CN109439172A - 一种具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料及其制备方法 - Google Patents

一种具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料，采用高速分散、超声、纳米研磨工艺将石墨烯稳定分散在去离子水介质中。采用先分散石墨烯，再分散炭黑的工艺，能提高复合导电浆料的分散效率能获得更稳定的石墨烯复合导电浆料。导电炭黑的球形结构能在涂层的干燥过程中能将石墨烯隔开，阻止石墨烯的团聚，导电炭黑与石墨烯在涂层中形成三维立体导电结构，更好的发挥石墨烯导电性能好的优势，相比传统碳系导电涂层，电导率更高；加入纤维状的轻质碳酸钙并与石墨烯共同研磨，可以增大轻质碳酸钙的直径，从而达到更好的遮蔽效果。同时本发明为水性涂料，VOC排放极低，小于5％，能够自干不需烘烤，符合当前环保和节能减排趋势。

Description

一种具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及导电涂料技术领域，尤其涉及一种具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料及其制备方法。
背景技术
导电涂料是伴随现代科学技术而迅速发展起来的特种功能涂料，至今约有半个世纪的发展历史。导电涂料主要由导电填料、树脂、稀释剂和助剂组成。其中，导电填料一般为银、铜、镍等金属粉末，导电炭黑、石墨以及氧化物等非金属粉末。导电涂料是一种专用涂料，随着工业技术的发展及对各种电气性能要求的提高，导电涂料的应用范围也越来越广阔。现有的导电涂料的制备技术主都要存在以下几个方面不足：金属系导电填料银系导电性能虽然较好，但是价格贵且容易出现银迁移的现象；铜系填料价格低，导电性好，屏蔽效能佳，但抗氧化稳定性极差，需要进行特殊的处理；传统碳系导电炭黑类填料价格极其低廉，化学稳定性好，分散性好，但导电性比铜系低2个数量级以上，大多用于对导电性要求低的场合，在屏蔽涂料、印刷电路等方面使用效果并不十分理想；现有导电涂料多事溶剂型的，而水性的环保导电涂料鲜有报道，随着环保要求越来越高，低VOC排放高性能的水性导电涂料成为当前的研究热点和行业的发展方向。
传统的遮蔽涂料中，为了提高遮蔽效果除了采用氧化钛以外，还需要加入铝片，但是此方法一方面成本较高，另一方面遮蔽效果也不理想，为了将导电涂料和遮蔽涂料的效果结合起来，有必要研究一种具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料。
本发明的技术方案如下：
一种具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料，由以下重量份的原料制备而成：
水性聚氨酯分散体40.0～80.0重量份；
水性聚氨酯固化剂2.0～8.0重量份；
石墨烯0.05～0.3重量份；
轻质碳酸钙20-50重量份；
研磨助剂0.5～5.0重量份；
导电炭黑2.0～20.0重量份；
防沉剂0.5～5.0重量份；
成膜助剂0.5～5.0重量份；
增稠剂0.5～5.0重量份；
润湿分散剂5.0～8.0重量份；
消泡剂0.1～3.0重量份；
流平剂0.1～3.0重量份；
去离子水100～200重量份。
优选的，所述水性聚氨酯分散体包括Bayhydrol2470、Bayhydrol2427、Bayhydrol2546、Bayhydrol2542、Bayhydrol2651、Bayhydrol2601其中的一种或多种的组合。
优选的，所述水性聚氨酯固化剂Bayhydur305、BayhydurXP2547、BayhydurVPLS2150Ba、Bayhydur401-70其中的一种或多种的组合。
优选的，所述的石墨烯的片径为2～5um，厚度小于10纳米、层数少于10层、比表面积为500～800m2/g；所述石墨烯为湖南金阳烯碳新材料有限公司提供。
优选的，所述的研磨助剂为聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠按重量比1：(2-5)配比的混合粉末。
优选的，所述的轻质碳酸钙为纤维状的轻质碳酸钙，长径比为(20-50)：1。
优选的，所述导电炭黑包括卡博特BP2000、Vxc72R、BP3200、Vxc605、Vxc305、德固赛PrintexXE2-B其中的一种或多种的组合。
优选的，所述防沉剂包括气相二氧化硅、钠基膨润土、钙基膨润土、水性聚酰胺蜡其中的一种或多种的组合。
