CN110713742B - 一种基于液态金属-高分子智能导电漆的制备及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于液态金属‑高分子智能导电漆的制备及应用方法，将液态金属(单质镓、以及含镓、铋、镉、锡、铅、镝、铟合金等，其熔点低于100摄氏度)与一种或多种高分子材料、溶剂及助剂混合，使液态金属分散于高分子材料、溶剂和助剂的混合物中得到其液态金属、高分子、溶剂和助剂的复合材料，分散粒径100nm‑100μm；其中液态金属体积分数的范围为2％‑80％，溶剂的体积分数范围为5％‑90％，助剂的质量分数范围为5％‑90％。制得的该液态金属‑高分子的智能导电漆可以应用于电子元器件的涂层、电极保护中的导电漆涂层、电路粘黏剂、电磁屏蔽涂料、电路防腐等。

Description

一种基于液态金属-高分子智能导电漆的制备及应用方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种基于液态金属-高分子的智能导电漆材料的制备和应用。

背景技术

导电漆是一种通过喷涂或刷涂的方式，涂覆在基体表面在油漆干燥后形成可以导电连接的漆膜。随着信息化时代的到来，电子产品的出现，传统的封装技术采用的焊接工艺，已经不能适应连接技术的发展要求。导电漆作为一种导电连接新工艺，它通过基体的黏结作用与材料紧密结合在一起，形成导电通路，其工艺简单、互联紧密、胶粘剂与基材匹配性佳等优点，越来越多的被应用与航天产品、电子器件、集成电路芯片、印刷电路板、微波芯片、液晶显示屏等产品中。

目前的导电漆采用的是银、铜、镍或其它复合粒子制成的防电磁波干扰油漆，但仍纯在其对环境的污染大、与不同的基体材料的粘连差异大、成本高、固化速度慢等缺点。高分子材料是一种具有优良的耐磨性、耐热性、耐辐射性和较高的尺寸稳定性等优点的材料，因此将高分子材料用于其生产工艺的改进或作为添加助剂用以提高导电漆的性能成为了导电漆在未来的研发重点。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种基于液态金属-高分子的智能导电漆材料的制备及应用方法。该液态金属-高分子的智能导电漆材料通过控制其不同的固化温度或压力大小从而实现控制不同的电阻大小的电路导通。

技术方案：本发明的一种基于液态金属-高分子智能导电漆的制备方法为：将液态金属与一种或多种高分子材料、溶剂和助剂混合，使液态金属分散于高分子材料、溶剂和助剂的混合物中得到其液态金属、高分子材料、溶剂和助剂的复合材料，分散粒径100nm-100μm；其中液态金属体积分数的范围为2％-80％；溶剂的体积分数的范围为5％-90％，助剂的质量分数范围为5％-90％。

其中，

所述高分子材料的核心成分包括有：a.环氧树脂类、多聚磷酸酯类、褐藻胶类、壳聚糖类、酚醛树脂类、聚酯树脂类、聚酰胺树脂类、脲醛树脂类、聚酰亚胺类、聚乙烯醇类、聚丙烯酸类、聚氰基丙烯酸酯类、聚环氧丙烯酸酯、聚氨酯类、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯类、聚硅氧烷类、聚四氟乙烯类、聚乙二醇类、聚环氧乙烷类或聚甘油类聚合物中的一种或多种；b.苯乙烯、苯烯酸、甲基丙烯酸、苯甲酸、丙烯酸乙酯、对苯乙烯磺酸钠、二甲基硅氧烷、乙烯腈、2,4,6-三(二甲胺甲基)苯酚、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸正丁酯、乙二醇、丙二醇、丙烯酸羟乙酯、甲醛、氯乙烯、乙酸乙烯、异丁烯、二甲基硅二醇、季戊四醇、丁二醇、二甲胺、甲基二乙醇胺或二甲基乙醇胺单体中的一种或多种。

