CN111961421B - 一种水基导电胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水基导电胶及其制备方法，按质量百分比计，所述导电胶包括以下组分：水溶性聚合物：1％‑20％；添加剂：40％‑98％；导电材料：1％‑59％；其中，所述添加剂为具有氢键相互作用的超分子。本发明导电胶具有高电导性、大延展性和高粘附能力；同时，该导电胶可以作为电子粘结材料使用，可以实现在不同基底材料上稳定粘附，其中基底类型包括以下中的任何一种：金属(金、银、铜、铝、锌等)、聚合物板材(PMMA、POC)和薄膜(PI、PET、PS、PEEK、PTFE、TPU、PE等)以及纸张和木材等。另外，本发明由于采用绿色环保胶黏材料与导电材料复合，从而得到不含有毒溶剂的导电胶。

Description

一种水基导电胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及导电胶技术领域，尤其涉及一种水基导电胶及其制备方法。

背景技术

导电胶可以作为电极连接或导电涂层应用于柔性电子器件、可穿戴设备和生物电子器件中，具有重要的应用价值。其中，导电胶的高导电性、延展性和界面粘性是其研究和应用的关键技术指标。

现有的技术中，导电胶中含有有毒、有害溶剂或需要特殊的胶黏条件(加热或光照)；此外，导电胶的基材多为橡胶或硅橡胶等，这都限制了导电胶的应用范围，特别是不适用于柔性、敏感电子元件的连接及生物电子应用。

因此，现有技术仍有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水基导电胶及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种水基导电胶，其中，按质量百分比计，所述导电胶包括以下组分：

水溶性聚合物：1％-20％；

添加剂：40％-98％；

导电材料：1％-59％；

其中，所述添加剂为具有氢键相互作用的超分子。

进一步地，所述水溶性聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的至少一种。

进一步地，所述添加剂由水溶性多元醇类和多酸有机化合物组成，所述水溶性多元醇类和多酸有机化合物的质量比为10:1-1:10。

更进一步地，所述水溶性多元醇类包括季戊四醇、甘油、三羟甲基乙烷、木糖醇、山梨醇、环糊精中的至少一种。

更进一步地，所述多酸有机化合物包括柠檬酸、苹果酸、酒石酸、丁二酸中的至少一种。

进一步地，所述导电材料为无机导电材料或有机导电材料。

更进一步地，所述无机导电材料包括银纳米线、银纳米颗粒、碳纳米管、碳粉、金属粉末中的至少一种。

更进一步地，所述有机导电材料包括聚苯胺、聚吡咯、聚乙烯二氧噻吩、PEDOT:PSS中的至少一种。

进一步地，按质量百分比计，所述导电胶由以下组分组成：

水溶性聚合物：3％-15％；

添加剂：55％-90％；

导电材料：3％-40％。

一种本发明所述的水基导电胶的制备方法，其中，包括步骤：

按照上述配方，将水溶性聚合物、添加剂、导电材料和水混合，充分搅拌后，将搅拌后得到的混合液转移至模具中，加热干燥脱除水分，得到导电胶。

有益效果：本发明导电胶具有高电导性(0.1-100S/cm)、大延展性(大于200％)和高粘附能力；同时，该导电胶可以作为电子粘结材料使用，可以实现在不同基底材料上稳定粘附。另外，本发明由于采用绿色环保胶黏材料与导电材料复合，从而得到不含有毒溶剂的导电胶。

附图说明

图1为本发明具体的实施例1中导电胶在不同基底上的粘附力图。

图2为本发明具体的实施例1中不同PEDOT：PSS质量含量的导电胶的电导率图。

图3为本发明具体的实施例2中不同PEDOT：PSS质量含量的导电胶的电导率图。

图4为本发明具体的实施例3中不同PEDOT：PSS质量含量的导电胶的电导率图。

图5为本发明具体的实施例4中不同聚乙烯醇质量含量的导电胶的延展性。

具体实施方式

本发明提供一种水基导电胶及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种水基导电胶，其中，按质量百分比计，所述导电胶包括以下组分：

