CN105038501A - 基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料及其制备方法，涉及导电涂料。所述导电涂料按质量比的组成为：环氧树脂80～120，乙酸丁酯10～30，硅烷偶联剂0.5～5，负载贵金属聚合物纳米微球20～50，导电石墨粉20～40，固化剂35～60。将负载贵金属聚合物纳米微球、硅烷偶联剂、导电石墨粉、固化剂依次溶于乙酸丁酯中，搅拌0.5～1h得到乳液；超声振荡下往乳液中加入环氧树脂，搅拌0.5～2h至均匀，即得基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料。导电贵金属纳米粒子负载于聚合物纳米微球上提高了金属粒子在基体树脂中的稳定性，不易发生迁移，且可通过贵金属纳米粒子的负载量而改变导电涂料的电导率。

Description

基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于导电涂料领域，具体涉及一种基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料及其制备方法。

背景技术

导电涂料是指具有传导电流和消散静电荷能力的功能性涂料。伴随着现代科学技术，特别是信息和电子技术地迅速发展，纳米复合导电涂料已经成为了一种起着非常重要作用的特种功能涂料，它的发展和现代前沿研究领域有着密切的联系，至今约有半个世纪的发展历史。它具有设备简单、施工方便、成本低廉、可涂覆于各种复杂形状表面等优点，近几十年来，在电子工业、建筑工业、航天航空、石油化工和军用工业等领域有着十分重要的应用价值，用导电涂料对物体进行涂覆，可以有效地预防电阻泄漏，同时还能够抵御来自外部的电磁等的干扰，对于运用在电子设备上更为重要。

按成膜物质是否具有导电性，导电涂料可分为本征型和掺杂型两种，目前应用最广泛的是掺杂型导电涂料，即在树脂基体中混入导电填料，然后涂覆于基材上。颜光清等(一种抗雷击导电涂料及其制备方法，中国专利，CN101984009B)等公开了一种掺杂了微米或纳米级银粉的抗雷击导电涂料的制备方法。宋健(一种导电涂料、其制备方法及其用途，中国专利，CN101314680B)公开了一种将片状微米级银粉和铜粉润湿分散均匀在基材树脂中配合形成导电涂料的方法。现有技术中，掺杂型导电涂料多是将金属粉末加入到基体树脂、助溶剂、稀释剂和添加剂中制得导电涂料。尽管这些涂料都具有良好的导电性和附着力，但直接将金属粉末加入基体树脂中容易产生相分离，且金属粉末在导电涂料中容易发生迁移导致导电性能下降，因而金属粉末等无机导电填料在基体树脂中的分散均匀性及稳定性仍然有待进一步提高。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术存在的上述不足，提供基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料及其制备方法。

所述基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料，按质量比的组成为：

环氧树脂80～120，乙酸丁酯10～30，硅烷偶联剂0.5～5，负载贵金属聚合物纳米微球20～50，导电石墨粉20～40，固化剂35～60。

所述环氧树脂可采用商品环氧树脂，即分子中含有至少两个环氧基团的化合物，如环氧E-44、E-51、E-55、E-42、E-31、E-46、E-20等；

所述硅烷偶联剂可采用通式为Y(CH₂)nSiX₃的硅烷偶联剂，其中，n＝0～3；X为氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基等中的一种，Y为氨基、环氧基等中的一种；

所述负载贵金属聚合物纳米微球的制备方法如下：

1)将苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯(DMAEMA)、去离子水加入反应容器中，氮气保护下搅拌并升温；

2)向反应体系中加入引发剂，氮气保护下持续搅拌反应，得到聚合物纳米微球溶液；

3)将步骤2)得到的聚合物纳米微球溶液离心，洗涤，真空干燥；

4)将步骤3)得到的聚合物纳米微球分散于乙醇中，加入贵金属离子溶液，并在搅拌下加入硼氢化钠溶液，反应后洗涤，真空干燥，得到负载贵金属聚合物纳米微球。

在步骤1)中，所述苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯(DMAEMA)、去离子水的体积比可为(10～25)∶(0.5～1)∶(0.5～1)∶(300～500)；所述升温的温度可为70℃。