所述的液态金属为单质镓、或含镓、铋、镉、锡、铅、镝或铟合金中一种或者多种，其熔点低于100摄氏度。

所述的溶剂的核心成分有正丙醇、异丙醇、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、正丁醇、异丁醇、苯、甲苯、丙酮、环乙酮、二甲苯、醋酸乙酯、苯乙烯、乙腈、四氯化碳、苯酚、四氢呋喃、醋酸异丙酯、丁酯、甲乙酮、二丙酮醇、甲基异丁基酮、醋酸戊酯、乳酸乙酯、吡啶、N-甲基吡咯烷酮、甲醇、环己烷、乙二胺、乙酸乙酯、乙酸、氯苯、丁酮、水、N，N-二甲基甲酰胺或乙二醇溶剂中的一种或多种。

所述的助剂的核心成分有催干剂、增韧剂、乳化剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、消光剂、光稳定剂、抗静电剂、抗结皮剂、抗氧剂、粘度稳定剂、附着力促进剂、抗老化剂、防沉淀剂、冻融稳定剂、抑泡剂或成膜助剂的一种或多种。

本发明制备的基于液态金属-高分子的智能导电漆应用于电子元器件的涂层、电极保护中的导电漆涂层、电路粘黏剂、电磁屏蔽涂料或电路防腐。

其中，

将得到的基于液态金属-高分子的智能导电漆涂覆或喷涂在基体材料上，通过控制不同的固化温度从而实现控制其不同的电阻大小的电路导通，固化温度为10℃-200℃，电阻大小为10mΩ-50MΩ。

将得到的基于液态金属-高分子的智能导电漆涂覆或喷涂在基体材料上，当材料固化之后通过施加不同的压力大小而改变其电阻的大小，从而改变电路导通。

有益效果：与纯银导电漆、银铜导电漆、镍导电漆本发明有以下优点：

(1)本发明中申明的液态金属为单质镓、或者含镓、铋、镉、锡、铅、镝、铟合金等其中一种或多种，其熔点低于100摄氏度。

(2)本发明中的液态金属-高分子的智能导电漆通过控制固化温度(10℃-200℃)，来控制该液态金属-高分子的智能导电漆导通电阻的大小的不同，其电阻大小为10mΩ-50MΩ。

(3)本发明中液态金属-高分子的智能导电漆，当材料固化之后可以通过对其施加不同的压力大小而改变其电阻的大小，从而改变电路导通。

(4)本发明中液态金属-高分子的智能导电漆与纯银导电漆、银铜导电油漆、镍导电漆相比该液态金属-高分子的智能导电漆具有更好地黏结性能及更强的拉伸剪切强度。

(5)本发明中液态金属-高分子的智能导电漆，其可以应用于电子元器件的涂层、电极保护中的导电漆涂层、电路粘黏剂、电磁屏蔽涂料、电路防腐等增大了该液态金属高分子的导电漆的应用范围。

具体实施方式

本发明具体涉及一种基于液态金属-高分子的智能导电漆的制备和应用，将低熔点液态金属(单质镓、或者含镓、铋、镉、锡、铅、镝、铟合金等其中一种或多种，其熔点低于100摄氏度)与高分子(一种或多种)、溶剂(一种或多种)和助剂(一种或多种)结合得到其复合材料。分散粒径100nm-100μm；其中液态金属体积分数范围为2％-80％；溶剂的体积分数范围为5％～90％；助剂的质量分数范围为5％-90％。该液态金属-高分子的智能导电漆，通过对该液态金属-高分子的智能导电漆固化温度或压力的大小的控制，来实现其不同电阻的导通。

该液态金属-高分子的智能导电漆中所述高分子材料的核心成分有1)环氧树脂类、多聚磷酸酯类、褐藻胶类、壳聚糖类、酚醛树脂类、聚酯树脂类、聚酰胺树脂类、脲醛树脂类、聚酰亚胺类、聚乙烯醇类、聚丙烯酸类、聚氰基丙烯酸酯类、聚环氧丙烯酸酯、聚氨酯类、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯类、聚硅氧烷类、聚四氟乙烯类、聚乙二醇类、聚环氧乙烷类或聚甘油类等聚合物中的一种或多种(2)苯乙烯、苯烯酸、甲基丙烯酸、苯甲酸、丙烯酸乙酯、对苯乙烯磺酸钠、二甲基硅氧烷、乙烯腈、2,4,6-三(二甲胺甲基)苯酚、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸正丁酯、乙二醇、丙二醇、丙烯酸羟乙酯、甲醛、氯乙烯、乙酸乙烯、异丁烯、二甲基硅二醇、季戊四醇、丁二醇、二甲胺、甲基二乙醇胺和二甲基乙醇胺等一种或多种。