优选的，所述成膜助剂包括丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、如丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇丙醚、苯甲醇中其中的一种或多种的组合。
优选的，所述增稠剂包括羟乙基纤维素(HEC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、缔合型聚氨酯ACRYSOLTMTT-935、ACRYSOLTMRM-8W、ACRYSOLTMRM-2020NPR其中的一种或多种的组合。
优选的，所述润湿分散剂包括SN5040、SN5027、BYK180、BYK190、BYK191、迪高Dispers750W、迪高Dispers740W、德谦FA115，FA620，FN211，FX600其中的一种或多种的组合。
优选的，所述消泡剂为BYK024、BYK022、TEGOFoamex825、TEGOAirex910、TEGOAirex920、德谦水性消泡剂AP7010，AP7015，DF7005其中的一种或多种的组合。
优选的，所述流平剂为BYK380N、BYK333、BYK346、BYK306、BYK345其中的一种或多种的组合。
优选的，本发明提供一种具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料的制备方法，其依次包括以下步骤：
S1石墨烯分散：将去离子水、研磨助剂、润湿分散剂加入分散罐中，低速分散均匀，然后缓慢加入石墨烯，再高速分散均匀，加入轻质碳酸钙后，球磨处理90-150min，再超声处理90-150min，然后加入增稠剂，再通过纳米砂磨机研磨至细度小于5um；
S2石墨烯复合导电浆料：将导电炭黑分批缓慢加入S1水性石墨烯分散液中，高速分散均匀，然后再通过球磨、纳米研磨将水性石墨烯复合导电浆料研磨至细度小于3um；
S3具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料A组分：将水性聚氨酯分散体、防沉剂、成膜助剂、消泡剂和流平剂加入S3水性石墨烯复合导电浆料中分散均匀，然后再检测包装得到A组分；
S4具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料B组分：将水性聚氨酯固化剂单独包装作为B组分；
S5将涂料A组分和B组分按规定的比例混合然后搅拌8-15min，再静置8-15min，即可。
本发明的有益之处在于：
本发明将石墨烯单独分散，解决石墨烯在涂料中分散困难的问题，采用高速分散、超声、纳米研磨工艺将石墨烯稳定分散在去离子水介质中。石墨烯是二维的片层结构，厚度非常薄，但横向的片径较大，采用先分散石墨烯，再分散炭黑的工艺，能提高复合导电浆料的分散效率能获得更稳定的石墨烯复合导电浆料。导电炭黑的球形结构能在涂层的干燥过程中能将石墨烯隔开，阻止石墨烯的团聚，导电炭黑与石墨烯在涂层中形成三维立体导电结构，更好的发挥石墨烯导电性能好的优势，相比传统碳系导电涂层，电导率更高；加入纤维状的轻质碳酸钙并与石墨烯共同研磨，可以增大轻质碳酸钙的直径，从而达到更好的遮蔽效果。同时本发明为水性涂料，VOC排放极低，小于5％，能够自干不需烘烤，符合当前环保和节能减排趋势。
具体实施方式
实施例1：
一种具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料，由以下重量份的原料制备而成：
水性聚氨酯分散体55重量份；
水性聚氨酯固化剂5重量份；
石墨烯0.25重量份；
轻质碳酸钙28重量份；
研磨助剂1.5重量份；
导电炭黑12重量份；
防沉剂1.5重量份；
成膜助剂2.5重量份；
增稠剂2.5重量份；
润湿分散剂7重量份；
消泡剂1.5重量份；
流平剂1.5重量份；
去离子水180重量份。
所述水性聚氨酯分散体为Bayhydrol2470。
所述水性聚氨酯固化剂为Bayhydur305。
所述的石墨烯的片径为2～5um，厚度小于10纳米、层数少于10层、比表面积为500～800m2/g；所述石墨烯为湖南金阳烯碳新材料有限公司提供。
所述的研磨助剂为聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠按重量比1：3配比的混合粉末。
所述的轻质碳酸钙为纤维状的轻质碳酸钙，长径比为(20-50)：1。
所述导电炭黑为卡博特BP2000。
所述防沉剂为气相二氧化硅。
所述成膜助剂为丙二醇丁醚。
所述增稠剂为羟乙基纤维素(HEC)。
所述润湿分散剂为SN5040。
所述消泡剂为BYK024。
所述流平剂为BYK380N。
