CN105778740B - 石墨烯导电涂料、其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯导电复合涂料，包含高分子成膜树脂，石墨烯以及石墨烯分散剂；所述石墨烯分散剂包括能够与石墨烯通过π‑π相互作用结合，从而使石墨烯均匀稳定的分散于高分子成膜树脂或高分子成膜树脂与水和/或有机溶剂的混合物中的苯胺低聚物或其衍生物或可溶性聚苯胺。本发明还公开了所述涂料的制备方法。本发明的涂料中，石墨烯能均匀稳定的分散在涂料基体中，可以大大促进其在导电高分子涂层等方面的应用，且其制备工艺简单、无需复杂化学反应，容易控制，而由其制成的涂层在高分子材料、金属材料、纺织材料表面、陶瓷材料表面具有良好的粘结能力，同时还具有防辐射、抗静电、防腐蚀、吸波、耐磨等特性，应用前景广泛。
Description
技术领域
本发明特别涉及一种基于石墨烯的导电涂料、其制备方法及应用，属于材料科学领域。
背景技术
导电涂料是指电导率大于10-12S/m、具有半导体或导体性能的一种新型功能涂料，导电涂料具有消除静电、抗电磁屏蔽及防腐特性，可广泛地应用于石油化工、航天航空、电子通讯，建筑以及军事工业领域。传统的导电涂料主要是掺合型涂料，它是由石墨、炭黑、金属粉末或金属氧化物等导电添加剂和高分子成膜物质组成。导电涂料由于填料与成膜材料结构上的差异，导致它们之间的相容性差，填料分布不均匀，严重影响涂层的导电性能和力学性能。因此开发一种稳定性好，导电性能好新型导电涂料，成为导电涂料的重要研究方向。
石墨烯具有的物理及电学性质，如高比表面积、高导电性、高机械强度等，有望在高性能纳电子器件、传感器、导热/散热材料、导电油墨、抗静电材料、塑料橡胶增强、防腐涂层等方面具有重要应用。但是由于石墨烯不亲水，也不亲油，化学反应惰性，片层之间由于其强烈的相互作用很容易堆积在一起，导致在溶剂或高分子树脂中的分散性差，极大的限制了石墨烯在涂料等领域的应用。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种石墨烯导电复合涂料，以克服现有技术中的不足。
本发明的目的之二在于提供一种制备所述石墨烯导电复合涂料的方法。
本发明的目的之三在于提供所述石墨烯导电复合涂料的应用。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
一种石墨烯导电复合涂料，包含用于组成涂料基体的高分子成膜树脂，石墨烯以及石墨烯分散剂；其中，所述石墨烯分散剂包括能够与石墨烯通过π-π相互作用结合，从而使石墨烯均匀稳定的分散于所述高分子成膜树脂或所述高分子成膜树脂与水和/或有机溶剂的混合物中的苯胺低聚物、苯胺低聚物衍生物或可溶性聚苯胺。
进一步的，所述涂料优选含有0.5-80wt％石墨烯，尤其优选含有1-20wt％石墨烯。
进一步的，所述苯胺低聚物包括苯胺三聚体，苯胺四聚体或苯胺五聚体。
进一步的，所述可溶性聚苯胺包括在水性或油性溶剂中可溶的取代聚苯胺或功能化质子酸掺杂的聚苯胺，例如苯磺酸，盐酸，磷酸掺杂的聚苯胺。
进一步的，所述苯胺低聚物衍生物包括含功能化基团的苯胺低聚物，所述功能化基团包括烷基、羧基、磺酸基、磷酸基、乙二醇低聚物基团或植物油。
进一步的，所述苯胺低聚物衍生物包括苯胺低聚物与质子酸掺杂剂形成的水性或油性物质，所述质子酸掺杂剂包括磷酸、樟脑磺酸或植酸。
进一步的，所述高分子成膜树脂可优选自水性单组份聚氨酯，但亦可选自除聚酯体系之外的其它合适树脂体系，例如环氧树脂、醇酸树，聚甲基丙烯酯乳液或有机硅树脂等，且不限于此。
前述任一种石墨烯导电复合涂料的制备方法，包括：
将石墨烯及石墨烯分散剂于水和/或有机溶剂中混合，形成均匀稳定的分散液，再加入高分子成膜树脂混合均匀，形成所述涂料；
或者，将石墨烯、石墨烯分散剂直接与高分子成膜树脂混合均匀，形成所述涂料。
前述任一种石墨烯导电复合涂料于制备导电油墨、防静电涂层、电磁屏蔽材料或吸波隐身材料中的应用。
一种涂层，主要由前述的任一种石墨烯导电复合涂料形成。
一种涂层的制备方法，包括：将前述的任一种石墨烯导电复合涂料施加于物体表面形成膜层状，经固化后，形成所述涂层。
其中，将所述复合涂料施加于物体表面成膜的方式可以是涂布、印刷等，例如，可以将所述复合涂料旋涂于物品表面成膜。
例如，本发明一实施案例中一种石墨烯-高分子树脂导电涂层的制备方法可以包括如下步骤：
(1)将石墨烯分散剂溶于水，例如去离子水中，超声分散至完全溶解；
(2)将石墨烯加入到步骤(1)所获分散剂的水溶液中，超声分散至形成稳定的石墨烯分散液；
(3)将水性单组份聚氨酯树脂加入所述石墨烯分散液中，超声分散至形成均一的石墨烯-聚氨酯分散液；
(4)将所述石墨烯-聚氨酯分散液通过旋转涂膜的方式涂在物品表面，例如玻璃基片上，于60℃下固化1h，得到石墨烯-聚氨酯导电涂层。
一种装置，包含前述的涂层。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
