CN112349449B - 一种透明导电涂层及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种透明导电涂层及其制备方法和应用,所述透明导电涂层包括基材以及依次叠置在基材上的至少一层底层、至少一层导电网络层及一层表面保护层。本发明通过采用聚氨酯涂层和石墨烯/碳纳米管导电层相互叠加的方式,降低碳材料的使用量,保证涂层具有良好的导电性,同时具有良好的透光性。
Description
技术领域
本发明属于涂层材料领域,涉及一种透明导电涂层及其制备方法和应用。
背景技术
采用导电材料掺杂制备复合型导电高分子材料是制备导电涂层的重要方法。现有技术中复合型导电高分子材料由电绝缘的聚合物和具有导电性能的填料通过共混制备而成的导电复合材料,将导电材料和机械性能优异的聚合物共混,制备兼具优良的导电性和力学性能的材料。其中以炭黑、石墨、碳纤维等作为导电填料的导电涂层具有质量轻、价格低、环境适用性好等优点。但是在使用碳材料掺杂制备导电涂层时,存在碳材料分散性差,容易团聚等问题,同时为保证涂层的导电性会大量添加碳材料,导致涂层整体呈现黑色不透明状态。
采用聚氨酯掺杂碳材料制备导电涂层是一种常见的方法,制备的导电涂层同样存在碳材料分散性差、容易团聚、涂层整体不透明等问题,如何同时保证涂层的导电性和材料透明性是一个亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种透明导电涂层及其制备方法和应用,在保证涂层良好导电性能的同时,保证涂层的透光性能。避免了传统制备导电涂层时,需大量添加碳材料,导致涂层不透明的问题。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
依据本发明提出的一种透明导电涂层,所述透明导电涂层包括基材以及依次叠置在基材上的至少一层底层、至少一层导电网络层及一层表面保护层。
优选的,前述的透明导电涂层中,其中所述基材选自有机玻璃或无机玻璃。
优选的,前述的透明导电涂层中,其中所述底层或表面保护层均包含掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯,所述石墨烯碳纳米管混合物、锂盐、聚氨酯三者的质量比例为(0.5~2):(0.5~2):100,所述锂盐选自高氯酸锂、六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、六氟钛酸锂和三氟甲磺酸锂中的一种;所述导电网络层包含石墨烯和碳纳米管。
优选的,前述的透明导电涂层中,其中所述底层、导电网络层、表面保护层中的石墨烯和碳纳米管的质量比例均为1:(5~20);所述底层、导电网络层和表面保护层的厚度比例为(50~150):(0.05-10):(50~150)。
优选的,前述的透明导电涂层中,其中所述导电网络层包含石墨烯和碳纳米管;所述石墨烯和碳纳米管的质量比例为1:(5~20);所述导电网络层的厚度为0.05-10μm。
优选的,前述的透明导电涂层中,其中所述石墨烯的层数小于30层,粒度为4~40nm,直径为3~12μm,所述碳纳米管为多壁碳纳米管,直径为5~20nm,长度为8~30μm。
优选的,前述的透明导电涂层中,其中所述底层的导电性为1010~1011Ω的数量级;所述导电网络层的导电性为103~106Ω的数量级;所述保护层的导电性为1010~1011Ω的数量级;上述三者形成叠层结构。
本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种透明导电涂层的制备方法,包括以下步骤:
a将掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液均匀涂覆在基材上,之后在60-90℃加热固化3-5h,得到底层;
b将石墨烯和碳纳米管的混合溶液均匀涂覆在底层上,形成均匀液膜,静置1-3h,70-90℃下烘干1-3h,得到导电网络层;
c将掺杂有石墨烯和碳纳米管的聚氨酯涂层溶液均匀涂覆在导电网络层上,得到表面保护层。
优选的,前述的透明导电涂层的制备方法中,其中步骤a和c中,所述掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液通过以下步骤制得:
