CN110591437B

CN110591437B - 导电涂料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN110591437B
Application number: CN201910764926.0A
Authority: CN
Inventors: 周军
Original assignee: Suzhou Chuangyisheng Industrial Co ltd
Current assignee: Suzhou Chuangyisheng Industrial Co ltd
Priority date: 2019-08-19
Filing date: 2019-08-19
Publication date: 2021-06-15
Anticipated expiration: 2039-08-19
Also published as: CN110591437A

Abstract

本发明涉及一种导电涂料及其制备方法和应用。该导电涂料包括如下质量份数的各组分：CNTs 0.05～0.5份；HCNTs 0.25～1份；炭黑1.5～2份；DS‑172分散剂1.2～1.6份；聚乙烯吡咯烷酮0.1～0.3份；水94～98份。选择炭黑作为导电剂，CNTs和HCNTs作为导电交联剂，在炭黑颗粒之间形成导电通路，降低了电阻，提高了导电效果；选择特定的DS‑172分散剂和聚乙烯吡咯烷酮使得导电颗粒均匀的分散于水中。并且将上述原料精心配比，制备得到的导电涂料能够深入海绵的内部，均匀分布在海绵材料的表面，构成完整的导电网络，使制得的导电海绵具有优异的导电性，且保证了导电海绵具有适宜的硬度。

Description

导电涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及海绵导电技术领域，特别是涉及一种导电涂料及其制备方法和应用。

背景技术

打印机、复印机等显影设备中的送粉辊一般都是由海绵材料(发泡橡胶或塑料)制成。因为发泡橡胶工艺复杂、成本昂贵，所以大多数的送粉辊都是由发泡塑料制成，而发泡塑料一般都采用聚氨酯发泡制成。大致的工艺过程是将将聚氨酯海绵泡体分切为海绵条，然后将金属芯轴装入海绵条中，进行表面加工，形成海绵辊。

在海绵辊的加工工艺中，需要对海绵材料进行导电涂料浸涂，形成导电海绵，以降低海绵辊的电阻。导电海绵的制作方法一般为将海绵材料浸泡在导电涂料中反复挤压多次，然后进行甩干处理。但是，传统的导电涂料制得的导电海绵导电性较差，使用寿命较短。

发明内容

基于此，有必要针对传统的导电涂料制得的导电海绵导电性较差，使用寿命较短的问题，提供一种导电涂料及其制备方法和应用。

一种导电涂料，包括如下质量份数的各组分：

在其中一个实施例中，导电涂料包括如下质量份数的各组分：

在其中一个实施例中，所述CNTs、HCNTs、炭黑、DS-172分散剂、聚乙烯吡咯烷酮和水的质量比为0.25:0.7:1.75:1.4:0.2:96.6。

在其中一个实施例中，所述HCNTs的直径为80nm～150nm。

在其中一个实施例中，所述CNTs为多壁碳纳米管，直径为40nm～100nm。

本发明提供一种导电涂料的制备方法，包括如下步骤：

按照任一项所述的各原料备料，将各原料混匀，然后研磨分散，即得。

在其中一个实施例中，导电涂料的制备方法，具体包括如下步骤：

将DS-172分散剂、聚乙烯吡咯烷酮和水混合，然后加入炭黑混匀，再加入CNTs和HCNTs混匀，之后在直径为0.2mm～0.5mm的研磨介质、转速为2000rpm～3000rpm的条件下研磨1.5h～2h，即得。

本发明还提供任一项所述的导电涂料在制备导电海绵中的应用。

本发明还提供一种导电海绵，包括海绵材料和导电颗粒，所述海绵材料的多孔结构内部含有任一项所述的导电涂料形成的导电颗粒。

本发明还提供一种海绵辊，包含所述的导电海绵。

在打印机、复印机等显影设备中，海绵辊的电阻值是其重要的技术参数，影响打印系统中碳粉的搬送，若海绵辊的电阻较大，则会导致在打印时碳粉充电不良，引发打印质量下降，同时成团聚集的碳粉也容易脱落，造成潜在的隐患。其次，海绵辊的导电海绵还应具备一定的硬度，若导电海绵的硬度过高会导致与其接触的辊寿命降低，影响整个组件的寿命，若导电海绵的硬度过低会导致打印质量下降。另外，海绵辊的海绵材料本身多微孔，微孔之间相互连通。因此，基于海绵材料本身的结构特性，并结合对导电海绵硬度和导电性能的要求，导致对导电涂料的要求较为严苛。

本发明选择CNTs、HCNTs、特定的分散剂、炭黑和水作为原料，其中，炭黑作为导电剂，CNTs和HCNTs作为导电交联剂，在炭黑颗粒之间形成导电通路，降低了电阻，提高了导电效果；选择特定的DS-172分散剂和聚乙烯吡咯烷酮使得导电颗粒均匀的分散于水中。并且将上述原料精心配比，制备得到的导电涂料能够深入海绵的内部，均匀分布在海绵材料的表面，构成完整的导电网络，使制得的导电海绵具有优异的导电性，且保证了导电海绵具有适宜的硬度。

此外，在制备过程中，控制研磨的时间和研磨介质的直径，避免导电颗粒的团聚，使得导电颗粒分散均匀，进一步提高该导电涂料制成的导电海绵的导电性能，且提高了导电涂料的有效利用率。

附图说明

图1为本发明实施例3的导电涂料的海绵表面分布放大图；

图2为本发明对比例1的导电涂料的海绵表面分布放大图；

图3为不含导电涂料的海绵的放大图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明一实施方式的导电涂料，包括如下质量份数的各组分：CNTs 0.05份～0.5份；HCNTs 0.25份～1份；炭黑1.5份～2份；DS-172分散剂1.2份～1.6份；聚乙烯吡咯烷酮0.1份～0.3份；水94份～98份。

其中，CNTs为多壁碳纳米管，含有少量羟基化和羧基化官能团。HCNTs为高纯多壁碳纳米管，相对于CNTs含有较多的羟基化和羧基化官能团。

在其中一实施方式中，HCNTs的直径为80nm～150nm。

在其中一实施方式中，CNTs的直径为40nm～100nm。

优选地，CNTs的直径为100nm。

进一步地，导电涂料包括如下质量份数的各组分：CNTs 0.1份～0.3份；HCNTs 0.5份～0.8份；炭黑1.6份～1.8份；DS-172分散剂1.3份～1.5份；聚乙烯吡咯烷酮0.2份～0.25份；水95份～97份。

更进一步地，CNTs、HCNTs、炭黑、DS-172分散剂、聚乙烯吡咯烷酮和水的质量比为0.25:0.7:1.75:1.4:0.2:96.6。

本发明选择炭黑作为导电剂，CNTs和HCNTs作为导电交联剂，在炭黑颗粒之间形成导电通路，降低了电阻，提高了导电效果；选择特定的DS-172分散剂和聚乙烯吡咯烷酮使得导电颗粒均匀的分散于水中。并且将上述原料精心配比，制备得到的导电涂料能够深入海绵的内部，均匀分布在海绵材料的表面，构成完整的导电网络，使制得的导电海绵具有优异的导电性，且保证了导电海绵具有适宜的硬度。另外，采用水作为溶剂，相对油性溶剂，水对海绵材料的结构没有潜在的破坏隐患，且水基涂料没有环境压力，作业员进行作业时不会对人体带来伤害。

在其中一实施方式中，炭黑为捷克超导炭黑。

在其中一实施方式中，DS-172分散剂的成分是含-N-元素的高分子嵌段共聚物溶液及表面活性剂。

本发明一实施方式的导电涂料的制备方法，包括如下步骤：

按照任一项上述的各原料备料，将各原料混匀，然后研磨分散，即得。

进一步地，导电涂料的制备方法，具体包括如下步骤：

在其中一实施方式中，研磨介质为二氧化锆珠。

本发明在制备导电涂料的过程中，控制研磨的时间和研磨介质的直径，避免导电颗粒的团聚，使得导电颗粒分散均匀，进一步提高该导电涂料制成的导电海绵的导电性能，且提高了导电涂料的有效利用率。

本发明还提供一实施方式的任一项上述的导电涂料在制备导电海绵中的应用。

在其中一实施方式中，导电海绵的制备步骤为：将海绵泡体分切为厚度为10～18mm厚度的片状或条状(厚度依据完成品外径进行调整)，置于导电涂料、胶水和水的混合物中，反复多次进行挤压、浸泡，最终挤干或甩干海绵中的多余涂料，放于烘箱中，在一定温度条件下进行烘干。

本发明还提供一实施方式的导电海绵，包括海绵材料和导电颗粒，海绵材料的多孔结构内部含有任一项上述的导电涂料形成的导电颗粒。

本发明还提供一实施方式的海绵辊，包含上述的导电海绵。

以下为具体实施例。

以下实施例中，炭黑由Chezacarb提供，型号：250#；DS-172分散剂由天津赫普菲乐新材料有限公司提供；CNTs和HCNTs由深圳市黑本新材料有限公司提供。

实施例1

将16g DS-172分散剂和3g聚乙烯吡咯烷酮加入到940g去离子水中，搅拌2min，搅拌的同时，慢慢加入20g炭黑，搅拌均匀，再加入5g CNTs(直径100nm)和10g HCNTs(直径100nm)，搅匀后置于砂磨机中研磨，研磨介质为0.2mm的二氧化锆珠，在3000rpm下研磨分散2h，即得导电涂料。

实施例2

将13g DS-172分散剂和2.5g聚乙烯吡咯烷酮加入到950g去离子水中，搅拌2min，搅拌的同时，慢慢加入16g炭黑，搅拌均匀，再加入2g CNTs(直径80nm)和7g HCNTs(直径80nm)，搅匀后置于砂磨机中研磨，研磨介质为直径为0.2mm的二氧化锆珠，在3000rpm下研磨分散2h，即得导电涂料。

实施例3

将14g DS-172分散剂和2g聚乙烯吡咯烷酮加入到966g去离子水中，搅拌1min，搅拌的同时，慢慢加入17.5g炭黑，搅拌均匀，再加入2.5g CNTs(直径40nm)和7g HCNTs(直径150nm)，搅匀后置于砂磨机中研磨，研磨介质为直径为0.4mm的二氧化锆珠，在2000rpm下研磨分散1.5h，即得导电涂料。

对比例1

同实施例3，区别在于：将DS-172分散剂替换为DS-192分散剂。

对比例2

同实施例3，区别在于：将HCNTs去除。

对比例3

同实施例3，区别在于：炭黑的质量为35g。

对比例4

同实施例3，区别在于：DS-172分散剂的质量为22g。

对比例5

同实施例3，区别在于：研磨介质为直径为1mm的锆珠；在1000rpm下研磨分散0.5h。

性能测试

将实施例1～3、对比例1～5的导电涂料应用于海绵辊中进行性能测试。

将上述导电涂料采用如下相同的制备方法制备导电海绵和海绵辊：将海绵泡体分切为厚度为18mm厚度的片状，然后置于导电涂料、水和胶水的配比为0.84:0.115:0.045的混合涂料中，反复多次进行挤压、浸泡，最终挤干海绵中的多余涂料，放于烘箱中烘干，得到导电海绵，然后进行海绵辊组装、研磨，制成成品海绵辊。

将制得的导电海绵在基恩士VHX-950显微镜下观察，实施例3的导电涂料制得的导电海绵，其导电涂料的海绵表面分布放大图如图1所示，对比例1的导电涂料制得的导电海绵，其导电涂料的海绵表面分布放大图如图2所示，未浸覆导电涂料，即不含导电涂料的海绵放大图如图3所示。观察图1～2可见，实施例3的导电涂料在海绵上分布均匀，而对比例1的导电涂料在海绵上则分布不均匀。

导电性能测试：将上述制得的海绵辊置于电阻测试夹具中(夹具为铜制，由上下两块构成，合围后较海绵辊外径小1mm，海绵辊放于夹具之中后可保证接触面积恒定，以便评估电阻)，使用万用表(表针一端连接海绵辊轴心，一端连接铜制夹具)，施加1V电压，测量导电海绵的体积电阻。测试数据如表1所示：

表1导电海绵的体积电阻

导电性能规格：＜5000Ω

硬度测试：将上述制得的海绵辊分别放于硬度测试用夹具中，使用IMADA的位移测试套装MX2-500N，推拉力计为ZTA-2N，测试探头形状为平头，直径为3mm。以250mm/min速度压入海绵辊中，以探头压入海绵1mm深时的力记为硬度(CFD)数值。

表2导电海绵的硬度

使用寿命(打印至打印质量不可接受的通纸数量)：将上述制得的海绵辊依次组装到打印机之中，进行既定温湿度条件下(温度25±2℃，湿度50±10％RH)通纸打印。观察DEVELOPER ROLL(DR)FILMING及DOCTOR BLADE(DB)FILMING的程度，直至出现如黑色/白色条纹或斑点。测试结果如表3所示：

表3导电海绵的使用寿命

寿命规格：＞15K pcs

从表1～3可以看出，采用本发明实施例1～3的导电涂料制成的导电海绵的电阻均符合规定的电阻要求(＜5000Ω)，导电性能优异，硬度适宜，满足打印机、复印机等显影设备的要求(15±3gf)，且使用寿命远远大于规定的15K pcs。而对比例1～5的导电涂料制成的导电海绵除对比例3外，其电阻均不满足规定要求，但是对比例3的导电涂料制得的导弹海绵的硬度不符合要求，硬度较大，对打印设备及打印效果有较大不利影响。另外，对比例1～5的导电涂料制得的导电海绵的使用寿命远远低于规定要求，使用寿命较短。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种用于制备导电海绵的导电涂料，其特征在于，包括如下质量份数的各组分：

CNTs 0.05份~0.5份；

HCNTs 0.25份~1份；

炭黑 1.5份~2份；

DS-172分散剂 1.2份~1.6份；

聚乙烯吡咯烷酮 0.1份~0.3份；

水 94份~98份；

其中，所述HCNTs为高纯多壁碳纳米管，相对于所述CNTs含有较多的羟基化和羧基化官能团。

2.根据权利要求1所述的导电涂料，其特征在于，包括如下质量份数的各组分：

CNTs 0.1份~0.3份；

HCNTs 0.5份~0.8份；

炭黑 1.6份~1.8份；

DS-172分散剂 1.3份~1.5份；

聚乙烯吡咯烷酮 0.2份~0.25份；

水 95份~97份。

3.根据权利要求1所述的导电涂料，其特征在于，所述CNTs、HCNTs、炭黑、DS-172分散剂、聚乙烯吡咯烷酮和水的质量比为0.25:0.7:1.75:1.4:0.2:96.6。

4.根据权利要求1所述的导电涂料，其特征在于，所述HCNTs的直径为80nm~150nm。

5.根据权利要求1所述的导电涂料，其特征在于，所述CNTs为多壁碳纳米管，直径为40nm~100nm。

6.一种用于制备导电海绵的导电涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

按照权利要求1~5任一项所述的导电涂料的各原料备料，将各原料混匀，然后研磨分散，即得。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

将DS-172分散剂、聚乙烯吡咯烷酮和水混合，然后加入炭黑混匀，再加入CNTs和HCNTs混匀，之后在直径为0.2mm~0.5mm的研磨介质、转速为2000rpm~3000rpm的条件下研磨1.5h~2h，即得。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述研磨介质为二氧化锆珠。

9.一种导电海绵，其特征在于，包括海绵材料和导电颗粒，所述海绵材料的多孔结构内部含有权利要求1~5任一项所述的导电涂料形成的导电颗粒。

10.一种海绵辊，其特征在于，包含权利要求9所述的导电海绵。