水溶性聚合物：1％-20％；

添加剂：40％-98％；

导电材料：1％-59％；

其中，所述添加剂为具有氢键相互作用的超分子。

本发明实施例中，首次采用具有氢键相互作用的超分子对导电材料(如PEDOT)进行掺杂，该超分子由于能够形成一种基于氢键相互作用的低共熔混合物(低共熔混合物：指两种熔点较高的物质混合后由于独特的分子间相互作用，而形成一种熔点更低的混合物)，该低共熔混合物具有丰富的氢键，可以与PEDOT主链上硫及氧原子发生氢键转移作用，从而抑制PEDOT分子链的堆叠，降低其分子聚集性，提高导电材料的连续性从而形成高导电网络，最终有效提升导电材料导电性；同时，该超分子能够改善导电材料的柔韧性，使导电胶具有很好的拉伸性。同时，导电胶中的氢键是一种可逆弱相互作用，可以在分子间发生快速转移，因此很容易与所接触界面发生氢键结合，从而实现界面粘结，因此基于氢键的超分子体系具有很好的界面粘附性能。另外，为了实现导电胶更好的延展性和稳定性，本发明实施例中还引入了聚合物网络，这种聚合物网络具有很好的弹性和延展性。

本发明实施例导电胶具有高电导性(0.1-100S/cm)、大延展性(大于200％)和高粘附能力；同时，该导电胶可以作为电子粘结材料使用，可以实现在不同基底材料上稳定粘附，其中基底类型包括以下中的任何一种：金属(金、银、铜、铝、锌等)、聚合物板材(PMMA、POC)和薄膜(PI、PET、PS、PEEK、PTFE、TPU、PE等)以及纸张和木材等。另外，本发明实施例由于采用绿色环保胶黏材料与导电材料复合，从而得到不含有毒溶剂的导电胶。

在一种实施方式中，按质量百分比计，所述导电胶由以下组分组成：

水溶性聚合物：3％-15％；

添加剂：55％-90％；

导电材料：3％-40％。

加入上述用量范围的水溶性聚合物可以提升导电胶拉伸延展性，避免使用过程中的断裂；采用较高用量的添加剂可以增加导电胶的粘结性，提高粘结稳定性；较高用量的导电材料可以增加导电胶导电性，但导电材料含量进一步增加不利于粘附效果。

在一种实施方式中，按质量百分比计，所述导电胶由以下组分组成：

水溶性聚合物：7％；

添加剂：85％；

导电材料：8％。

在上述条件下，导电胶会有最大延展度，延展度大于500％，导电胶在多种基底上的粘附力大于100N/m，同时导电胶具有较好的导电性，电导率大于10S/cm。

本发明实施例中，水溶性聚合物使导电胶具有良好的延展和粘附稳定性。未添加水溶性聚合物，导电胶在粘接后会在基材表面存在残余和脱胶现象，同时在拉伸等应变条件下，导电胶不能有效回复原状。在一种实施方式中，所述水溶性聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等中的至少一种，但不限于此。

本发明实施例中，所使用的添加剂为具有氢键相互作用的超分子，超分子作用的添加剂对导电材料具有良好的掺杂效果，一方面促进了导电材料的分散，提高导电性能，另一方面改善其柔韧性，使导电胶具有很好的拉伸性。同时，添加剂为控制导电胶粘性关键材料，其赋予导电胶界面粘附特性，添加剂的含量影响导电胶的粘附强度。在一种实施方式中，所述添加剂由水溶性多元醇类和多酸有机化合物组成，所述水溶性多元醇类和多酸有机化合物的质量比为10:1-1:10。

在一种实施方式中，所述水溶性多元醇类包括季戊四醇、甘油、三羟甲基乙烷、木糖醇、山梨醇、环糊精等中的至少一种，但不限于此。

在一种实施方式中，所述多酸有机化合物包括柠檬酸、苹果酸、酒石酸、丁二酸等中的至少一种，但不限于此。

本发明实施例中，导电材料的含量影响导电胶的导电性和延展性，一般的高导电材料含量会具有高的导电性，但抑制其延展性。本发明实施例利用添加剂改善导电材料填充性能，使导电胶同时兼具良好电导性和延展性。在一种实施方式中，所述导电材料为无机导电材料或有机导电材料。

