体的使用量与氧化石墨烯的比值可以为0.1-1重量％，单体与溶剂可根据要接枝的聚合物种类的不同而变化。可使用的溶剂具体为丙酮、甲醇、乙醇、1-丙醇、乙二醇、DMSO、DMF、NMP、THF等。
优选地，所述石墨烯-聚合物复合体是在粒径为1-40μm、粒子厚度为30nm以下(0nm除外)、表面积为40-1500m2/g的石墨烯的边缘上接枝有官能团的形态，所述石墨烯与所述聚合物的重量比为0.1-1％。当小于0.1％时，聚合物链含量过多，难以使石墨烯浮在涂层的上部，会变成类似于以石墨烯分布在聚合物链整体上的方式混合粘结剂的状态，当超过1％时，聚合物链的含量过少，石墨烯不具有与钢板的粘附性。
此时，可以添加催化剂和引发剂等，在氮气氛下进行热处理，并进行反应。
所述聚合物可以是选自由聚酯树脂、氟树脂、聚氯乙烯树脂、环氧树脂以及丙烯酸树脂组成的组中的一种以上，但并不限定于此。
所述聚合物通过与连接在所述氧化石墨烯上的官能团结合而被接枝。图2中示出了接枝有聚合物的氧化石墨烯的一个例子。在此，示出了接枝有聚酯系聚合物的氧化石墨烯，可明确看出在聚酯链和末端具有-OH官能团。
如上所述的聚合物链具有粘结剂的作用，因此能够通过与基础钢板结合来确保粘附力。与基础钢板之间具有粘附力，是因为其末端具有-COOH或者-OH官能团，这种聚合物有，如聚酯、水性聚氨酯、环氧树脂、环氧磷酸酯、乙烯基以及变为丙烯酸或者乙烯基单体的丙烯酸聚氨酯等。因此，虽然无需另外的粘结剂，但可根据固化方法添加其他的粘结剂。
通过导入聚合物链，除了能够确保粘结功能以外，还可以确保特定的物理性质，聚氨酯和聚酯具有提高加工性的作用，环氧树脂具有提高硬度的作用，聚偏二氟乙烯具有提高机械特性和电性能以及导电率的作用。
影响涂层钢板的物理性质的因素不仅是聚合物种类，还可以是分子量、玻璃化转变温度、聚合物链的聚合度、聚合物链的结构以及聚合物链的含量等。
假设，为了展现出优异的延展性和加工性，可以使用高分子量聚酯树脂。聚酯树脂具有由脂肪族构成的分子结构，因此具有低粘度和高延展性。所述聚酯树脂为数均分子量为5000至20000，优选为5500至15000，更优选为6000至12000。当数均分子量小于5000时，具有加工性降低的问题，当数均分子量超过20000时，具有耐化学性和光泽下降的问题。
并且，环氧树脂的数均分子量优选为900至7000。当数均分子量小于900时，具有涂覆到钢板时固化速度缓慢，且耐水性变差的问题，当超过7000时，具有基于变性反应的水溶化变得很难，导致耐蚀性变差的问题。
但是，通常树脂的数均分子量越高，分子之间的柔韧性增加，深加工时易于拉伸树脂，因此有利于耐涂膜开裂。
玻璃化转变温度为5℃以上时才能够确保涂覆石墨烯时具有优异的硬度，玻璃化转变温度为30℃以下时才能够防止加工性的降低，因此适当范围为5-30℃。
聚合物链的聚合度过低时，残留未反应的单体，使聚合物链无法充分接枝，且聚合物链长度过短，使石墨烯无法充分浮到涂层上部，从而降低与钢板间的粘附力。并且，当聚合物链的聚合度过高时，聚合物链长度过长，使钢板与石墨烯层之间的间距变大，导电性和散热性等的电性能和热性能降低，且聚合物链部分存在于石墨烯层上，在涂层上部不能只存在石墨烯，从而无法有效发挥石墨烯特性。
因此，优选地，聚酯树脂的羟值控制为5-20mgKOH/g，聚氨酯的NCO/OH当量比控制为1-3，环氧树脂的当量控制为450-3500。
聚合物链的结构中线性(linear)结构的加工性比分枝(branch)结构的加工性优异。
因此，利用石墨烯氧化物上连接的各种官能团，结合成所需的物理性质的聚合物链，从而能够形成结构稳定的石墨烯-聚合物复合体。聚合物链具有与基础钢板粘结的性质，从而位于下方，并最大限度地表现出与基础钢板的粘附性和聚合物特性即柔韧性，与此相反，石墨烯被诱导至涂层上部，并在钢板的表面最大限度地表现出石墨烯的特性。
如上所述的聚合物链易于分散在有机溶剂中，因此其分散稳定性优异。并且，聚合物链末端的官能团参与交联反应和固化反应，因此不仅能够确保粘附力，而且还提高固化效率。
在通过上述过程准备的石墨烯-聚合物复合体中混合聚合物树脂、固化剂、催化剂及溶剂，由此制造涂覆液。
