CN104910536A - 石墨烯基树脂球的制备方法与导电框胶的制备方法 - Google Patents

石墨烯基树脂球的制备方法与导电框胶的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种石墨烯基树脂球的制备方法与导电框胶的制备方法。本发明提供的一种石墨烯基树脂球的制备方法，使用绿色环保的闪光灯曝光法还原氧化石墨烯，工艺简单易控，可用于大规模生产。本发明提供的一种导电框胶的制备方法，采用石墨烯基树脂球作为导电粒子代替目前导电框胶中常用的导电金球，所述石墨烯基树脂球的制备工艺绿色环保，能够避免导电金球生产过程中产生的重金属污染；并且所述石墨烯基树脂球的制备过程中使用的氧化石墨烯是大规模制备石墨烯材料的有效前驱体，来源广泛，能够有效地降低成本。

Description

石墨烯基树脂球的制备方法与导电框胶的制备方法
技术领域
本发明涉及平面显示器领域，尤其涉及一种石墨烯基树脂球的制备方法与导电框胶的制备方法。
背景技术
目前，在液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)产业中常用掺有导电金球(Au ball)的框胶来导通上下基板。当基板贴合后，导电金球外层的金/镍包裹层能够传输电子(电导率要求达到2.4×105S/cm)，导电金球内核具有弹性的树脂球能够缓冲贴合后的压力。传统导电金球的生产是使用化学镀法在直径为5～8μm的树脂球表面进行金/镍的包裹，此法耗能大，过程中易产生重金属污染，而且金的价格昂贵，增加了成本。
石墨烯由于其优异的电子传输能力(电导率约为106S/cm)，优良的机械性能和良好的柔性(杨氏模量约1060GPa，断裂强度130GPa)，稳定的化学性质，完全可以取代金/镍层包裹在树脂球表面，形成具有优异导电性能的石墨烯基导电球。它不仅能够导通上下基板，而且导热性能优异(导热系数高达5300W/m/K)的石墨烯纳米片还能提高框胶的加热固化效率，使框胶固化更加均匀。因此如何将石墨烯良好的包裹住树脂球成为了制作石墨烯基导电球的关键。由于纯的石墨烯纳米片之间的范德华作用，在水溶液中石墨烯片易络合沉淀，很难分散成固含量较高的石墨烯溶液。当与分散较好的树脂球溶液混合时，无法有效地包裹住树脂球。一般采用对石墨烯片进行表面处理如酸化或者表面活性剂分散来改善石墨烯溶液的分散性，但是，一方面所得石墨烯分散液固含量仍然较低，增加了成本；另一方面这些处理如酸化会破坏石墨烯纳米片表面的电子传导，不导电表面活性剂的引入等会严重降低石墨烯复合材料的电子传导能力。
氧化石墨烯一般采用化学氧化法剥离石墨片后超声处理获得。由于强氧化剂的作用，在氧化石墨烯纳米片表面和四周生成大量的含氧基团，如环氧基，羟基，羧基等，基于分子间斥力作用，水分子很容易渗透到氧化石墨烯各层纳米片，使其具有高亲水特性，通过简单的超声就很容易得到层层剥离的单层或少层氧化石墨烯溶液，而且固含量可控。得益于这些含氧基团的电子吸附和氧化石墨烯纳米片的范德华力，氧化石墨烯纳米片可以与诸多化合物如氧化物、有机树脂材料等形成稳定的复合结构，从而成为液相制备石墨烯基复合材料的有效前驱物。对于尺寸合适的树脂球类(粒径范围为1～10μm，树脂球可为聚苯乙烯、聚丙烯酸树脂等聚合物微球)，氧化石墨烯纳米片都可以包覆在树脂球表面，形成稳定的核壳结构。但是，这些氧化石墨烯的含氧功能基团会导致氧化石墨烯导电性差，从而严重影响了氧化石墨烯复合物在导电材方面的应用。因此如何采用有效地、可工业应用的方法，将氧化石墨烯还原成石墨烯是目前研究的热点。