在步骤2)中，所述引发剂的加入量与苯乙烯的配比可为(0.2～1.0)g∶(10～25)mL；所述持续搅拌反应的时间可为24h；

在步骤3)中，所述洗涤可采用水和乙醇分别洗涤3～5次；所述真空干燥的时间可为24h。

在步骤4)中，所述聚合物纳米微球、乙醇、贵金属离子溶液、硼氢化钠溶液的配比可为(10～40)g∶1L∶(10～50)mL∶(10～50)mL；所述反应的时间可为12h；所述洗涤可采用乙醇洗涤3～5次；所述真空干燥的时间可为24h。

所述贵金属离子溶液可采用摩尔浓度50～100mmol/L的氯金酸乙醇溶液或摩尔浓度50～100mmol/L的硝酸银乙醇溶液；所述硼氢化钠溶液可采用摩尔浓度0.5mol/L的乙醇溶液。

所述导电石墨粉可采用天然石墨、天然改性石墨、人造石墨、膨胀石墨等中的至少一种；

所述固化剂为与环氧树脂配合使用的胺类或酸酐类化合物等，胺类如乙二胺、二乙烯三胺、间苯二胺等；酸酐类如邻苯二甲酸酐、均苯四甲酸酐、甲基环己烯四羧酸酐。

所述基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料的制备方法如下：

将负载贵金属聚合物纳米微球、硅烷偶联剂、导电石墨粉、固化剂依次溶于乙酸丁酯中，搅拌0.5～1h得到乳液；超声振荡下往乳液中加入环氧树脂，搅拌0.5～2h至均匀，即得基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料。

为克服现有技术的不足，本发明制备了基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料。本发明首先合成制备了一种负载贵金属聚合物纳米微球，且微球表面含有环氧官能团，能参与基体环氧树脂的固化，稳定地分散于基体树脂中。导电贵金属纳米粒子负载于聚合物纳米微球上提高了金属粒子在基体树脂中的稳定性，不易发生迁移，且可通过贵金属纳米粒子的负载量而改变导电涂料的电导率。

附图说明

图1为实施例1中制备的载金聚合物纳米微球的放大倍数为40000倍的TEM图。在图1中，标尺为100nm。

图2为实施例1制备的导电涂料的放大倍数为8000倍的SEM图。在图2中，标尺为10μm。

图3为实施例2中制备的载银聚合物纳米微球的放大倍数为40000倍的TEM图。在图3中，标尺为100nm。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

载金聚合物纳米微球的制备如下：

1)将15ml苯乙烯、0.5ml甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、0.5ml甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯(DMAEMA)、500ml去离子水加入反应容器中，氮气保护下搅拌并升温至70℃；

2)在氮气吹扫30min后向反应体系中加入0.2g引发剂，氮气保护下持续搅拌反应24h，得到聚合物纳米微球溶液；

3)将步骤2)中所得聚合物纳米微球溶液离心并用水和乙醇分别洗涤3～5次，真空干燥24h；

4)将30g聚合物纳米微球分散于1L乙醇中，加入50ml氯金酸溶液，并在搅拌下滴加入50ml硼氢化钠溶液，反应12h，用乙醇洗涤3次，真空干燥24h，得到载金聚合物纳米微球。

导电涂料的制备如下：

1)将30g载金聚合物纳米微球、0.5g硅烷偶联剂、30g导电石墨粉、35g固化剂、先后依次溶于30g乙酸丁酯中，搅拌0.5h得到均匀乳液；

2)超声振荡下往乳液中分批逐量加入100g环氧树脂，搅拌0.5h至均匀，得到导电涂料。

实施例2

载银聚合物纳米微球的制备如下：

1)将15ml苯乙烯、0.7ml甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、0.7ml甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯(DMAEMA)、500ml去离子水加入反应容器中，氮气保护下搅拌并升温至70℃；

