CN107022312A - 一种氧化石墨烯粘接剂及粘接方法 - Google Patents

一种氧化石墨烯粘接剂及粘接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氧化石墨烯粘接剂，包括溶剂，以及分散于溶剂中的氧化石墨烯，可实现对高分子、金属、纸、玻璃、碳材料、陶瓷等材料的粘接。可耐酸、耐碱和耐盐。在本发明的氧化石墨烯胶黏剂合成的工艺路线中，未加入任何高分子物质，无污染，使用简便，有巨大的应用前景。

Description

一种氧化石墨烯粘接剂及粘接方法
技术领域
本发明涉及一种氧化石墨烯粘接剂及粘接方法。
背景技术
随着社会的进步和科学技术的发展，人们的环保意思识和可持续发展观念日益增强，由溶剂型粘接剂向环保型水基粘接剂转变，已成为当前粘接剂发展的必然趋势。传统的粘接剂例如白乳胶、淀粉胶黏剂存在着易霉变、耐水性和耐湿性比较差和干燥速度慢等缺点；水玻璃存在着耐碱性和耐水性差；具腐蚀性、强刺激性，可致人体灼伤；酚醛树脂胶黏剂存在着脆性大，剥离强度低，不适于作结构胶粘剂使用的缺点；应用较多的脲醛树脂胶黏剂甲醛释放量高、污染环境、危害健康的缺点。本专利首次提出一种新型环保的氧化石墨烯粘接剂，不但克服传统粘接剂残留甲醛的缺点，而且干燥时间短，粘接强度高，耐腐蚀，在航空、航天、汽车、机械、建筑、化工、轻工、电子、电器以及日常生活等领域得到广泛的应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种氧化石墨烯粘接剂及粘结方法，可实现对高分子、金属、纸、玻璃、碳材料和陶瓷等材料的粘接。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种氧化石墨烯粘接剂，包括溶剂，以及分散于溶剂中的氧化石墨烯，所述氧化石墨烯的浓度大于等于4mg/ml，C/O比小于等于3:1，氧化石墨烯单层率大于80％。氧化石墨烯片层尺寸为1um～100um，尺寸小于5um的氧化石墨烯片的量不多于10％，且尺寸大于30um的氧化石墨烯片的量不少于60％。
进一步地，溶剂为水、DMF。
一种基于石墨烯材料的粘结方法，该方法为：首先对粘结材料表面进行亲水处理，之后将氧化石墨烯粘接剂均匀涂覆在多个待粘接材料之间，待其干燥后，待粘接材料之间通过氧化石墨烯实现粘接。
进一步地，待粘接材料包括高分子、金属、纸和玻璃、碳材料、陶瓷等材料，以及上述不同种材料之间的粘结。
本发明首次提出一种新型环保的氧化石墨烯粘接剂，不但克服传统粘接剂残留甲醛的缺点，而且粘接性好，在航空、航天、汽车、机械、建筑、化工、轻工、电子、电器以及日常生活等领域得到广泛的应用。与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)在氧化石墨烯粘接剂合成的工艺路线中，未加入任何含有高分子物质，无污染，利于环保。
(2)采用氧化石墨烯粘接剂进行粘接，直接涂覆，待其干燥后即实现粘接，使用简便，可实现连续化生产。
(3)粘接界面稳定，可耐受高温、酸碱腐蚀等。
附图说明
图1为不同浓度粘结剂的粘结性能图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，本实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述发明的内容做出一些非本质的改变和调整，均属于本发明的保护范围。
没有明确指定的情况下，以下实施例涉及的百分数均为数量百分比，例如，“单层氧化石墨烯占在氧化石墨烯总量的81.5％”，意为，1000片的氧化石墨烯中，单层氧化石墨烯的数量为815片；“尺寸小于5um的氧化石墨烯片的量为7±3％”，意为，100片的氧化石墨烯中，尺寸小于5um的氧化石墨烯片的数量为7±3片。另外，C/O为本领域常用技术术语，表示C、O的原子个数比。
实施例1
本实施例研究了不同浓度下的氧化石墨烯粘结剂的粘结性能，其条件如下：
采用的氧化石墨烯溶液中，尺寸小于5um的氧化石墨烯片的量为7±3％，尺寸大于30um的氧化石墨烯片的量为65±4％，其余部分尺寸为5-30um之间；整体的C/O比2.5:1，单层氧化石墨烯占在氧化石墨烯总量的81.5％。
分别按照2-20mg/ml的浓度配置氧化石墨烯水溶液，并将其对两片载玻片实现粘结，粘结方法为：首先对载玻片进行亲水处理，之后将氧化石墨烯粘接剂均匀涂覆在两片载玻片之间，待其干燥后，两片载玻片通过氧化石墨烯实现粘接。
不同浓度下的粘接效果如图1所示。从图中可以看出，氧化石墨烯浓度在4mg/ml以上，具有较好的粘接效果。
实施例2