为提高氧化石墨烯的导电性，目前通常采用化学还原剂(氢化硫、肼、对苯二酚、氢氧化钠、氢氧化钾、铝粉)还原氧化石墨烯，但是此工艺耗费时间较长，所用化学试剂如水合阱等有剧毒，不适合大规模生产；另外还可以使用热冲击手段(900-1100℃)来去除含氧基，但此法能耗较高，高温时能够破坏复合材料中的其它部分，如树脂球会在高温下分解裂解等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯基树脂球的制备方法，使用绿色环保的闪光灯曝光法还原氧化石墨烯，工艺简单易控，可用于大规模生产。
本发明的目的还在于提供一种导电框胶的制备方法，采用石墨烯基树脂球作为导电粒子代替目前导电框胶中常用的导电金球，所述石墨烯基树脂球的制备工艺绿色环保，能够避免导电金球生产过程中产生的重金属污染；并且所述石墨烯基树脂球的制备过程中使用的氧化石墨烯是大规模制备石墨烯材料的有效前驱体，来源广泛，能够有效地降低成本。
为实现上述目的，本发明提供一种石墨烯基树脂球的制备方法，其包括以下步骤：
步骤1、配制0.1-5mg/ml的氧化石墨烯溶液与1-10mg/ml的树脂球溶液，将所述0.1-5mg/ml的氧化石墨烯溶液与所述1-10mg/ml的树脂球溶液混合，磁力搅拌5min～1h后，得到一混合溶液，超声处理该混合溶液5min～2h，得到氧化石墨烯树脂球溶液；
步骤2、过滤所述氧化石墨烯树脂球溶液，将过滤后得到的滤渣在空气中60℃～100℃下烘干0.5h～4h，完全去除水分，得到黄褐色的氧化石墨烯基树脂球粉末；
步骤3、采用闪光灯对所述氧化石墨烯基树脂球粉末进行曝光还原，将树脂球表面包裹的氧化石墨烯还原成石墨烯，得到石墨烯基树脂球。
所述步骤1中，所述树脂球溶液由树脂球通过超声处理分散在水溶液中制得。
所述步骤1中，所述树脂球的材料为聚苯乙烯或聚丙烯酸树脂，所述树脂球的粒径范围为1～10μm。
所述步骤2中，使用抽滤装置对氧化石墨烯树脂球溶液进行过滤。
所述步骤1中，磁力搅拌的时间为10min，超声处理的时间为30min；所述步骤2中，将过滤后得到的滤渣在空气中80℃下烘干2h。
所述步骤3中，所述闪光灯的曝光能量范围为0.5-3J/cm2。
所述步骤3中，在曝光过程中，当所述氧化石墨烯基树脂球粉末颜色变黑，并伴有噼啪声时，暂时停止曝光并搅动该粉末，再继续曝光，重复曝光与搅动多次，直到无噼啪声为止，所述氧化石墨烯基树脂球粉末即被还原完毕。
本发明还提供一种导电框胶的的制备方法，其包括以下步骤：
步骤10、采用上述的石墨烯基树脂球的制备方法制备出石墨烯基树脂球；
步骤20、将石墨烯基树脂球与框胶进行混胶、搅拌和脱泡工序，完成调胶过程，得到一种导电框胶。
所述步骤20中，所述石墨烯基树脂球与所述框胶按1:40的质量比混合。
所述步骤20中，所述石墨烯基树脂球与所述框胶进行混合后，将混合物放入调胶筒内，再将调胶筒放入可以自转和公转的旋转机中进行搅拌和脱泡工序。
本发明提供的一种石墨烯基树脂球的制备方法，相较于现有技术具有以下优点：
(1)本发明使用绿色环保的闪光灯曝光法还原氧化石墨烯，工艺简单易控，可用于大规模生产，为石墨烯基树脂球作为导电粒子在导电框胶中广泛应用构筑了有效的技术保障；
(2)本发明制备的石墨烯基树脂球除可应用于液晶面板封装用的导电框胶以外，还可以应用于半导体行业中被广泛应用的各向异性导电胶(ACP)和各向异性导电膜(ACF)等导电材中，因此具有极大的商业开发价值和巨大的市场应用前景。
本发明提供的一种导电框胶的制备方法，相较于现有技术具有以下优点：
(Ⅰ)采用石墨烯基树脂球作为导电粒子，代替目前导电框胶中常用的导电金球，能够避免导电金球生产过程中产生的重金属污染问题；
(Ⅱ)制备石墨烯基树脂球的工艺绿色环保，简单易控；
(Ⅲ)制备石墨烯基树脂球时使用的氧化石墨烯是大规模制备石墨烯材料的有效前驱体，来源广泛，能够有效地降低成本。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
附图中，
