CN110591462B - 一种导电涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明导电材料技术领域,具体涉及一种导电涂料及其制备方法,其中,导电涂料包括如下原料:纳米级石墨烯片、碳纳米管、纳米金属氧化物粉末、纳米金属粉末、纳米级导电炭黑、分散剂、偶联剂、流平剂、基体树脂、溶剂;导电涂料的制备方法包括如下制备步骤:步骤一、纳米级石墨烯片、碳纳米管、纳米金属氧化物粉末、纳米金属粉末、纳米级导电炭黑、分散剂、偶联剂、流平剂、基体树脂、溶剂装入密封容器内;步骤二、在密封容器外设置强磁场,然后对密封容器内的原料施加电压,接着旋转磁场,并对密封容器内的原料进行搅拌,使密封容器内的原料混合均匀,制得的导电涂料具有高导电性能,将其喷涂在塑料基体的表面后,可以制得高导电性能的塑料。
Description
技术领域
本发明涉及导电材料技术领域,具体涉及一种导电涂料及其制备方法。
背景技术
导电塑料是将树脂和导电物质混合,用塑料的加工方式进行加工的功能型高分子材料。主要应用于电子、集成电路包装、电磁波屏蔽等领域。它是导电高分子材料的最重要类别。由于塑料在电气领域的常规应用是作绝缘材料,故有人把导电塑料列为特种功能材料来处理。
现有的导电塑料在制备时一般是将基体树脂材料与导电母粒进行熔融共混进行制备,但是由于现有的导电母粒中的导电填料在基体树脂中容易发生团聚、分散不完全的现象,导致制得的导电母粒以及导电塑料的导电性能下降。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足,本发明的第一目的在于提供一种导电涂料,其具有高导电性能,将其喷涂在塑料基体的表面后,可以制得高导电性能的塑料。
发明的第二目的在于提供一种导电涂料的制备方法,其具有将涂料中各组分分散均匀,提高涂料中导电填料的添加量和涂料导电性能的作用。
本发明的第一目的通过下述技术方案实现:一种导电涂料,其包括如下原料:纳米级石墨烯片、碳纳米管、纳米金属氧化物粉末、纳米金属粉末、纳米级导电炭黑、分散剂、偶联剂、流平剂、基体树脂、溶剂。
本发明通过采用上述总类的原料进行混合,使纳米级石墨烯片、碳纳米管、纳米金属氧化物粉末、纳米金属粉末、纳米级导电炭黑等导电原料可以与基体树脂和溶剂均匀混合,完全分散,减少团聚现象,使制得的导电涂料具有优良的导电性能,且能在塑料基体的表面产生良好的附着性。
其中,各所述原料的重量份数如下:
本发明通过采用上述重量比的原料,更有利于使各组分充分分散,混合均匀,使制得的导电涂料具有更高的导电性能。
其中,所述纳米金属氧化物粉末为TiO2纳米导电粉、ITO纳米导电粉、FTO纳米导电粉、ATO纳米导电粉、AZO纳米导电粉、GZO纳米导电粉中的至少一种。
上述种类的纳米金属氧化物粉末具有高导电性能、高热稳定性和高化学稳定性,与本发明的其他原料组分具有协同增效的作用,其能与纳米级石墨烯、碳纳米管、纳米金属粉末、纳米级导电炭黑在塑料基体表面中形成连续的导电网络或导电膜,提高塑料基体的导电性能、热稳定性和化学稳定性,还有利于提高导电涂料在塑料基体表面的附着力,使导电涂料中的导电原料不易从塑料基体表面脱落,延长其寿命。
其中,所述纳米金属粉末为铜、银、镍、铂中的至少一种。
上述种类的纳米金属粉末具有高导电性能,将其与本发明的其他原料混合有利于提高导电涂料的导电性和稳定性。
其中,所述基体树脂为聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚酰胺树脂中的至少一种。
本发明通过采用上述种类的原料作为基体材料,其与本发明的其他原料组分具有良好的相容性,使各原料组分可以均匀分散,并使纳米级石墨烯片、碳纳米管、纳米金属氧化物粉末、纳米金属粉末、纳米级导电炭黑等导电原料涂覆于塑料基体后能形成连续的导电网络,提高塑料基体的导电性能,且使各导电原料能牢固地附着于塑料基体表面,延长导电塑料的使用寿命。
其中,所述分散剂为硬脂酸钡、硬脂酸锌、聚乙烯蜡、聚乙二醇中的至少一种。
其中,所述偶联剂为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的至少一种。
其中,所述流平剂为聚二甲基硅油、聚醚改性有机硅氧烷中的至少一种。
其中,所述溶剂为乙醇、苯乙烯和丙酮中的至少一种。
本发明的第二目的通过下述技术方案实现:一种导电涂料的制备方法,其包括如下制备步骤:
步骤一、纳米级石墨烯片、碳纳米管、纳米金属氧化物粉末、纳米金属粉末、纳米级导电炭黑、分散剂、偶联剂、流平剂、基体树脂、溶剂装入密封容器内;