S1a将石墨烯和碳纳米管按质量比为1:5-1:18混合均匀,之后将其加入酸溶液中,超声分散30-60min,之后在60-90℃下持续搅拌反应60-90min;洗涤至中性,过滤,60-80℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2a将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物在溶剂中混合分散,超声分散20-40min,加入异氰酸酯类化合物进行接枝,升温至70-90℃,持续搅拌3-5h,冷却至室温,过滤,50-70℃干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3a将接枝化的石墨烯和碳纳米管均匀分散在聚氨酯涂层溶液中,之后加入锂盐,超声分散20-40min,50-70℃搅拌180-300min,5000-7000r/min离心5-7min,取上清液,得到所述掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液。
优选的,前述的透明导电涂层的制备方法中,其中步骤S1a中,所述石墨烯和碳纳米管的混合物与酸混合液的质量比例为(1.5~4):130;所述酸溶液是体积比为(1~3):1的浓H2SO4和浓HNO3的酸混合液;所述浓H2SO4的浓度为90-98wt%,所述HNO3的浓度为60-68wt%。
优选的,前述的透明导电涂层的制备方法中,其中步骤S2a中,所述酸化的石墨烯和碳纳米管混合物、溶剂与异氰酸酯类化合物的质量比例为(1.2~2):(60-80):(6~10);所述溶剂为选自醋酸丁酯、醋酸乙酯、甲基异丁基酮、甲基戊基酮、环己酮和丙二醇甲醚醋酸酯中的一种;所述异氰酸酯类化合物选自苯基异氰酸酯、叔丁基异氰酸酯、环己基异氰酸酯、异氰酸己酯、4-氰基苯异氰酸酯和4-乙酰苯基异氰酸酯中的一种。
优选的,前述的透明导电涂层的制备方法中,其中步骤S3a中,所述接枝化的石墨烯和碳纳米管、聚氨酯涂层溶液与锂盐的质量比例为(0.4~0.8):50:(0.3-0.6);所述锂盐选自高氯酸锂、六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、六氟钛酸锂和三氟甲磺酸锂中的一种。
优选的,前述的透明导电涂层的制备方法中,其中步骤S3a中,所述聚氨酯涂层溶液包括质量比例为4:1的A组分和B组份;
其中A组分是通过以下步骤制得:将异佛尔酮二异氰酸酯,三羟甲基丙烷,1,4丁二醇,聚四氢呋喃二醇,溶剂,催化剂,流平剂,混合均匀,在70-90℃下持续搅拌3-5h,冷却至室温备用;所述异佛尔酮二异氰酸酯、三羟甲基丙烷、1,4丁二醇、聚四氢呋喃二醇、溶剂、催化剂及流平剂的质量比例为(200~350):(80~120):(60~100):(460~520):(800~1600):(2~5):(0.3~1.2);所述溶剂选自丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)或醋酸丁酯;所述催化剂其可以选自二月桂酸丁二锡、新癸酸锌、新癸酸铋和异辛酸铋中的一种;所述流平剂选自流平剂BYK151、BYK154、BYK180、BYK187、BYK191、BYK2015、BYK331、BYK333、BYK358N和BYK3550中的一种。
B组份是通过以下步骤制得:将聚四氢呋喃二醇和1,4丁二醇混合均匀即可;所述聚四氢呋喃二醇与1,4丁二醇的质量比例为(20~60):(50~80)。
优选的,前述的透明导电涂层的制备方法中,其中步骤b中,所述石墨烯和碳纳米管的混合溶液通过以下步骤制得:
S1b将石墨烯和碳纳米管按质量比为1:5-1:18混合均匀,之后将其加入酸溶液中,超声分散30-60min,之后在60-90℃下持续搅拌反应60-90min;洗涤至中性,过滤,60-80℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2b将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物在溶剂中混合分散,超声分散20-40min,加入异氰酸酯类化合物进行接枝,升温至70-90℃,持续搅拌3-5h,冷却至室温,过滤,50-70℃干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3b将接枝化的石墨烯和碳纳米管加入乙醇溶液中,之后添加分散剂及流平剂,超声分散,50-70℃加热3-5h,5000-7000r/min离心4-6min,取上层溶液,得到接枝的石墨烯和碳纳米管混合溶液。
优选的,前述的透明导电涂层的制备方法中,其中步骤S1b中,所述石墨烯和碳纳米管的混合物与酸混合液的质量比例为(1.5~4):130;所述酸溶液是体积比为(1~3):1的浓H2SO4和浓HNO3的酸混合液;所述浓H2SO4的浓度为90-98wt%,所述HNO3的浓度为60-68wt%。