1)提供了一种新型的基于石墨烯的导电复合涂料，且在该涂料中，石墨烯能均匀稳定的分散在涂料基体中，这可以大大促进其在导电高分子涂层等方面的应用；
2)本发明石墨烯导电复合涂料的制备方法过程简单、无需复杂的化学反应，过程容易控制；
3)利用本发明的导电复合涂料形成的导电涂层在高分子材料、金属材料、纺织材料表面、陶瓷材料表面具有良好的粘结能力，同时还具有防辐射、抗静电、防腐蚀、吸波、耐磨等特性，应用前景广泛。
具体实施方式
下面将结合若干实施例对本发明的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：取苯胺三聚体羧基衍生物0.025g，NaOH 0.005g,去离子水3mL，石墨烯0.025g，超声分散，然后加入水性聚氨酯0.735g(固含量34wt％)，涂膜，60℃下固化，得到含石墨烯5％的聚氨酯导电涂层。测定其薄膜电导率为403ohm/sq。
实施例2：苯胺三聚体羧基衍生物0.025g，NaOH 0.005g,去离子水3mL，石墨烯0.025g，超声分散，然后加入水性聚氨酯1.47g(固含量34wt％),涂膜，60℃下固化，得到含石墨烯10％的聚氨酯导电涂层。测定其薄膜电导率为362ohm/sq。
实施例3：水性磺酸化聚苯胺0.025g，去离子水3mL，石墨烯0.025g，超声分散，然后加入水性聚氨酯0.735g(固含量34wt％)，涂膜，60℃下固化，得到含石墨烯10％的聚氨酯导电涂层。测定其薄膜电导率为845ohm/sq。
实施例4：水性磺酸化聚苯胺0.025g，去离子水3mL，石墨烯0.025g，超声分散，然后加入水性聚氨酯1.47g(固含量34wt％)，涂膜，60℃下固化，得到含石墨烯5％的聚氨酯导电涂层。测定其薄膜电导率为1287ohm/sq。
实施例5：水性磺酸化聚苯胺0.025g，去离子水3mL，石墨烯0.025g，超声分散，然后加入水性聚氨酯1.47g(固含量34wt％)，涂膜，60℃下固化，得到含石墨烯2.5％的聚氨酯导电涂层。测定其薄膜电导率为3276ohm/sq。
对照例：按照与实施例1-5基本相同的原料配比，取去离子水、石墨烯及水性聚氨酯形成混合体系，但不加入本发明的石墨烯分散剂，可以看到，在形成的混合体系中石墨烯无法分散而会沉淀，因而无法均匀成膜。
需要说明的是，在本文中术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
应当指出，以上所述仅是本发明的具体实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种石墨烯导电复合涂料，其特征在于包含用于组成涂料基体的高分子成膜树脂、石墨烯以及石墨烯分散剂；并且，所述涂料是通过直接将石墨烯及石墨烯分散剂于水和/或有机溶剂中混合形成均匀稳定的分散液，再加入高分子成膜树脂混合均匀形成，或者，所述涂料是通过将石墨烯、石墨烯分散剂直接与高分子成膜树脂混合均匀形成；其中，所述石墨烯分散剂包括能够与石墨烯通过π-π相互作用结合，从而使石墨烯均匀稳定的分散于所述高分子成膜树脂的苯胺低聚物、苯胺低聚物衍生物或可溶性聚苯胺。
2.根据权利要求1所述的石墨烯导电复合涂料，其特征在于：所述涂料含有0.5-80wt%石墨烯。
3.根据权利要求2所述的石墨烯导电复合涂料，其特征在于：所述涂料含有1-20wt%石墨烯。
4.根据权利要求1所述的石墨烯导电复合涂料，其特征在于：所述苯胺低聚物包括苯胺三聚体，苯胺四聚体或苯胺五聚体。
5.根据权利要求1所述的石墨烯导电复合涂料，其特征在于：所述苯胺低聚物衍生物包括含功能化基团的苯胺低聚物，所述功能化基团包括烷基、羧基、磺酸基、磷酸基、乙二醇低聚物基团或植物油。
6.根据权利要求1所述的石墨烯导电复合涂料，其特征在于：所述苯胺低聚物衍生物包括苯胺低聚物与质子酸掺杂剂形成的水性或油性物质，所述质子酸掺杂剂包括磷酸、樟脑磺酸或植酸。
7.根据权利要求1所述的石墨烯导电复合涂料，其特征在于：所述可溶性聚苯胺包括在水性或油性溶剂中可溶的取代聚苯胺或功能化质子酸掺杂的聚苯胺。
8.根据权利要求1所述的石墨烯导电复合涂料，其特征在于：所述高分子成膜树脂包括水性单组份聚氨酯、环氧树脂、醇酸树脂，聚甲基丙烯酯乳液或有机硅树脂。
9.权利要求1-8中任一项所述石墨烯导电复合涂料于制备导电油墨、防静电涂层、电磁屏蔽材料或吸波隐身材料中的应用。
10.一种涂层，其特征在于主要由权利要求1-8中任一项所述的石墨烯导电复合涂料形成。
11.一种涂层的制备方法，其特征在于包括：将权利要求1-8中任一项所述石墨烯导电复合涂料施加于物体表面形成膜层状，经固化后，形成所述涂层。
12.一种装置，其特征在于包含权利要求10所述的涂层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |