CN108517183A - 一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料及其制备方法 - Google Patents

一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料及其制备方法，按重量份数计，其成分为：光引发剂5.0～10.0份、黑磷烯8.0～15.0份、含有不饱和基团取代的聚噻吩10.0～15.0份、不饱和树脂65.0～80.0份、活性稀释剂10.0～30.0份、功能助剂0～10.0份。本发明的优点为：首次将黑磷烯应用于导电涂料领域；所述的光固化涂料在固化过程中，含有不饱和基团取代的聚噻吩参与光固化过程，同不饱和树脂、活性稀释剂一起聚合形成三维网状结构，为黑磷烯、聚噻吩单元之间提供了导电通道，所述涂料具有良好的导电性；所述的光固化导电涂料活性稀释剂参与光固化过程，无其它有机溶剂，更加环保、节能。

Description

一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种导电涂料，尤其涉及一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料及其制备方法，属于导电涂料技术领域。
背景技术
导电涂料即为防电磁波干扰屏蔽涂料，是涂于高电阻率的高分子材料上，使之具有传导电流和排除积累静电荷能力的特种涂料，可涂覆于任何形状基材的表面或内部。导电涂料按组成及导电机理可分为两大类：结构型导电涂料与复合型导电涂料。其中复合型导电涂料在环氧树脂领域应用较为广泛。
中国专利CN201210556682.5提供了一种导电涂料，其包括：1wt％～8wt％的石墨烯，0.1w％～1wt％的功能化石墨烯，15wt％～30wt％的环氧树脂与固化剂，0.2wt％～1.5wt％的润湿分散剂，0.1wt％～0.5wt％的消泡剂，0～30wt％的导电填料，余量为溶剂；所述功能化石墨烯为含有氨基的功能化石墨烯或含有巯基的功能化石墨烯。由于该发明的功能化石墨烯中带有氨基或巯基，其能更好的分散在体系中，同时氨基或巯基能与环氧树脂中的环氧基团反应，提高涂层的结合力；另一方面，石墨烯不仅具有片状结构且径厚比较大，且在低添加量的条件下其在涂膜中平行排列了很多层，因此导电涂料具有较好的导电性和附着性。但是该发明有机溶剂含量高、非反应型导电填料占比大，因此存在环保性差、涂膜易粉化的缺点。
光固化涂料又称紫外光固化涂料，是辐射固化涂料的一种，主要指在光照射下可以迅速交联固化成膜的一类新型涂料，因其高效涂装和环境友好等特征，已在涂料行业得到广泛应用。与溶剂型涂料相比，光固化涂料具有固化速度快、物挥发性溶剂、节约能源、费用低、可自动化生产等特点。但导电涂料在光固化领域的应用较少。
黑磷是一种类似于石墨的波形层状结构晶体，其原子层间通过范德华力结合，易于被剥离成单层或少层的纳米薄片。在单原子层中，每个磷原子与相邻的3个磷原子形成具有共价键的褶状蜂窝结构，黑磷烯是天然的p型半导体，价带电子跃迁至导带时，为竖直跃迁，电子波矢不变，因此其具有直接带隙，且无论剥到多少层皆是直接带隙，带隙可由层数在0.3eV～1.5eV范围调控，并且其具有明显的各向异性，在X方向上的弹性模量较小，且晶体电子的有效质量仅为0.1～0.2m0，这决定了黑磷烯具有较高的电子迁移率，单层黑磷烯电子迁移率可达10000cm2/(V·s)。但是关于黑磷烯在导电涂料领域的应用鲜有报道。
发明内容
本发明旨在提供一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料及其制备方法。
本发明所述的基于黑磷烯的新型光固化导电涂料，以不饱和树脂为主要成膜树脂、以黑磷烯为防电磁波干扰填料、以含有不饱和基团取代的聚噻吩为可交联成膜导电基体的光固化导电涂料，具有高导电性、高耐磨、高韧性的优点。
为克服现有技术的缺点和不足，本发明采取以下技术方案，一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料，按重量份数计，其成分为：光引发剂5.0～10.0份、黑磷烯8.0～15.0份、含有不饱和基团取代的聚噻吩10.0～15.0份、不饱和树脂65.0～80.0份、活性稀释剂10.0～30.0份、功能助剂0～10.0份。
所述的含有不饱和基团取代的聚噻吩，结构式如下，进一步地，优选为为聚-3-丙烯酰氧基噻吩、聚-3-甲基丙烯酰氧乙氧基噻吩、聚-3-苯基乙烯基噻吩中的至少一种。
所述的光引发剂为二苯甲酮、安息香乙醚、安息香双甲醚、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基-环己基苯基甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰二苯基氧化膦、双2,4,6-三甲基苯甲酰苯基氧化膦中的至少一种；所述的不饱和树脂为聚氨酯丙烯酸酯树脂、不饱和聚酯树脂。