优选的,前述的透明导电涂层的制备方法中,其中步骤S2b中,所述酸化的石墨烯和碳纳米管混合物、溶剂与异氰酸酯类化合物的质量比例为(1.2~2):(60-80):(6~10);所述溶剂为选自醋酸丁酯、醋酸乙酯、甲基异丁基酮、甲基戊基酮、环己酮和丙二醇甲醚醋酸酯中的一种;所述异氰酸酯类化合物选自苯基异氰酸酯、叔丁基异氰酸酯、环己基异氰酸酯、异氰酸己酯、4-氰基苯异氰酸酯和4-乙酰苯基异氰酸酯中的一种。
优选的,前述的透明导电涂层的制备方法中,其中步骤S3b中,;所述接枝化的石墨烯和碳纳米管、乙醇溶液、分散剂及流平剂的质量比例为(2~4):100:(0.2~0.52):(0.02~0.0522);所述乙醇溶液的浓度为40~80wt%;所述分散剂选自烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐和烷基聚氧乙烯醚中的至少一种;所述流平剂选自BYK151、BYK154、BYK180、BYK187、BYK191、BYK2015、BYK331、BYK333、BYK358N和BYK3550中的一种。
本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种航空透明件,所述航空透明件包括外表面防护层,所述外表面防护层为上述的透明导电涂层。
本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种触控显示屏,所述触控显示屏包括外表面防护层,所述外表面防护层为上述的透明导电涂层。
借由上述技术方案,本发明至少具有下列优点:
本发明所述的透明导电涂层,其通过采用聚氨酯涂层和石墨烯/碳纳米管导电层相互叠加的方式,使得碳材料仅需在中间形成导电网络层,不需要涂层整体掺杂碳材料,从而极大地降低碳材料的使用量,以保证涂层具有良好的导电性,同时具有良好的透光性。
本发明所述的透明导电涂层,其通过将石墨烯的使用量降到占涂层整体质量的0.01%以下,使得聚氨酯掺杂碳材料的导电涂层从完全黑色不透明的状态变为透光度大于60%,雾度小于5%,导电性不超过6*107Ω的状态,进而使该涂层同时获得导电性和透明性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
附图说明
图1为本发明实施例的透明导电涂层的结构示意图,其中,10-基材;20-底层;30-导电网络层;40-表面保护层。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例,对依据本发明提出的一种透明导电涂层及其制备方法和应用其具体实施方式、特征及其性能,详细说明如后。在下述说明中,不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外,一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
如没有特别说明,以下材料或试剂均为市售。
本发明提供了一种透明导电涂层,所述透明导电涂层包括基材以及依次叠置在基材上的至少一层底层、至少一层导电网络层及一层表面保护层。具体地,如图1所示,所述透明导电涂层包括基材10以及依次叠置在基材10上的一层底层20、一层导电网络层30及一层表面保护层40;底层的作用,一是用于与基材粘接,二是为导电网络层提供良好的附着面,使导电网络可以嵌套于底层;而导电网络层是用于提供导电性能,表面保护层为涂层提供表面保护,防止导电网络层受到破坏,以保证该透明导电涂层的耐久性。
具体实施时,所述基材10可以选自有机玻璃或无机玻璃;所述有机玻璃可以为聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等;所述无机玻璃可以为硅酸盐玻璃、石英玻璃等,或者还可以为别的有机玻璃或无机玻璃,在此不做具体限定。
具体实施时,所述底层20或表面保护层40均包含掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯,所述石墨烯碳纳米管混合物、锂盐、聚氨酯三者的质量比例为(0.5~2):(0.5~2):100,优选为1:1:100;所述石墨烯和碳纳米管的质量比例为1:(5~20),优选为1:10,优选后导电性能更好,用量更少。所述锂盐选自高氯酸锂、六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、六氟钛酸锂和三氟甲磺酸锂中的一种。