2)在氮气吹扫30min后向反应体系中加入0.5g引发剂AIBN，氮气保护下持续搅拌反应24h，得到聚合物纳米微球溶液；

3)将步骤2)中所得聚合物纳米微球溶液离心并用水和乙醇分别洗涤3次，真空干燥24h；

4)将40g聚合物纳米微球分散于1L乙醇中，加入40ml硝酸银溶液，并在搅拌下滴加入30ml硼氢化钠溶液，反应12h，用乙醇洗涤3次，真空干燥24h，得到载银聚合物纳米微球。

导电涂料的制备如下：

1)将40g载银聚合物纳米微球、2g硅烷偶联剂、25g导电石墨粉、35g固化剂、先后依次溶于20g乙酸丁酯中，搅拌0.5h得到均匀乳液；

2)超声振荡下往乳液中分批逐量加入80g环氧树脂，搅拌1h至均匀，得到导电涂料。实施例3

载金聚合物纳米微球的制备如下：

1)将25ml苯乙烯、1ml甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、1ml甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯(DMAEMA)、500ml去离子水加入反应容器中，氮气保护下搅拌并升温至70℃；

2)在氮气吹扫30min后向反应体系中加入1.0g引发剂AIBN，氮气保护下持续搅拌反应24h，得到聚合物纳米微球溶液；

3)将步骤2)中所得聚合物纳米微球溶液离心并用水和乙醇分别洗涤3次，真空干燥24h；

4)将20g聚合物纳米微球分散于1L乙醇中，加入30ml氯金酸溶液，并在搅拌下滴加入30ml硼氢化钠溶液，反应12h，用乙醇洗涤3次，真空干燥24h，得到载金聚合物纳米微球。

导电涂料的制备如下：

1)将30g载金聚合物纳米微球、2g硅烷偶联剂、35g导电石墨粉、50g固化剂、先后依次溶于30g乙酸丁酯中，搅拌1h得到均匀乳液；

2)超声振荡下往乳液中分批逐量加入100g环氧树脂，搅拌2h至均匀，得到导电涂料。实施例4

载银聚合物纳米微球的制备如下：

1)将25ml苯乙烯、1ml甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、0.5ml甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯(DMAEMA)、500ml去离子水加入反应容器中，氮气保护下搅拌并升温至70℃；

2)在氮气吹扫30min后向反应体系中加入1.0g引发剂，氮气保护下持续搅拌反应24h，得到聚合物纳米微球溶液；

3)将步骤2)中所得聚合物纳米微球溶液离心并用水和乙醇分别洗涤5次，真空干燥24h；

4)将20g聚合物纳米微球分散于1L乙醇中，加入50ml硝酸银溶液，并在搅拌下滴加入50ml硼氢化钠溶液，反应12h，用乙醇洗涤5次，真空干燥24h，得到载银聚合物纳米微球。

导电涂料的制备如下：

1)将50g载银聚合物纳米微球、5g硅烷偶联剂、40g导电石墨粉、60g固化剂、先后依次溶于30g乙酸丁酯中，搅拌1h得到均匀乳液；

2)超声振荡下往乳液中分批逐量加入120g环氧树脂，搅拌2h至均匀，得到导电涂料。

实施例1～4中导电涂料的导电性能与力学性能测试结果参见表1。

表1

实施例	电导率(s/cm)	附着力(方格法)(％)
			1	0.29±0.01	99
2	0.26±0.01	99
			3	0.30±0.01	99
4	0.27±0.01	99