作为固化剂，虽然可使用现有的三聚氰胺类固化剂，然而使用聚氨酯类固化剂来代替三聚氰胺类固化剂，能够提高粘附力。优选地，所述聚氨酯类固化剂可使用选自由MEKO-HDI(methylethyl ketoximeblocked hexamethylene diisocyanate)三聚体、MEKO-IPDI(methylethylkeoxime blocked isoporone diisocyanate)三聚体、DMP-HDI(3,5-Dimethyl Pyrazole blocked hexamethylene diisocyanate)三聚体、DMP-IPDI(3,5-Dimethyl Pyrazole blocked isoporone diisocyanate)三聚体组成的组中的一种以上，但并不限定于此，具体地，可使用拜耳公司(bayer)的Desmodur BL3175、Desmodur BL4265、DesmodurPL350以及巴辛顿(Baxenden)公司的Trixene BI7984、Trixene BI7982、Trixene BI7951等。
将包含所述石墨烯-聚合物复合体的涂覆液涂覆于基础钢板上并进行干燥，从而可获得形成有石墨烯-聚合物复合体涂膜的钢板。
干燥方式可以使用热气加热方式和感应加热方式等。热气加热方式是在80-340℃中干燥3-50秒，感应加热方式是在频率范围为5-50MHz、功率为3-15KW的环境下干燥2-30秒。此时，干燥温度PMT(Peak metal temperature)优选为100-300℃。
优选地，所述石墨烯-聚合物复合体的涂膜中包含与涂膜整体重量比为0-5重量％(0重量％除外)的石墨烯，将所述石墨烯-聚合物复合体的涂膜中包含的90重量％以上的石墨烯置于涂膜厚度方向的上部的50％以内。从而，能够在钢板的表面层发挥石墨烯的特性。
下面，通过实施例对本发明进行更加详细的说明。只是，以下实施例是为了便于理解本发明而提出的，本发明并不限定于此。
实施例
1.准备氧化石墨烯
混合石墨和硫酸后进行搅拌。对获得的被剥离的石墨进行热处理后导入官能团。照射微波，并获得石墨烯边缘上连接有官能团的氧化石墨烯。通过图7可知，获得了显示石墨烯边缘部分连接有官能团的IR光谱。
测量所述氧化石墨烯的粒径、粒子厚度、表面积，其结果是粒径为10μm、粒子厚度为7nm、表面积为600m2/g。
2.制造石墨烯-聚合物复合体
以新戊二醇(NPG)：乙二醇(EG)：苯酐(PhAn)：己二酸(AA)＝1.5：1.5：1：1的摩尔比进行混合并准备单体，混合与单体的比值为0.5重量％的氧化石墨烯、与单体的比值为0.05重量％的作为酯化催化剂的氯化丁基氢氧化锡、作为溶剂的醋酸丁酯，并在280℃下通过接枝来制造石墨烯-聚酯复合体。
3.制造包含石墨烯-聚合物复合体的涂覆液
通过按表1的组成混合合成的石墨烯-聚酯复合体、作为固化剂的封闭异氰酸酯(Blocked isocyanate，Trixene BI7982，BaxendenChemicals Ltd)、催化剂(DBTDL；Dibutyl Tin Dulaurate)、作为催化剂的丙二醇乙醚乙酸酯(Propylene glycol ether acetate)，制造包含石墨烯-聚酯复合体的涂覆液G005、G010、G015。此时，上述3种涂覆液的石墨烯-聚酯复合体中包含的石墨烯的含量分别为5重量％、10重量％、15重量％。并且，所述涂覆液G005、G010、G015中分别添加了30g合成的石墨烯-聚酯复合体。
为了进行比较，还准备了不包含石墨烯-聚酯复合体的G000溶液。G000溶液是按表1的组成混合25g商用聚酯树脂(CRF00167，KCC)、5g石墨烯、作为固化剂的封闭异氰酸酯、催化剂、作为催化剂的丙二醇乙醚乙酸酯，制造石墨烯-聚酯分散溶液G000。
表1
4.制造涂层钢板
通过#3刮棒涂布机(bar coater)将制造好的所述包含石墨烯-聚酯复合体的涂覆液和石墨烯-聚合物分散溶液分别涂覆于镀锌(G.I)钢板，然后通过光电倍增管(PMT)在250℃下干燥40秒，由此形成10μm的涂膜。
5.分析涂层钢板的物理性质