所述的溶剂的核心成分有正丙醇、异丙醇、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、正丁醇、异丁醇、苯、甲苯、丙酮、环乙酮、二甲苯、醋酸乙酯、苯乙烯、乙腈、四氯化碳、苯酚、四氢呋喃、醋酸异丙酯、丁酯、甲乙酮、二丙酮醇、甲基异丁基酮、醋酸戊酯、乳酸乙酯、吡啶、N-甲基吡咯烷酮、甲醇、环己烷、乙二胺、乙酸乙酯、乙酸、氯苯、丁酮、水、N，N-二甲基甲酰胺、乙二醇等溶剂中的一种或多种。

所述的助剂的核心成分有催干剂、增韧剂、乳化剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、消光剂、光稳定剂、抗静电剂、抗结皮剂、抗氧剂、粘度稳定剂、附着力促进剂、抗老化剂、防沉淀剂、冻融稳定剂、抑泡剂、成膜助剂等助剂的一种或多种。

将得到的液态金属与高分子、溶剂和助剂的复合材料，通过控制其固化温度或压力的控制来实现其不同电阻大小的电路导通。

为了更好地说明本发明，下面结合实例进行进一步阐述，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实例。

实施实例(高分子由一种或多种组成，溶剂由一种或多种组成，助剂由一种或多种组成)

步骤(1)制备液态金属颗粒与聚合物的混合物

取一定量的液态金属与基体高分子(环氧树脂)在80℃下搅拌20min使其混合均匀在加入溶剂和助剂搅拌5min,液态金属体积分数控制在2％-80％之间，溶剂的体积分控制在5％-90％之间，助剂的质量分数控制在5％-90％之间，粒径2-20微米。

步骤(2)液态金属-高分子的智能导电漆的使用方法

将得到的液态金属颗粒与聚合物、溶剂和助剂的复合材料，使用前将漆罐内完全搅拌10min使液态金属分散均匀，将稀释的产品尽快的喷涂或涂覆在基体材料上，然后根据自身电阻需求大小控制其固化温度或压力大小达到其粘连连通导电。

虽然，上文中的一般性说明以及具体实例已对本发明做了详尽描述，但在本发明基础上对所列举的原材料以及反应参数的上下限、区间取值能实现本发明，这里就不做额外贅述。

以下实例中通过改变环氧树脂、液态金属和正丙醇的组成比例，得到不同性能的液态金属-高分子的智能导电漆，各组分含量如下表：

性能测试：

粘度测试：按照GB/T 2749-1995中的旋转黏度计法于25℃条件下进行试验。

导热系数测试：按照GB/T 19466.1-2004的规定和ISO 11357-4:2005(E)的方法进行比热容(25℃)测试；再按照GB/T 22588-2008中的要求，进行热扩散系数的测试；导热系数＝热扩散系数x比热容x密度

线膨胀系数测试：按照QJ 1867-1990的要求，测试温度～50℃和室温～100℃共2组数据。

体积电阻率测试：按照QJ 1523-1988中的要求制备体积电阻率试样，将烘箱升温至150℃后，将试样放入。采用双电桥法测试试样的体积电阻。

真空出气测试：按照QJ 1558-1988中的要求，将样品置于恒温恒湿(温度23℃，相对湿度50％)环境条件下保持24h然后置于真空出气测试设备(设备内：温度125℃，真空度4x10-4-7x10-3Pa；收集板温度25℃)中保持24h，测试其真空出气量。

拉伸剪切强度性能测试：按CB/T 1040.3-2006进行，采用SANS E42.503型微机控制电子万能试验机在室温测试，制备铝-铝搭接试样，采用万能试验机进行测试。

差示扫描量热仪：采用DSC25 TA差示扫描量热仪进行测试。样品在氮气保护进行测试，升温速率为5℃/min，温度扫描范围为-50-250℃。

热重分析：利用TG 209F1型热重分析仪进行测试，样品在氮气保护进行测试，升温速率为10℃/min，温度扫描范围为25-800℃。

硬度性能分析：用邵氏硬度计测试，测试温度为室温。

扫描电镜表征：样品拉伸测试断裂面表面形貌结构可通过FEI Nova Nano SEM450扫描电镜进行测试。

导电性测试：Keysight 34461A在室温下采用双线模式监控电阻随时间变化。电源线周期数(NPLC)和测量范围为0.02和自动模式，而测量选项为电阻2W。电线将矩形样品的两侧连接到Keysight 34461A。上述过程中，所有导线都通过绝缘带牢固地固定。