本发明提供一种具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料的制备方法，其依次包括以下步骤：
S1石墨烯分散：将去离子水、研磨助剂、润湿分散剂加入分散罐中，低速分散均匀，然后缓慢加入石墨烯，再高速分散均匀，加入轻质碳酸钙后，球磨处理120min，再超声处理100min，然后加入增稠剂，再通过纳米砂磨机研磨至细度小于5um；
S2石墨烯复合导电浆料：将导电炭黑分批缓慢加入S1水性石墨烯分散液中，高速分散均匀，然后再通过球磨、纳米研磨将水性石墨烯复合导电浆料研磨至细度小于3um；
S3具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料A组分：将水性聚氨酯分散体、防沉剂、成膜助剂、消泡剂和流平剂加入S3水性石墨烯复合导电浆料中分散均匀，然后再检测包装得到A组分；
S4具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料B组分：将水性聚氨酯固化剂单独包装作为B组分；
S5将涂料A组分和B组分按规定的比例混合然后搅拌8-15min，再静置8-15min，即可。
实施例2：
一种具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料，由以下重量份的原料制备而成：
水性聚氨酯分散体80.0重量份；
水性聚氨酯固化剂2.0重量份；
石墨烯0.3重量份；
轻质碳酸钙20重量份；
研磨助剂5.0重量份；
导电炭黑2.0重量份；
防沉剂5.0重量份；
成膜助剂0.5重量份；
增稠剂5.0重量份；
润湿分散剂5.0重量份；
消泡剂3.0重量份；
流平剂0.1重量份；
去离子水200重量份。
所述水性聚氨酯分散体包括Bayhydrol2470、Bayhydrol2427、Bayhydrol2546质量比为1：1：2的组合。
所述水性聚氨酯固化剂Bayhydur305和Bayhydur401-70质量比为1：3的组合。
所述的石墨烯的片径为2～5um，厚度小于10纳米、层数少于10层、比表面积为500～800m2/g；所述石墨烯为湖南金阳烯碳新材料有限公司提供。
所述的研磨助剂为聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠按重量比1：5配比的混合粉末。
所述的轻质碳酸钙为纤维状的轻质碳酸钙，长径比为(20-50)：1。
所述导电炭黑为德固赛PrintexXE2-B。
所述防沉剂包括气相二氧化硅和钠基膨润土质量比为1：4的组合。
所述成膜助剂为苯甲醇。
所述增稠剂包括羟乙基纤维素(HEC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、缔合型聚氨酯ACRYSOLTMTT-935质量比为1：3：1的组合。
所述润湿分散剂包括BYK180、迪高Dispers750W、德谦FA115质量比2：5：3的组合。
所述消泡剂为德谦水性消泡剂AP7010。
所述流平剂为BYK306。
本发明提供一种具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料的制备方法，其依次包括以下步骤：
S1石墨烯分散：将去离子水、研磨助剂、润湿分散剂加入分散罐中，低速分散均匀，然后缓慢加入石墨烯，再高速分散均匀，加入轻质碳酸钙后，球磨处理90min，再超声处理150min，然后加入增稠剂，再通过纳米砂磨机研磨至细度小于5um；
S2石墨烯复合导电浆料：将导电炭黑分批缓慢加入S1水性石墨烯分散液中，高速分散均匀，然后再通过球磨、纳米研磨将水性石墨烯复合导电浆料研磨至细度小于3um；
S3具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料A组分：将水性聚氨酯分散体、防沉剂、成膜助剂、消泡剂和流平剂加入S3水性石墨烯复合导电浆料中分散均匀，然后再检测包装得到A组分；
S4具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料B组分：将水性聚氨酯固化剂单独包装作为B组分；
S5将涂料A组分和B组分按规定的比例混合然后搅拌8-15min，再静置8-15min，即可。
实施例3：
一种具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料，由以下重量份的原料制备而成：
水性聚氨酯分散体40.0重量份；
水性聚氨酯固化剂8.0重量份；
石墨烯0.05重量份；
轻质碳酸钙50重量份；
研磨助剂0.5重量份；
导电炭黑20.0重量份；