对各钢板的耐蚀性、粘附性、分散稳定性、固化效率、散热性、导电率进行测量。并且，通过拉曼光谱来确认本发明的涂层钢板的涂膜上部是否具有结构缺陷，且石墨烯的成分是否被均匀地涂覆。
(1)耐蚀性
在35℃、95％的湿度下对被涂覆的试片连续喷5％的盐水，并经过72小时后，评价其生锈程度。
可知，涂覆石墨烯-聚合物分散溶液G000的钢板(图3b)产生了严重的红锈，而涂覆本发明的包含石墨烯-聚酯复合体的涂覆液G010的钢板(图3a)表面非常洁净。
(2)粘附性
使用切割器将涂覆的试片以长宽为1mm的大小进行切割成100个，并粘贴3M胶带后揭开，由此评价涂膜的粘附程度。
涂覆本发明的包含石墨烯-聚酯复合体的涂覆液G010的钢板(图4a)的粘附性优于涂覆石墨烯-聚合物分散溶液G000的钢板(图4b)的粘附性。
(3)分散稳定性
制造本发明的按浓度包含石墨烯-聚酯复合体的涂覆液G010和石墨烯-聚合物分散溶液G000，并装入玻璃容器中放置一个月后比较其状态，并在图5中示出其结果。简单混合石墨烯和聚合物时(图5b)，可以发现石墨烯与有机溶剂分离，本发明的涂覆液(图5a)是使用水调节稀释度的同时测量分散性，可以发现其与溶剂不分离，且分散性优异。
(4)固化效率
固化效率是通过将包含石墨烯-聚酯复合体的涂覆液G010和石墨烯聚合物分散溶液G000分别涂敷在金属温度峰值(Peak MetalTemperature：PMT)不同的材料上，然后测试涂层与材料之间的粘附性，由此评价固化效率。
粘附性是对加工部和平板两种都进行了评价。根据交叉切割法(cross cut guide)，利用划刀在进行表面处理的钢板的表面上以横向和纵向隔开1mm的方法划100个格，利用德国仪力信检测仪(Erichsentester)将划成格状的部分向上推6mm高，并在推上的部位上粘贴透明胶带(Ichiban公司NB-1)后揭开，同时观察被剥离的部分，从而进行评价。
并且，平板是以横向和纵向隔开1mm的方法划100个格，然后立刻粘贴透明胶带(Ichiban公司NB-1)后揭开，同时观察被剥离的部分，从而进行评价。
对加工部和平板进行评价的结果是以“粘附着的数量/100”方式表示。即，没有从表面上被剥离时表示为“100/100”，被剥离10个时表示为“90/100”，被剥离20个时表示为“80/100”。
弯曲(Bending)是通过将涂覆的试片弯曲180°后夹入老虎钳中矫正，直到变回平坦表面为止。(实施0、1、2、3T-Bending)评价弯曲部分上的涂膜的剥离和发生龟裂的状态。
表2
(L/S:line speed；CET:Cross-cut&Erichsen tester&tapping test)
利用包含石墨烯-聚合物复合体的涂覆液涂覆的试片在不同的PMT下具有良好的粘附性(平板和加工部)和弯曲特性。从粘附力方面看，敲击(tapping)后其涂层也没有被剥离。并且，在弯曲部位没有发生涂层脱落或龟裂的现象。可知，在不同的PMT下充分实现了固化。
相反，涂覆通过简单混合而制造的石墨烯-聚合物分散溶液的试片随着PMT的变化，发生了涂层被剥离的现象。PMT为230℃以下时出现了涂层堆积的现象，PMT为270℃以上时出现了龟裂现象，且粘附性(平板和加工部)也仅在240-250℃的范围内表现为良好。这是因为在低PMT下涂覆液无法被充分固化，因此发生堆积脱落现象，与此相反，在高PMT下涂覆液过于被固化，从而产生龟裂现象。因此，与使用石墨烯-聚合物复合体涂覆的情况相比，其在更广的PMT范围内的固化效率显示良好，即使在相同PMT下的固化效率也更好。
(5)散热性和导电率
在电镀钢板(EG)的两面涂覆耐指纹树脂、散热树脂、石墨烯氧化物(GO：Graphene Oxide)分散树脂、包含石墨烯-聚合物复合体的涂覆液，准备试片。
所述耐指纹树脂是包含水性聚氨酯树脂、3-6重量份的磷酸、3-6重量份的氟化锆钛、20-50重量份的无机粘结剂树脂以及0.5-1.50重量份的硅烷化合物的涂覆液，所述散热树脂包含水性有机树脂和导热性分散材料，涂覆液是包含以所述导热性分散材料的固体含量100重量份为基准，包含35-65重量份的含硅化合物和35-65重量份的含铝化合物的涂覆液，所述石墨烯氧化物分散树脂是所述表1的涂覆液中的G000。所述含有石墨烯-聚合物复合体的涂覆液是所述表1的涂覆液中的G010。