在一种实施方式中，所述无机导电材料包括银纳米线、银纳米颗粒、碳纳米管、碳粉、金属粉末等中的至少一种，但不限于此。

在一种实施方式中，所述有机导电材料包括聚苯胺、聚吡咯、聚乙烯二氧噻吩、PEDOT:PSS等中的至少一种，但不限于此。

本发明实施例提供一种如上所述的水基导电胶的制备方法，其中，包括步骤：

将水溶性聚合物、添加剂、导电材料和水混合，充分搅拌后，将搅拌后得到的混合液转移至模具中，加热干燥脱除水分，得到导电胶。

下面通过具体的实施例对本发明作进一步地说明。

实施例1

制备导电胶：取聚乙烯醇100g、柠檬酸1000g、山梨醇950g和PEDOT:PSS 50g分别加入8000g水中，充分搅拌溶解，将混合液转入模具中加热干燥，干燥温度为60摄氏度。利用本实施例得到的导电胶分别涂覆在铜(Cu)、铝(Al)、PE、PI、PET、TPU、PEEK、PDMS、PTFE不同基底上测试粘附力，导电胶在各基底上的粘附力如图1所示，从图1可知，该导电胶可以在不同基底材料上稳定粘结。

其他条件不变，仅改变PEDOT：PSS质量分数，PEDOT：PSS质量分数分别为1％、5％、10％、15％、20％、30％和50％，分别得到不同电导率导电胶，所得导电胶的电导率如图2所示。

实施例2

制备导电胶：取聚丙烯酸50g、苹果酸1000g、季戊四醇900g和PEDOT:PSS 50g分别加入8000g水中，充分搅拌溶解，将混合液转入模具中加热干燥，干燥温度为60摄氏度。

其他条件不变，仅改变PEDOT：PSS质量分数，PEDOT：PSS质量分数分别为1％、5％、10％、15％、20％、30％和50％，分别得到不同电导率导电胶，所得导电胶的电导率如图3所示。

实施例3

制备导电胶：取聚乙烯醇100g、酒石酸1000g、环糊精650g和PEDOT:PSS 50g分别加入8000g水中，充分搅拌溶解，将混合液转入模具中加热干燥，干燥温度为60摄氏度。

其他条件不变，仅改变PEDOT：PSS质量分数，PEDOT：PSS质量分数分别为1％、5％、10％、15％、20％、30％和50％，分别得到不同电导率导电胶，所得导电胶的电导率如图4所示。

实施例4

制备导电胶：取聚乙烯醇100g、酒石酸1000g、环糊精650g和PEDOT:PSS 50g分别加入8000g水中，充分搅拌溶解，将混合液转入模具中加热干燥，干燥温度为60摄氏度。

其他条件不变，仅改变聚乙烯醇质量分数，聚乙烯醇质量分数分别为4％和7％，分别得到不同电导率导电胶，所得导电胶的延展性如图5所示。

综上所述，本发明提供的一种水基导电胶及其制备方法。按质量百分比计，本发明导电胶包括以下组分：水溶性聚合物：1％-20％；添加剂：40％-98％；导电材料：1％-59％；其中，所述添加剂为具有氢键相互作用的超分子。本发明导电胶具有高电导性、大延展性和高粘附能力；同时，该导电胶可以作为电子粘结材料使用，可以实现在不同基底材料上稳定粘附，其中基底类型包括以下中的任何一种：金属(金、银、铜、铝、锌等)、聚合物板材(PMMA、POC)和薄膜(PI、PET、PS、PEEK、PTFE、TPU、PE等)以及纸张和木材等。另外，本发明由于采用绿色环保胶黏材料与导电材料复合，从而得到不含有毒溶剂的导电胶。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种水基导电胶，其特征在于，按质量百分比计，所述导电胶包括以下组分：

水溶性聚合物：1%-20%；

添加剂：40%-98%；

导电材料：1%-59%；

其中，所述添加剂为具有氢键相互作用的超分子；

所述水溶性聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的至少一种；

所述添加剂由水溶性多元醇类和多酸有机化合物组成，所述水溶性多元醇类和多酸有机化合物的质量比为10:1-1:10;

所述导电材料为PEDOT：PSS。

2.根据权利要求1所述的水基导电胶，其特征在于，所述水溶性多元醇类包括季戊四醇、甘油、三羟甲基乙烷、木糖醇、山梨醇、环糊精中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的水基导电胶，其特征在于，所述多酸有机化合物包括柠檬酸、苹果酸、酒石酸、丁二酸中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的水基导电胶，其特征在于，按质量百分比计，所述导电胶由以下组分组成：

水溶性聚合物：3%-15%；

添加剂：55%-90%；

导电材料：3%-40%。

5.一种权利要求1-4任一项所述的水基导电胶的制备方法，其特征在于，包括步骤：

按照上述配方，将水溶性聚合物、添加剂、导电材料和水混合，充分搅拌后，将搅拌后得到的混合液转移至模具中，加热干燥脱除水分，得到导电胶。

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