步骤二、在密封容器外设置强磁场,然后对密封容器内的原料通电,接着旋转磁场,并对密封容器内的原料进行搅拌,使密封容器内的原料混合均匀,制得导电涂料。
本发明的有益效果在于:
本发明通过将纳米级石墨烯片、碳纳米管、纳米金属氧化物粉末、纳米金属粉末、纳米级导电炭黑、分散剂、偶联剂、流平剂、基体树脂、溶剂进行混合,使纳米级石墨烯片、碳纳米管、纳米金属氧化物粉末、纳米金属粉末、纳米级导电炭黑等导电原料可以与基体树脂和溶剂均匀混合,完全分散,减少团聚现象,使制得的导电涂料具有优良的导电性能,电阻率达到104Ω·cm,且能在塑料基体的表面产生良好的附着性。
本发明通过采用磁场作用及机械搅拌作用相互配合,使涂料中各原料组分均匀分散,不发生团聚作用,使涂覆于塑料基板表面的涂料能在塑料基板表面形成连续且均匀的导电网络或导电膜,进而达到提高塑料基板导电性能的目的。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解,下面结合实施例对本发明作进一步的说明,实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种导电涂料,其包括如下原料:纳米级石墨烯片、碳纳米管、纳米金属氧化物粉末、纳米金属粉末、纳米级导电炭黑、分散剂、偶联剂、流平剂、基体树脂、溶剂。
具体的,各所述原料的重量份数如下:
其中,所述纳米金属氧化物粉末为TiO2纳米导电粉
其中,所述纳米金属粉末为铜、银按重量比为1:1组成的混合物。
其中,所述基体树脂为聚丙烯树脂按重量比为1:1组成的混合物。
其中,所述分散剂为硬脂酸钡,所述偶联剂为甲基三甲氧基硅烷,所述流平剂为聚二甲基硅油,所述溶剂为乙醇。
一种导电涂料的制备方法,其包括如下制备步骤:
步骤一、纳米级石墨烯片、碳纳米管、纳米金属氧化物粉末、纳米金属粉末、纳米级导电炭黑、分散剂、偶联剂、流平剂、基体树脂、溶剂装入密封容器内;
步骤二、在密封容器外设置一个或多个强磁场,磁场强度为0.3T,然后对密封容器内的原料通电,电流密度为12.5mA/cm2,通电时长为25min,接着旋转磁场,转动速度为40r/min,并对密封容器内的原料进行搅拌,搅拌速度为300r/min,搅拌时长为30min,使密封容器内的原料混合均匀,制得导电涂料。
实施例2
一种导电涂料,其包括如下原料:纳米级石墨烯片、碳纳米管、纳米金属氧化物粉末、纳米金属粉末、纳米级导电炭黑、分散剂、偶联剂、流平剂、基体树脂、溶剂。
具体的,各所述原料的重量份数如下:
其中,所述纳米金属氧化物粉末为TiO2纳米导电粉、ITO纳米导电粉按重量比为1:1组成的混合物。
其中,所述纳米金属粉末为铜、银、镍按重量比为1:1:1组成的混合物。
其中,所述基体树脂为聚乙烯树脂,所述分散剂为硬脂酸锌,所述偶联剂为甲基三乙氧基硅烷,所述流平剂为聚醚改性有机硅氧烷,所述溶剂为苯乙烯。
一种导电涂料的制备方法,其包括如下制备步骤:
步骤一、纳米级石墨烯片、碳纳米管、纳米金属氧化物粉末、纳米金属粉末、纳米级导电炭黑、分散剂、偶联剂、流平剂、基体树脂、溶剂装入密封容器内;
步骤二、在密封容器外设置强磁场,磁场强度为0.2T,然后对密封容器内的原料通电,电流密度为10mA/cm2,通电时长为30min,接着旋转磁场,转动速度为40r/min,并对密封容器内的原料进行搅拌,搅拌速度为300r/min,搅拌时长为30min,使密封容器内的原料混合均匀,制得导电涂料。
实施例3
一种导电涂料,其包括如下原料:纳米级石墨烯片、碳纳米管、纳米金属氧化物粉末、纳米金属粉末、纳米级导电炭黑、分散剂、偶联剂、流平剂、基体树脂、溶剂。
具体的,各所述原料的重量份数如下:
其中,所述纳米金属氧化物粉末为TiO2纳米导电粉、ITO纳米导电粉、FTO纳米导电粉按重量比为1:1:1组成的混合物。
其中,所述纳米金属粉末为铜、银、镍、铂按重量比为1:1:1:1组成的混合物。
其中,所述基体树脂为聚丙烯树脂、聚苯乙烯树脂按重量比为1.2:2组成的混合物。
其中,所述分散剂为聚乙烯蜡,所述偶联剂为乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷,所述流平剂为聚二甲基硅油、聚醚改性有机硅氧烷按重量比为1:1组成的混合物,所述溶剂为丙酮。
上述导电涂料的制备方法,其包括如下制备步骤:
步骤一、按上述各原料的重量份数,将纳米级石墨烯片、碳纳米管、纳米金属氧化物粉末、纳米金属粉末、纳米级导电炭黑、分散剂、偶联剂、流平剂、基体树脂、溶剂装入密封容器内;