为了评价散热性，利用图6中示出的散热温度评价装置来测量LED模块和准备的试片的温度，并计算各试片相对于LED模块的温度的(-)温度差。
并且，利用Mitsubishi Chemical公司的Loresta GP(ESP Probe)测量导电率，并测量表面电阻。通电率是通过比较无涂层的试片和电流流动，并以百分比形式表示。
表3
区分 耐指纹树脂 散热树脂 GO分散树脂 本发明
温度(℃) 71.95 70.05 69.95 67.0
散热效果(℃) 基准 -1.9 -2.0 -6.05
导电率(mΩ) 0.036 0.039 0.039 0.035
通电率(％) 100 100 80 100
参见上述表3的结果可知，使用本发明的涂覆液制作的涂覆试片的散热效果相对LED模块的温度差异最大，因此其散热效果最大。
导电率是对各电阻进行测量的结果，导电率值越小电阻越小。由此可知，使用本发明的涂覆液制作的涂覆试片的电阻最小，从而即使将其涂覆于钢板上，因石墨烯通电率也可达到100％。通常，聚合物树脂被涂覆到钢板上时不导电，从而可使通电率下降，然而本发明中石墨烯-聚合物复合体被均匀地涂覆于钢板上，从而并不降低通电率。

Claims (10)

1.一种氧化石墨烯，所述氧化石墨烯是在粒径为1-40μm、粒子厚度为30nm以下(0nm除外)、表面积为40-1500m2/g的石墨烯的边缘上置换有与石墨烯的重量比为0-5％(0％除外)的官能团。
2.一种石墨烯-聚合物复合体，所述石墨烯-聚合物复合体是在粒径为1-40μm、粒子厚度为30nm以下(0nm除外)、表面积为40-1500m2/g的石墨烯的边缘上接枝有聚合物，其中，所述石墨烯与所述聚合物的重量比为0.1-1％。
3.一种包含石墨烯-聚合物复合体的涂覆液，其包含石墨烯-聚合物复合体，所述石墨烯-聚合物复合体是在粒径为1-40μm、粒子厚度为30nm以下(0nm除外)、表面积为40-1500m2/g的石墨烯的边缘上接枝有聚合物，其中，所述石墨烯与所述聚合物的重量比为0.1-1％。
4.一种涂覆石墨烯-聚合物复合体的钢板，其包括基础钢板和形成在所述基础钢板上的石墨烯-聚合物复合体涂膜，其中，所述石墨烯的粒径为1-40μm、粒子厚度为30nm以下(0nm除外)、表面积为40-1500m2/g。
5.根据权利要求4所述的涂覆石墨烯-聚合物复合体的钢板，所述石墨烯-聚合物复合体的涂膜中包含与涂膜整体的重量比为0-5重量％(0重量％除外)的石墨烯，将所述石墨烯-聚合物复合体的涂膜中包含的90重量％以上的石墨烯置于涂膜厚度方向的上部的50％以内。
6.根据权利要求4所述的涂覆石墨烯-聚合物复合体的钢板，所述涂膜的厚度为1-20μm。
7.一种氧化石墨烯的制造方法，其包括以下步骤：
混合石墨和剥离助剂，制造被剥离的石墨；
对所述被剥离的石墨进行热处理；
将官能团导入所述被剥离的石墨中；以及
通过处理微波或超声波来再次进行剥离，
其中，所述剥离助剂是碱金属类、酸(acid)类以及极性溶剂类中的一种或两种以上的混合物。
8.一种石墨烯-聚合物复合体的制造方法，其包括以下步骤：
混合在石墨烯的边缘上置换有官能团的氧化石墨烯和溶剂；
进一步混合单体和聚合物中的一种以上；
通过在100-300℃下进行反应，将所述单体和聚合物中的一种以上连接在所述官能团上，
其中，所述石墨烯的粒径为1-40μm、粒子厚度为30nm以下(0nm除外)、表面积为40-1500m2/g。
9.根据权利要求8所述的石墨烯-聚合物复合体的制造方法，所述官能团为选自由羟基(-OH)、羧基(-COOH)、羰基(-CO-)、氨基(-NH2)、过氧化氢基(-OOH)、过氧基(-OO-)、硫醇基(-SH)、异氰酸酯基(-NCO)组成的组中的一种以上。
10.根据权利要求8所述的石墨烯-聚合物复合体的制造方法，所述聚合物是选自由聚酯树脂、氟树脂、聚氯乙烯树脂、环氧树脂以及丙烯酸树脂组成的组中的一种以上。
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