防沉剂0.5重量份；
成膜助剂5.0重量份；
增稠剂0.5重量份；
润湿分散剂8.0重量份；
消泡剂0.1重量份；
流平剂3.0重量份；
去离子水100重量份。
所述水性聚氨酯分散体为Bayhydrol2651。
所述水性聚氨酯固化剂为Bayhydur401-70。
所述的石墨烯的片径为2～5um，厚度小于10纳米、层数少于10层、比表面积为500～800m2/g；所述石墨烯为湖南金阳烯碳新材料有限公司提供。
所述的研磨助剂为聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠按重量比1：2配比的混合粉末。
所述的轻质碳酸钙为纤维状的轻质碳酸钙，长径比为(20-50)：1。
所述导电炭黑包括卡博特BP2000。
所述防沉剂为钠基膨润土。
所述成膜助剂为如丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、苯甲醇中质量比1：5：4的组合。
所述增稠剂为缔合型聚氨酯ACRYSOLTMTT-935。
所述润湿分散剂为德谦FA115，FA620，FN211质量比2：3：5的组合。
所述消泡剂为TEGOAirex920。
所述流平剂为BYK306。
本发明提供一种具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料的制备方法，其依次包括以下步骤：
S1石墨烯分散：将去离子水、研磨助剂、润湿分散剂加入分散罐中，低速分散均匀，然后缓慢加入石墨烯，再高速分散均匀，加入轻质碳酸钙后，球磨处理150min，再超声处理90min，然后加入增稠剂，再通过纳米砂磨机研磨至细度小于5um；
S2石墨烯复合导电浆料：将导电炭黑分批缓慢加入S1水性石墨烯分散液中，高速分散均匀，然后再通过球磨、纳米研磨将水性石墨烯复合导电浆料研磨至细度小于3um；
S3具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料A组分：将水性聚氨酯分散体、防沉剂、成膜助剂、消泡剂和流平剂加入S3水性石墨烯复合导电浆料中分散均匀，然后再检测包装得到A组分；
S4具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料B组分：将水性聚氨酯固化剂单独包装作为B组分；
S5将涂料A组分和B组分按规定的比例混合然后搅拌8-15min，再静置8-15min，即可。
对比例1
将实施例1中的纤维状的轻质碳酸钙替换为微米级二氧化钛。
对比例2
将实施例1中的纤维状的轻质碳酸钙替换为微米级白色云母。
对比例3
将实施例1中的纤维状的轻质碳酸钙替换为颗粒状的轻质碳酸钙。
以下对实施例1和对比例1-3的涂料样品进行遮蔽效果实验，得到如下检测结果；测试方法为：使用自动喷雾枪将上述得到的基底遮蔽涂料以喷出量200cc、雾化压3.0kgf/cm2、枪距离30cm、室温度27℃、室湿度45％的条件，对作为基体的膜和遮蔽力试验纸进行涂敷，从而得到在基体上具有利用基底遮蔽涂料形成的涂膜的涂敷物。
表1：涂料样品的遮蔽效果实验结果；
由以上测试数据可以知道，本发明的具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料的涂膜遮蔽效果非常好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：
水性聚氨酯分散体40.0～80.0重量份；
水性聚氨酯固化剂2.0～8.0重量份；
石墨烯0.05～0.3重量份；
轻质碳酸钙20-50重量份；
研磨助剂0.5～5.0重量份；
导电炭黑2.0～20.0重量份；
防沉剂0.5～5.0重量份；
成膜助剂0.5～5.0重量份；
增稠剂0.5～5.0重量份；
润湿分散剂5.0～8.0重量份；
消泡剂0.1～3.0重量份；
流平剂0.1～3.0重量份；
去离子水100～200重量份。
2.如权利要求1所述的具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料，其特征在于，所述水性聚氨酯分散体包括Bayhydrol2470、Bayhydrol2427、Bayhydrol2546、Bayhydrol2542、Bayhydrol2651、Bayhydrol2601其中的一种或多种的组合；所述水性聚氨酯固化剂Bayhydur305、BayhydurXP2547、BayhydurVPLS2150Ba、Bayhydur401-70其中的一种或多种的组合。