所述的活性稀释剂为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、1，4-丁二醇二丙烯酸酯，1，6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、三丙二醇类二丙烯酸酯、三羟基丙烷三丙烯酸酯、二缩三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的至少一种。
所述的功能助剂选用为了提高硬度的增硬剂、为了降低涂膜光泽的消光剂、为了提高涂膜的抗划伤的抗划伤剂、为了防止涂层叠压粘连的抗粘连剂、为了增加涂层的耐磨性的耐磨剂、为了防止户外涂料抗老化和变黄的紫外线吸收剂、为了净化空气的负离子粉添加剂、为了改变涂料气味的遮味剂。
本发明所述的一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料的制备方法包括下述步骤：向反应器中依次加入光引发剂、不饱和树脂、黑磷烯、含有不饱和基团取代的聚噻吩、活性稀释剂；每加入一种反应原料，均进行搅拌均匀后，再加入下一种反应原料，充分分散均匀得所述的光固化涂料；最后通过喷涂、刷涂、浸涂的方式适于木材、玻璃、金属、陶瓷、水泥等基材表面，在烘箱中60±10℃干燥10～30min后，用80W/cm汞灯，5m/min的线速度光固化，固化完全后测试涂膜性能。
本发明所述的一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料的优点为：(1)首次将黑磷烯应用于导电涂料领域；(2)所述的光固化涂料在固化过程中，含有不饱和基团取代的聚噻吩参与光固化过程，同不饱和树脂、活性稀释剂一起聚合形成三维网状结构，为黑磷烯、聚噻吩单元之间提供了导电通道，所述涂料具有良好的导电性；(3)所述的光固化导电涂料活性稀释剂参与光固化过程，无其它有机溶剂，更加环保、节能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料做进一步的描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。
实施例1
一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料，按重量份数计，其成分为：安息香双甲醚7.0份、黑磷烯12.0份、聚-3-苯基乙烯基噻吩10.0份、聚氨酯丙烯酸酯树脂75.0份、丙烯酸羟乙酯20.0份。
实施例2
一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料，按重量份数计，其成分为：2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮10.0份、黑磷烯15.0份、聚-3-甲基丙烯酰氧乙氧基噻吩15.0份、聚氨酯丙烯酸酯树脂65.0份、新戊二醇二丙烯酸酯12.0份、消光剂5.0份。
实施例3
一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料，按重量份数计，其成分为：二苯甲酮5.0份、黑磷烯15.0份、聚-3-甲基丙烯酰氧乙氧基噻吩15.0份、不饱和聚酯树脂80.0份、1，6-己二醇二丙烯酸酯30.0份、耐磨剂10.0份。
实施例4
一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料，按重量份数计，其成分为：1-羟基-环己基苯基甲酮6.0份、黑磷烯14.0份、聚-3-丙烯酰氧基噻吩11.0份、不饱和聚酯树脂72.0份、三丙二醇类二丙烯酸酯20.0份、负离子粉添加剂5.0份。
实施例5
一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料，按重量份数计，其成分为：双2,4,6-三甲基苯甲酰苯基氧化膦9.0份、黑磷烯14.0份、聚-3-丙烯酰氧基噻吩12.0份、聚氨酯丙烯酸酯树脂65.0份、1，4-丁二醇二丙烯酸酯18.0份。
上述实施例中所述的一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料的制备方法包括下述步骤：向反应器中依次加入光引发剂、不饱和树脂、黑磷烯、含有不饱和基团取代的聚噻吩、活性稀释剂；每加入一种反应原料，均进行搅拌均匀后，再加入下一种反应原料，充分分散均匀得所述的光固化涂料；最后通过喷涂、刷涂、浸涂的方式适于木材、玻璃、金属、陶瓷、水泥等基材表面，在烘箱中60±10℃干燥10～30min后，用80W/cm汞灯，5m/min的线速度光固化，固化完全后测试涂膜性能。
实施例与市售导电涂料相同条件下，性能测试结果如下表1，可以看出本发明所述的导电涂料与市售导电涂料具有想接近的体积电阻率，但是其硬度、附着力、抗冲击强度优于市售导电涂料。
表1性能测试表
由表1可以看出，本发明所述的基于黑磷烯的新型光固化导电涂料的体积导电率优于市售导电涂料，且其附着力、硬度、抗冲击强度较比市售导电涂料好。
尽管本发明已作了详细说明并引用了实施例，但对于本领域的普通技术人员，显然可以按照上述说明而做出的各种方案、修改和改动，都应该包括在权利要求的范围之内。