图1为本发明的石墨烯基树脂球的制备方法的流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图1，本发明首先提供一种石墨烯基树脂球的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、配制0.1-5mg/ml的氧化石墨烯溶液与1-10mg/ml的树脂球溶液，将所述0.1-5mg/ml的氧化石墨烯溶液与所述1-10mg/ml的树脂球溶液混合，磁力搅拌5min～1h后，得到一混合溶液，超声处理该混合溶液5min～2h，得到氧化石墨烯树脂球溶液。
可以观察到该氧化石墨烯树脂球溶液具有很好的分散性，此时，由于氧化石墨烯表面含氧基团的作用，柔性的氧化石墨烯片能够将树脂球紧密的包裹住。
其中，所述树脂球溶液由树脂球通过超声处理分散在水溶液中制得；
具体的，所述树脂球的材料为聚苯乙烯或聚丙烯酸树脂，所述树脂球的粒径范围为1～10μm，优选的，所述树脂球的粒径范围为5～8μm。
优选的，所述步骤1中，磁力搅拌的时间为10min，超声处理的时间为30min。
步骤2、使用抽滤装置过滤所述氧化石墨烯树脂球溶液，将过滤后得到的滤渣在空气中60℃～100℃下烘干0.5h～4h，完全去除水分，得到黄褐色的氧化石墨烯基树脂球粉末。
优选的，所述步骤2中，将过滤后得到的滤渣在空气中80℃下烘干2h。
步骤3、采用闪光灯对所述氧化石墨烯基树脂球粉末进行曝光还原，将树脂球表面包裹的氧化石墨烯还原成石墨烯，得到石墨烯基树脂球。
其中，该闪光灯为普通闪光灯即可，所述闪光灯的曝光能量范围为0.5-3J/cm2；
在曝光过程中，会观察到所述氧化石墨烯基树脂球粉末颜色变黑，并伴有噼啪声，为了使反应更彻底，可以暂时停止曝光并将粉末搅动下，再继续曝光，重复曝光与搅动几次，直到无噼啪声为止，所述氧化石墨烯基树脂球粉末即被还原完毕，获得石墨烯基树脂球。
本发明提供的一种石墨烯基树脂球的制备方法，使用绿色环保的闪光灯曝光法还原氧化石墨烯，工艺简单易控，可用于大规模生产。
本发明制备的石墨烯基树脂球除可应用于液晶面板封装用的导电框胶以外，还可以应用于半导体行业中被广泛应用的各向异性导电胶(ACP)和各向异性导电膜(ACF)等导电材中，因此具有极大的商业开发价值和巨大的市场应用前景。
本发明还提供一种导电框胶的的制备方法，其包括以下步骤：
步骤10、采用上述石墨烯基树脂球的制备方法制备出石墨烯基树脂球；
步骤20、将石墨烯基树脂球与框胶进行混胶、搅拌和脱泡工序，完成调胶过程，得到一种导电框胶。
具体的，所述步骤20中，所述石墨烯基树脂球与框胶按1:40的质量比进行混合，然后将混合物放入调胶筒内，再将调胶筒放入可以自转和公转的旋转机中进行搅拌和脱泡工序。
本发明提供的一种导电框胶的制备方法，采用石墨烯基树脂球作为导电粒子，代替目前导电框胶中常用的导电金球，能够避免导电金球生产过程中产生的重金属污染问题；该方法中制备石墨烯基树脂球的工艺绿色环保，简单易控；制备石墨烯基树脂球时使用的氧化石墨烯是大规模制备石墨烯材料的有效前驱体，来源广泛，能够有效地降低成本。
进一步的，本发明还提供一种采用上述方法制备的导电框胶封装液晶显示面板的方法，具体操作为：
提供彩膜基板和阵列基板，使用机台在所述彩膜基板或者阵列基板上进行点胶，将所述彩膜基板与阵列基板对组后压合在一起，对导电框胶进行加热固化后，即得到采用含石墨烯基树脂球的导电框胶封装完毕的液晶显示面板，该液晶显示面板中，所述彩膜基板与阵列基板通过导电框胶电性连接；
在所述导电框胶的加热固化过程中，由于石墨烯基树脂球上的石墨烯片的优异导热能力，可以提高导电框胶的固化效率，使固化更均匀；另外，由于石墨烯的优良力学性能，可以有效缓和上下基板贴合时的压力，能够很好的支撑上下基板，保持基板间隙的稳定性，并保证液晶盒厚的一致性，减少边缘Mura的产生。
综上所述，本发明提供的一种石墨烯基树脂球的制备方法，使用绿色环保的闪光灯曝光法还原氧化石墨烯，工艺简单易控，可用于大规模生产。本发明提供的一种导电框胶的制备方法，采用石墨烯基树脂球作为导电粒子代替目前导电框胶中常用的导电金球，所述石墨烯基树脂球的制备工艺绿色环保，能够避免导电金球生产过程中产生的重金属污染；并且所述石墨烯基树脂球的制备过程中使用的氧化石墨烯是大规模制备石墨烯材料的有效前驱体，来源广泛，能够有效地降低成本。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种石墨烯基树脂球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、配制0.1-5mg/ml的氧化石墨烯溶液与1-10mg/ml的树脂球溶液，将所述0.1-5mg/ml的氧化石墨烯溶液与所述1-10mg/ml的树脂球溶液混合，磁力搅拌5min～1h后，得到一混合溶液，超声处理该混合溶液5min～2h，得到氧化石墨烯树脂球溶液；
步骤2、过滤所述氧化石墨烯树脂球溶液，将过滤后得到的滤渣在空气中60℃～100℃下烘干0.5h～4h，完全去除水分，得到黄褐色的氧化石墨烯基树脂球粉末；
步骤3、采用闪光灯对所述氧化石墨烯基树脂球粉末进行曝光还原，将树脂球表面包裹的氧化石墨烯还原成石墨烯，得到石墨烯基树脂球。
2.如权利要求1所述的石墨烯基树脂球的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述树脂球溶液由树脂球通过超声处理分散在水溶液中制得。
3.如权利要求1所述的石墨烯基树脂球的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述树脂球的材料为聚苯乙烯或聚丙烯酸树脂，所述树脂球的粒径范围为1～10μm。
4.如权利要求1所述的石墨烯基树脂球的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，使用抽滤装置对氧化石墨烯树脂球溶液进行过滤。
5.如权利要求1所述的石墨烯基树脂球的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，磁力搅拌的时间为10min，超声处理的时间为30min；所述步骤2中，将过滤后得到的滤渣在空气中80℃下烘干2h。
6.如权利要求1所述的石墨烯基树脂球的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，所述闪光灯的曝光能量范围为0.5-3J/cm2。
7.如权利要求1所述的石墨烯基树脂球的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，在曝光过程中，当所述氧化石墨烯基树脂球粉末颜色变黑，并伴有噼啪声时，暂时停止曝光并搅动该粉末，再继续曝光，重复曝光与搅动多次，直到无噼啪声为止，所述氧化石墨烯基树脂球粉末即被还原完毕。
8.一种导电框胶的的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤10、采用如权利要求1所述的石墨烯基树脂球的制备方法制备出石墨烯基树脂球；
步骤20、将石墨烯基树脂球与框胶进行混胶、搅拌和脱泡工序，完成调胶过程，得到一种导电框胶。
9.如权利要求8所述的导电框胶的的制备方法，其特征在于，所述步骤20中，所述石墨烯基树脂球与所述框胶按1:40的质量比混合。
10.如权利要求8所述的导电框胶的的制备方法，其特征在于，所述步骤20中，所述石墨烯基树脂球与所述框胶进行混合后，将混合物放入调胶筒内，再将调胶筒放入可以自转和公转的旋转机中进行搅拌和脱泡工序。
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