本发明首先合成制备了一种基于负载贵金属聚合物纳米微球，且微球表面含有环氧官能团，能参与基体环氧树脂的固化，良好的分散于环氧基体树脂中。之后通过溶液共混法将环氧树脂80～120g，乙酸丁酯10～30g，硅烷偶联剂0.5～5g，负载贵金属的聚合物纳米微球20～50g，导电石墨粉20～60g，固化剂35～60g制备成导电涂料。所制得的导电涂料具有优良分散性和优良的导电性能，具有广泛的应用价值。

Claims (10)

1.基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料，其特征在于按质量比的组成为：

环氧树脂80～120，乙酸丁酯10～30，硅烷偶联剂0.5～5，负载贵金属聚合物纳米微球20～50，导电石墨粉20～40，固化剂35～60。

2.如权利要求1所述基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料，其特征在于所述环氧树脂采用商品环氧树脂，即分子中含有至少两个环氧基团的化合物，所述环氧树脂可选自环氧E-44、E-51、E-55、E-42、E-31、E-46、E-20中的一种。

3.如权利要求1所述基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料，其特征在于所述硅烷偶联剂采用通式为Y(CH₂)nSiX₃的硅烷偶联剂，其中，n=0～3；X为氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基中的一种，Y为氨基、环氧基中的一种。

4.如权利要求1所述基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料，其特征在于所述负载贵金属聚合物纳米微球的制备方法如下：

1）将苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯、去离子水加入反应容器中，氮气保护下搅拌并升温；

2）向反应体系中加入引发剂，氮气保护下持续搅拌反应，得到聚合物纳米微球溶液；

3）将步骤2）得到的聚合物纳米微球溶液离心，洗涤，真空干燥；

4）将步骤3）得到的聚合物纳米微球分散于乙醇中，加入贵金属离子溶液，并在搅拌下加入硼氢化钠溶液，反应后洗涤，真空干燥，得到负载贵金属聚合物纳米微球。

5.如权利要求4所述基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料，其特征在于在步骤1）中，所述苯乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯、去离子水的体积比为（10～25）∶（0.5～1）∶（0.5～1）∶（300～500）；所述升温的温度可为70℃。

6.如权利要求4所述基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料，其特征在于在步骤2）中，所述引发剂的加入量与苯乙烯的配比为（0.2～1.0）g∶（10～25）mL；所述持续搅拌反应的时间可为24h。

7.如权利要求4所述基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料，其特征在于在步骤3）中，所述洗涤采用水和乙醇分别洗涤3～5次；所述真空干燥的时间可为24h。

8.如权利要求4所述基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料，其特征在于在步骤4）中，所述聚合物纳米微球、乙醇、贵金属离子溶液、硼氢化钠溶液的配比为（10～40）g∶1L∶（10～50）mL∶（10～50）mL；所述反应的时间可为12h；所述洗涤可采用乙醇洗涤3～5次；所述真空干燥的时间可为24h；

所述贵金属离子溶液可采用摩尔浓度50～100mmol/L的氯金酸乙醇溶液或摩尔浓度50～100mmol/L的硝酸银乙醇溶液；所述硼氢化钠溶液可采用摩尔浓度0.5mol/L的乙醇溶液。

9.如权利要求1所述基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料，其特征在于所述导电石墨粉采用天然石墨、天然改性石墨、人造石墨、膨胀石墨中的至少一种；

所述固化剂为与环氧树脂配合使用的胺类化合物或酸酐类化合物，所述胺类化合物选自乙二胺、二乙烯三胺、间苯二胺中的一种；酸酐类化合物选自邻苯二甲酸酐、均苯四甲酸酐、甲基环己烯四羧酸酐中的一种。

10.如权利要求1所述基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料的制备方法，其特征在于其具体步骤如下：

将负载贵金属聚合物纳米微球、硅烷偶联剂、导电石墨粉、固化剂依次溶于乙酸丁酯中，搅拌0.5～1h得到乳液；超声振荡下往乳液中加入环氧树脂，搅拌0.5～2h至均匀，即得基于负载贵金属聚合物纳米微球的导电涂料。