步骤二、在密封容器外设置强磁场,磁场强度为0.4T,然后对密封容器内的原料通电,电流密度为15mA/cm2,通电时长为20min,接着旋转磁场,转动速度为40r/min,并对密封容器内的原料进行搅拌,搅拌速度为300r/min,搅拌时长为30min,使密封容器内的原料混合均匀,制得导电涂料。
对比例1
对比例1与实施例1的不同在于,对比例1的制备方法为:
步骤一、将纳米级石墨烯片、碳纳米管、纳米金属氧化物粉末、纳米金属粉末、纳米级导电炭黑、分散剂、偶联剂、流平剂、基体树脂、溶剂装入密封容器内,并对密封容器内的原料进行搅拌,搅拌速度为400r/min,搅拌时长为30min,使密封容器内的原料混合均匀,制得导电涂料。
对比例1的导电涂料的原料及原料配比与实施例1同。
性能测试
将实施例1-3及对比例1制得的导电涂料分别涂覆于相同规格、相同材质的塑料基板上,涂覆厚度为0.5mm,待塑料基板表面的导电涂料干燥后,分别测试未涂覆导电涂料的塑料基板的电阻率以及涂覆有实施例1-3及对比例1的导电涂料的塑料基板的电阻率,将最终的测试结果记录于表1中。
表1各组塑料基板的电阻率测试结果
分析表1的测试结果:
将涂覆有实施例1-3及对比例1的导电涂料的塑料基板的测试结果与未涂覆导电涂料的塑料基板进行比较可知,由本发明的原料组分制成的导电涂料可以有效提高塑料基板的导电性能。
将涂覆实施例1-3的导电涂料的塑料基板的测试结果与涂覆对比例1的导电涂料的塑料基板进行比较可知,采用本发明的制备方法制备导电涂料有利于提高涂料的导电性能,本发明通过采用磁场作用及机械搅拌作用相互配合,使涂料中各原料组分均匀分散,不发生团聚作用,使涂覆于塑料基板表面的涂料能在塑料基板表面形成连续且均匀的导电网络或导电膜,进而达到提高塑料基板导电性能的目的。
上述实施例为本发明较佳的实现方案,除此之外,本发明还可以其它方式实现,在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种导电涂料,其特征在于:包括如下原料:纳米级石墨烯片、碳纳米管、纳米金属氧化物粉末、纳米金属粉末、纳米级导电炭黑、分散剂、偶联剂、流平剂、基体树脂、溶剂;
导电涂料的制备方法,包括如下制备步骤:
步骤一、纳米级石墨烯片、碳纳米管、纳米金属氧化物粉末、纳米金属粉末、纳米级导电炭黑、分散剂、偶联剂、流平剂、基体树脂、溶剂装入密封容器内;
步骤二、在密封容器外设置强磁场,然后对密封容器内的原料通电,接着旋转磁场,并对密封容器内的原料进行搅拌,使密封容器内的原料混合均匀,制得导电涂料;
其中,磁场强度为0.2-0.4T,电流密度为10-15mA/cm2,通电时长为20-30min,磁场的转动速度为40r/min;
各所述原料的重量份数如下:
纳米级石墨烯片 10-40
碳纳米管 10-30
纳米金属氧化物粉末 5-20
纳米金属粉末 10-30
纳米级导电炭黑 10-40
分散剂 1-2
偶联剂 1-3
流平剂 1-2.5
基体树脂 20-30
溶剂 40-50。
2.根据权利要求1所述的一种导电涂料,其特征在于:所述纳米金属氧化物粉末为TiO2纳米导电粉、ITO纳米导电粉、FTO纳米导电粉、ATO纳米导电粉、AZO纳米导电粉、GZO纳米导电粉中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种导电涂料,其特征在于:所述纳米金属粉末为铜、银、镍、铂中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种导电涂料,其特征在于:所述基体树脂为聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚酰胺树脂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种导电涂料,其特征在于:所述分散剂为硬脂酸钡、硬脂酸锌、聚乙烯蜡、聚乙二醇中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种导电涂料,其特征在于:所述偶联剂为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种导电涂料,其特征在于:所述流平剂为聚二甲基硅油、聚醚改性有机硅氧烷中的至少一种。
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