3.如权利要求1所述的具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料，其特征在于，所述的石墨烯的片径为2～5um，厚度小于10纳米、层数少于10层、比表面积为500～800m2/g。
4.如权利要求1所述的具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料，其特征在于，所述的研磨助剂为聚丙烯酸钠和六偏磷酸钠按重量比1：(2-5)配比的混合粉末。
5.如权利要求1所述的具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料，其特征在于，所述的轻质碳酸钙为纤维状的轻质碳酸钙，长径比为(20-50)：1。
6.如权利要求1所述的具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料，其特征在于，所述导电炭黑包括卡博特BP2000、Vxc72R、BP3200、Vxc605、Vxc305、德固赛PrintexXE2-B其中的一种或多种的组合。
7.如权利要求1所述的具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料，其特征在于，所述防沉剂包括气相二氧化硅、钠基膨润土、钙基膨润土、水性聚酰胺蜡其中的一种或多种的组合；所述成膜助剂包括丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、如丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇丙醚、苯甲醇中其中的一种或多种的组合；所述增稠剂包括羟乙基纤维素(HEC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、缔合型聚氨酯ACRYSOLTMTT-935、ACRYSOLTMRM-8W、ACRYSOLTMRM-2020NPR其中的一种或多种的组合；所述润湿分散剂包括SN5040、SN5027、BYK180、BYK190、BYK191、迪高Dispers750W、迪高Dispers740W、德谦FA115，FA620，FN211，FX600其中的一种或多种的组合；所述消泡剂为BYK024、BYK022、TEGOFoamex825、TEGOAirex910、TEGOAirex920、德谦水性消泡剂AP7010，AP7015，DF7005其中的一种或多种的组合；所述流平剂为BYK380N、BYK333、BYK346、BYK306、BYK345其中的一种或多种的组合。
8.一种具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料的制备方法，其特征在于，其依次包括以下步骤：
S1石墨烯分散：将去离子水、研磨助剂、润湿分散剂加入分散罐中，低速分散均匀，然后缓慢加入石墨烯，再高速分散均匀，加入轻质碳酸钙后，球磨处理90-150min，再超声处理90-150min，然后加入增稠剂，再通过纳米砂磨机研磨至细度小于5um；
S2石墨烯复合导电浆料：将导电炭黑分批缓慢加入S1水性石墨烯分散液中，高速分散均匀，然后再通过球磨、纳米研磨将水性石墨烯复合导电浆料研磨至细度小于3um；
S3具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料A组分：将水性聚氨酯分散体、防沉剂、成膜助剂、消泡剂和流平剂加入S3水性石墨烯复合导电浆料中分散均匀，然后再检测包装得到A组分；
S4具有强遮蔽效果的石墨烯水性导电涂料B组分：将水性聚氨酯固化剂单独包装作为B组分；
S5将涂料A组分和B组分按规定的比例混合然后搅拌8-15min，再静置8-15min，即可。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110885597A (zh) * 2019-11-20 2020-03-17 山东润辉石墨制品有限公司 一种碱性锌锰电池用水基导电石墨乳及制备方法
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CN116200099A (zh) * 2023-02-28 2023-06-02 中德新亚建筑材料有限公司 一种基于石墨烯和碳纳米管的水性防静电面涂涂层及制备方法
CN116218292A (zh) * 2023-03-08 2023-06-06 安方高科电磁安全技术(北京)有限公司 一种水性电磁屏蔽涂料及其制备方法和应用

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