Claims (9)

1.一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料，其特征在于，按重量份数计，其成分为：光引发剂5.0～10.0份、黑磷烯8.0～15.0份、含有不饱和基团取代的聚噻吩10.0～15.0份、不饱和树脂65.0～80.0份、活性稀释剂10.0～30.0份、功能助剂0～10.0份。
2.根据权利要求1所述的一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料，其特征在于，所述的含有不饱和基团取代的聚噻吩，为聚-3-丙烯酰氧基噻吩、聚-3-甲基丙烯酰氧乙氧基噻吩、聚-3-苯基乙烯基噻吩中的至少一种，其结构式为：
3.根据权利要求1所述的一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料，其特征在于，所述的光引发剂为二苯甲酮、安息香乙醚、安息香双甲醚、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基-环己基苯基甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰二苯基氧化膦、双2,4,6-三甲基苯甲酰苯基氧化膦中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料，其特征在于，所述的不饱和树脂为聚氨酯丙烯酸酯树脂、不饱和聚酯树脂。
5.根据权利要求1所述的一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料，其特征在于，所述的活性稀释剂为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、1，4-丁二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、三丙二醇类二丙烯酸酯、三羟基丙烷三丙烯酸酯、二缩三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料，其特征在于：所述的功能助剂为增硬剂、消光剂、抗划伤剂、抗粘连剂、耐磨剂、紫外线吸收剂、负离子粉添加剂、遮味剂的一种或几种。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的基于黑磷烯的新型光固化导电涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)向反应器中依次加入光引发剂、不饱和树脂、黑磷烯、含有不饱和基团取代的聚噻吩、活性稀释剂；
(2)每加入一种反应原料，均进行搅拌均匀后，再加入下一种反应原料，充分分散均匀得所述的光固化涂料；
(3)通过喷涂、刷涂、浸涂的方式适于木材、玻璃、金属、陶瓷、水泥等基材表面，最后烘干、固化。
8.根据权利要求7所述的一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料的制备方法，其特征在于，所述的烘干为在烘箱中60±10℃干燥10～30min。
9.根据权利要求7所述的一种基于黑磷烯的新型光固化导电涂料的制备方法，其特征在于，所述的固化为用80W/cm汞灯，以5m/min的线速度光固化。
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