本实施例研究了不同C/O比(1:3、1:2、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1)的氧化石墨烯粘结剂的粘结性能，其条件如下：
采用的氧化石墨烯中，尺寸小于5um的氧化石墨烯片的量为5±3％，尺寸大于30um的氧化石墨烯片的量为60±5％，其余部分尺寸为5-30um之间；单层氧化石墨烯占在氧化石墨烯总量的95.8％。按照8mg/ml的浓度配置氧化石墨烯水溶液，并将其对两片载玻片实现粘结，粘结方法为：首先对载玻片进行亲水处理，之后将氧化石墨烯粘接剂均匀涂覆在两片载玻片之间，待其干燥后，两片载玻片通过氧化石墨烯实现粘接。
通过对6个粘结试样进行粘结性能测试，发现C/O小于等于3:1情况下，具有较好的粘结效果，而C/O为4:1、5:1的两个粘结试样粘结效果不佳。
实施例3
本实施例研究了不同尺寸分布的氧化石墨烯粘结剂的粘结性能，其条件如下：
采用的氧化石墨烯中，尺寸分布如表1所示；整体的C/O比2.5:1，单层氧化石墨烯含量为91.6％。按照4mg/ml的浓度配置氧化石墨烯水溶液，并将其对两片载玻片实现粘结，粘结方法为：首先对载玻片进行亲水处理，之后将氧化石墨烯粘接剂均匀涂覆在两片载玻片之间，待其干燥后，两片载玻片通过氧化石墨烯实现粘接。
不同尺寸分布下的粘接效果如表1所示。从表中可以看出，尺寸小于5um的氧化石墨烯片的量应不多于10％，且尺寸大于30um的氧化石墨烯片的量应不小于60％。
表1
实施例4：
(1)取C/O比等于3:1、单层率为81.4％的氧化石墨烯，尺寸小于5um的氧化石墨烯片的量为6％，尺寸大于30um的氧化石墨烯片的量为71％，其余部分尺寸为5-30um之间；配置浓度为4mg/ml的氧化石墨烯分散液，分散相为水，将其作为石墨烯粘接溶液。
(2)将石墨烯粘接溶液均匀涂覆在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料表面，待其干燥后即实现粘接。经测试粘接强度达0.11MPa。
实施例5：
(1)取C/O比等于2.3:1的氧化石墨烯，尺寸小于5um的氧化石墨烯片的量为10％，尺寸大于30um的氧化石墨烯片的量为87％，其余部分尺寸为5-30um之间；配置浓度为16mg/ml的氧化石墨烯分散液，分散相为水，将其作为石墨烯粘接溶液。
(2)将石墨烯粘接溶液均匀涂覆在聚酰亚胺(PI)材料表面，待其干燥后即实现粘接。经测试粘接强度达0.36MPa。
实施例6
(1)取C/O比等于0.5:1、单层率为96.8％的氧化石墨烯，尺寸小于5um的氧化石墨烯片的量为3％，尺寸大于30um的氧化石墨烯片的量为94％，其余部分尺寸为5-30um之间；配置浓度为18mg/ml的氧化石墨烯分散液，分散相为DMF，将其作为石墨烯粘接溶液。
(2)将石墨烯粘接溶液均匀涂覆在玻璃材料表面，待其干燥后即实现粘接。经测试粘接强度达0.0.45MPa。
实施例7
(1)取C/O比等于1.7:1、单层率为88.9％的氧化石墨烯，尺寸均控制在50～80um；配置浓度为18mg/ml的氧化石墨烯分散液，分散相为水，将其作为石墨烯粘接溶液。
(2)将石墨烯粘接溶液均匀涂覆在纸材料表面，待其干燥后即实现粘接。经测试粘接强度达0.62MPa。
实施例8
(1)取C/O比等于3:1、单层率为97.5％的氧化石墨烯，尺寸小于5um的氧化石墨烯片的量为4％，尺寸大于30um的氧化石墨烯片的量为91％，其余部分尺寸为5-30um之间；配置浓度为18mg/ml的氧化石墨烯分散液，分散相为水，将其作为石墨烯粘接溶液。
(2)将石墨烯粘接溶液均匀涂覆在陶瓷材料表面，待其干燥后即实现粘接。经测试粘接强度达0.22MPa。

Claims (4)

1.一种氧化石墨烯粘接剂，其特征在于：包括溶剂，以及分散于溶剂中的氧化石墨烯，所述氧化石墨烯的浓度大于等于4mg/ml，C/O比小于等于3:1，氧化石墨烯单层率大于80％；氧化石墨烯片层尺寸为1um～100um，尺寸小于5um的氧化石墨烯片的量少于等于10％，且尺寸大于30um的氧化石墨烯片的量不少于60％。
2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯粘接剂，其特征在于，溶剂为水、DMF。
3.一种基于石墨烯材料的粘结方法，其特征在于，该方法为：首先对粘结材料表面进行亲水处理，之后将氧化石墨烯粘接剂均匀涂覆在多个待粘接材料之间，待其干燥后，待粘接材料之间通过氧化石墨烯实现粘接。
4.根据权利要求3所述的粘结方法，其特征在于，待粘接材料包括高分子、金属、纸和玻璃、碳材料、陶瓷等材料，以及上述不同种材料之间的粘结。
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