CN108148470A

CN108148470A - 一种新型的碳系导电油墨及其制备方法

Info

Publication number: CN108148470A
Application number: CN201611103343.6A
Authority: CN
Inventors: 朱桂刚; 孙晨雅; 穆苑龙
Original assignee: Wuxi High New Materials R & D Technology Co Ltd
Current assignee: Wuxi High New Materials R & D Technology Co Ltd
Priority date: 2016-12-05
Filing date: 2016-12-05
Publication date: 2018-06-12

Abstract

本发明公开了一种新型的碳系导电油墨，其组成包括：导电填料10%‑50%，连接料20%‑90%，助剂1%‑3%，其余为溶剂。其中，碳系导电填料为混合均匀的导电炭黑和石墨烯。该新型的碳系导电油墨的制备方法为：1、将导电炭黑和石墨烯通过行星球磨机磨细并混合均匀，得到导电填料；2、把导电填料、连结料、助剂和溶剂依次通过超声分散，离心搅拌，三辊机研磨，所获得的均匀混合物即为新型的碳系电油墨。本发明的碳系导电油墨具有导电率高、成本低廉、制备方法简单的特点。

Description

一种新型的碳系导电油墨及其制备方法

技术领域

本发明涉及导电油墨领域，尤其是涉及一种由导电炭黑和少量石墨烯作为导电填料的碳系导电油墨及其制备方法。

背景技术

碳系导电油墨是一种填充型的热固性复合材料。由于碳的性能较为稳定，因此，使用碳为导电材料的碳系导电油墨其性能较金属系导电油墨更为稳定，不易产生氧化，且制成后对于酸、碱和化学溶剂的腐蚀都有较大的抗性。另外，碳系导电油墨加工性能好和价格低廉，已被广泛应用于电子、国防、化学和石油化工等领域。碳系导电油墨的导电填料主要是有导电槽黑、乙炔黑、炉法炭黑、石墨、碳纤维、碳纳米管和石墨烯等。

目前，商品化的碳系导电油墨一般是由导电石墨和/或导电炭黑通过与与热固性树脂相结合制成导电油墨，其电阻率约为10² Ω cm-10^-1 Ω cm。就国内而言，有诸多关于碳系导电油墨的专利，比如使用超导炭黑和导电石墨作为导电填料的耐腐蚀性碳系导电油墨（CN103965697A）、使用微米级石墨作为导电填料的水性碳系导电油墨（CN102443320A）等等。但是，大多数碳系导电油墨的导电性都受其导电填料的限制。这严重局限了碳系导电油墨的应用范围。

因此，研发导电性高且具备碳系导电油墨特性的导电油墨具有及其重要的经济意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种以导电石墨和石墨烯均匀混合物作为导电填料的新型碳系导电油墨。

本发明的技术方案如下：

一种新型的碳系导电油墨，其各组分及各组分质量百分比为：导电填料10%-50%，连接料20%-90%，助剂1%-3%，其余为溶剂。

所述的导电填料为导电炭黑和石墨烯的均匀混合物。其中，导电炭黑为导电槽黑、导电炉法碳黑、超导电炉法碳黑、特导电炉法碳黑和乙炔碳黑中的一种或多种；石墨烯为单层石墨烯、双层石墨烯、多层石墨烯和纳米石墨烯片中的一种或多种。

所述的连结料为合成树脂，其包括环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、氨基树脂、聚酯树脂、酚醛树脂中的一种或多种。

所述的助剂包括分散剂、流平剂、消泡剂、稳定剂、增稠剂、成膜剂、润湿剂、触变剂中的一种或多种。

所述的溶剂包括水、醇类溶剂、酯类溶剂、酮类溶剂、脂肪烃类溶剂、芳香烃累溶剂、醚类溶剂中的一种或多种。

所述的碳系导电油墨，其制备步骤如下：

（1）按一定比例称取导电炭黑和石墨烯并放置于行星球磨机中研磨、混合，得到导电填料；

（2）按导电油墨的各组分质量分数称取各组分，并依次通过超声分散、离心搅拌、三辊机研磨，所获得的均匀混合物即为新型的碳系电油墨。

所述步骤（1）中导电炭黑和石墨烯的质量比为1:1-100:1。

本发明有益的技术效果在于：

1、本发明使用少量的导电性能优异的石墨烯与炭黑混合，共同作为导电填料使得导电性得到很大提高；

2、本发明的碳系导电油墨制备方法成熟、简单、易于实施、适合大规模生产。

具体实施方式

实施例1

碳系导电油墨的组成如下：导电炭黑30g、石墨烯2g、961-60型丙烯酸树脂120g、SR-30炭黑分散剂0.5g、SR-540消泡剂0.3g、SR-103流平剂0.3g、乙酸乙酯40g。