Claims (7)

1.一种基于液态金属-高分子智能导电漆的制备方法，其特征在于该制备方法为：将液态金属与一种或多种高分子材料、溶剂和助剂混合，使液态金属分散于高分子材料、溶剂和助剂的混合物中得到其液态金属、高分子材料、溶剂和助剂的复合材料，分散粒径100nm-100μm；其中液态金属体积分数的范围为2％-80％；溶剂的体积分数的范围为5％-90％，助剂的质量分数范围为5％-90％；所述液态金属-高分子的智能导电漆涂覆或喷涂在基体材料上，当材料固化之后，通过施加不同的压力大小而改变其电阻的大小，从而改变电路导通。

2.根据权利要求1所述的基于液态金属-高分子智能导电漆的制备方法，其特征在于，所述高分子材料的核心成分包括有：a.环氧树脂类、多聚磷酸酯类、褐藻胶类、壳聚糖类、酚醛树脂类、聚酯树脂类、聚酰胺树脂类、脲醛树脂类、聚酰亚胺类、聚乙烯醇类、聚丙烯酸类、聚氰基丙烯酸酯类、聚氨酯类、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯类、聚硅氧烷类、聚四氟乙烯类、聚乙二醇类或聚甘油类聚合物中的一种或多种；b.苯乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸、苯甲酸、丙烯酸乙酯、对苯乙烯磺酸钠、二甲基硅氧烷、乙烯腈、2,4,6-三(二甲胺甲基)苯酚、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸正丁酯、乙二醇、丙二醇、丙烯酸羟乙酯、甲醛、氯乙烯、乙酸乙烯、异丁烯、二甲基硅二醇、季戊四醇、丁二醇、二甲胺、甲基二乙醇胺或二甲基乙醇胺单体中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的基于液态金属-高分子智能导电漆的制备方法，其特征在于，所述的液态金属为单质镓、或含镓、铋、镉、锡、铅、镝、铟合金中一种或者多种，其熔点低于100摄氏度。

4.根据权利要求1所述的基于液态金属-高分子智能导电漆的制备方法，其特征在于，所述的溶剂的核心成分有正丙醇、异丙醇、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、正丁醇、异丁醇、苯、甲苯、丙酮、环乙酮、二甲苯、苯乙烯、乙腈、四氯化碳、苯酚、四氢呋喃、醋酸异丙酯、甲乙酮、二丙酮醇、甲基异丁基酮、醋酸戊酯、乳酸乙酯、吡啶、N-甲基吡咯烷酮、甲醇、环己烷、乙二胺、乙酸乙酯、乙酸、氯苯、丁酮、水、N，N-二甲基甲酰胺或乙二醇溶剂中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的基于液态金属-高分子智能导电漆的制备方法，其特征在于，所述的助剂的核心成分有催干剂、增韧剂、乳化剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、消光剂、光稳定剂、抗静电剂、抗结皮剂、抗氧剂、粘度稳定剂、附着力促进剂、抗老化剂、防沉淀剂、冻融稳定剂、抑泡剂或成膜助剂的一种或多种。

6.一种根据权利要求1、2、3、4或5所述方法制备的基于液态金属-高分子智能导电漆的应用方法，其特征在于，该液态金属-高分子智能导电漆应用于电子元器件的涂层、电极保护中的导电漆涂层、电路粘黏剂、电磁屏蔽涂料或电路防腐，所述液态金属-高分子智能导电漆涂覆或喷涂在基体材料上，当材料固化之后，通过施加不同的压力大小而改变其电阻的大小，从而改变电路导通。

7.根据权利要求6所述的基于液态金属-高分子智能导电漆的应用方法，其特征在于，将得到的基于液态金属-高分子智能导电漆涂覆或喷涂在基体材料上，通过控制不同的固化温度从而实现控制其不同的电阻大小的电路导通，固化温度为10℃-200℃，电阻大小为10mΩ-50MΩ。