碳系导电油墨的具体制备步骤如下：

（1）按比例取导电炭黑和石墨烯并放置于行星球磨机中研磨混合1h，得到导电填料；

（2）称取32g导电炭黑和石墨烯的混合物和其余组分，依次进行0.5h超声分散、1h离心搅拌、最后通过三辊机研磨，得到最终的碳系导电油墨。

实施例2

碳系导电油墨的组成如下：导电炭黑30g、石墨烯2g、E51型环氧树脂25g、651型环氧固化剂5g、SR-30炭黑分散剂0.5g、SR-540消泡剂0.3g、SR-103流平剂0.3g、乙酸乙酯60g。

碳系导电油墨的具体制备步骤如下：

实施例3

碳系导电油墨的组成如下：导电炭黑30g、石墨烯2g、L411型聚氨酯树脂120g、SR-30炭黑分散剂0.5g、SR-540消泡剂0.3g、SR-103流平剂0.3g、乙酸乙酯200g。

碳系导电油墨的具体制备步骤如下：

（2）称取L411型聚氨酯树脂120g，并加入200g的乙酸乙酯中，超声分散2h后得到聚氨酯的分散液；

（3）称取32g导电炭黑和石墨烯的混合物和其余组分，依次进行0.5h超声分散、1h离心搅拌、最后通过三辊机研磨，得到最终的碳系导电油墨。

测试例：

以上述实施例中的产品为例，对本发明的碳系导电油墨进行了参数方面的测试和表征。

1、粘度测试

将导电油墨放入测试杯中，用恒温槽使导电油墨的温度均匀保持在25℃±0.5℃；估计被测导电油墨的粘度范围，并选取相应的测试轴；根据被测导电油墨的粘度范围选择转速，从较慢转速逐档增加并进行选择；最后按下列方法选择读数时间：

a）当转速大于等于10r/min时，读数时间为1min；

b）当转速在1r/min-10r/min时，读数时间为2min；

c）当转速小于1r/min时，读数时间为10min。

2、细度测试

用化学纯的乙醇清洗刮板细度计并将导电油墨置于细度计沟槽最深处。然后，用双手持刮板于细度计沟槽最深处，使刮板与细度计表面垂直，并以均匀的速度从沟槽最深处将导电油墨刮过细度计表面，使导电油墨充满沟槽。横握刮过的细度计使其倾斜，使视线与沟槽平面成20-30°角，对着光线进行观察，找出沟槽中开始出现两条纵向条纹显示的位置，并记下颗粒度数。

3、固含测试

称取m₁的导电油墨，置于PET膜上，适当摊开，并称重。将载有导电油墨的PET膜置于鼓风式恒温烘箱中，加热至固化温度（80-100℃），保温2h，取出薄膜，放入干燥器中冷却至室温并称重。其固体含量w的计算公式为：

式中，m₁为固化前导电油墨的质量；m₂为固化前导电油墨和PET膜的总质量；m₃为固化后膜的总质量。

4、导电性测试

首先，在PET膜上涂抹导电油墨，在100℃下保温2h，使其充分固化，得到固化膜。用高阻计测定固化膜的导电性，在厚度为d的固化膜两端各放置一个面积为S的电极，并施加直流电压，于是试样内部就有载流子按电场方向迁移，则体积电阻系数σ由下式计算：

式中：

σ为体积电阻系数，Ω·cm；S为电极面积，cm2；R_v为体积电阻值，Ω；d为试样厚度，cm。

测试结果：

表1 四种实例的测试结果

Claims

1.一种新型的碳系导电油墨，其特征在于所述的碳系导电油墨的组成为：导电填料10%-50%，连接料20%-90%，助剂1%-3%，其余为溶剂。

2.根据权利要求1所述的碳系导电油墨，其特征在于所用的导电填料为导电炭黑和石墨烯的均匀混合物。

3.根据权利要求2所述的碳系导电油墨，其特征在于所用的导电炭黑为导电槽黑、导电炉法碳黑、超导电炉法碳黑、特导电炉法碳黑和乙炔碳黑中的一种或多种。

4.根据权利要求2所述的碳系导电油墨，其特征在于所用的石墨烯为单层石墨烯、双层石墨烯、多层石墨烯和纳米石墨烯片中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的碳系导电油墨，其特征在于所述的连结料为合成树脂，包括环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、氨基树脂、聚酯树脂、酚醛树脂中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的碳系导电油墨，其特征在于所述的助剂包括分散剂、流平剂、消泡剂、稳定剂、增稠剂、成膜剂、润湿剂、触变剂中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的碳系导电油墨，其特征在于所述的溶剂包括水、醇类溶剂、酯类溶剂、酮类溶剂、脂肪烃类溶剂、芳香烃累溶剂、醚类溶剂中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的碳系导电油墨，其特征在于包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于所述步骤（1）中导电炭黑和石墨烯的质量比为1:1-100:1。