具体实施时,所述导电网络层30包含石墨烯和碳纳米管;所述石墨烯和碳纳米管的质量比例为1:(5~20),优选为1:10,优选后导电性能更好,用量更少。
具体实施时,所述底层、导电网络层和表面保护层的厚度比例为(50~150):(0.05-10):(50~150);例如所述底层20的厚度可以为50μm~150μm,优选为100μm,在此厚度时既保证为导电网络涂层提供了良好的附着基底,同时不会因为导电网络涂层涂覆过程中的溶胀作用对光学性能产生影响;所述表面保护层的厚度可以为10μm~100μm,优选为50μm,在此厚度时可保证良好的防护作用,同时不会因为保护层厚度过大导致外界对导电网络层的导通变差,进而保证透明导电涂层的导电性能。所述导电网络层的厚度可以为0.05-10μm,优选为0.6~2μm,此范围的厚度保证导电层具有良好的导电性,同时不会因为石墨烯和碳纳米管的存在对涂层整体的透光性造成严重影响,一般情况下可以更优选为0.2μm,以保证导电层的导电性更好,且不会影响涂层整体的透光性。
具体实施时,所述石墨烯的层数小于30层,厚度为4~40nm,直径为3~12μm,优选后的层数小于10层,厚度为20nm,直径为10μm;所述碳纳米管为多壁碳纳米管,直径为5~20nm,长度为8~30μm,比表面积为100-800m2/g,优选后的直径为8nm,长度为20μm,比表面积为500m2/g;这样优选后整体分散性比较好,纳米管完整性好,导电性好,且价格不太贵。
具体实施时,所述底层20的导电性为1010~1011Ω的数量级;所述导电网络层30的导电性为103~106Ω的数量级;所述保护层40的导电性为1010~1011Ω的数量级;上述三者形成叠层结构。
本发明还提供了上述透明导电涂层的制备方法,包括以下步骤:
a将掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液均匀涂覆在基材上,之后在60-90℃加热固化3-5h,得到底层;
b将石墨烯和碳纳米管的混合溶液均匀涂覆在底层上,形成均匀液膜,静置1-3h,70-90℃下烘干1-3h,得到导电网络层;
c将掺杂有石墨烯和碳纳米管的聚氨酯涂层溶液均匀涂覆在导电网络层上,得到表面保护层。
具体实施时,步骤a和c中,所述掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液通过以下步骤制得:
S1a将石墨烯和碳纳米管按质量比为1:5-1:18混合均匀,之后将其加入酸溶液中,超声分散30-60min,之后在60-90℃下持续搅拌反应60-90min;洗涤至中性,过滤,60-80℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2a将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物在溶剂中混合分散,超声分散20-40min,加入异氰酸酯类化合物进行接枝,升温至70-90℃,持续搅拌3-5h,冷却至室温,过滤,50-70℃干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3a将接枝化的石墨烯和碳纳米管均匀分散在聚氨酯涂层溶液中,之后加入锂盐,超声分散20-40min,50-70℃搅拌180-300min,5000-7000r/min离心5-7min,取上清液,得到所述掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液。
具体实施时,步骤S1a中,所述石墨烯和碳纳米管的混合物与酸混合液的质量比例为(1.5~4):130,优选为2:130,以保证其在酸溶液中充分混合,可以较均匀地被酸化处理;所述酸溶液是体积比为(1~3):1的浓H2SO4和浓HNO3的酸混合液,优选为1:1,这样优选后,酸化反应的剧烈程度略有下降,有利于提高石墨烯和碳纳米管混合物酸化的均匀性;所述浓H2SO4的浓度为90-98wt%,优选为98wt%;所述HNO3的浓度为60-68wt%,优选为68wt%,一般情况下浓度越高,酸化效果越好。
具体实施时,步骤S2a中,所述酸化的石墨烯和碳纳米管混合物、溶剂与异氰酸酯类化合物的质量比例为(1.2~2):(60-80):(6~10),优选为1.6:80:8,这样优选后有利于形成羟基和接枝共存的状态,以保证石墨烯和碳纳米管在溶液中的分散性,同时可以通过羟基反应连接到聚氨酯分子链段骨架中;所述溶剂选自醋酸丁酯、醋酸乙酯、甲基异丁基酮、甲基戊基酮、环己酮和丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)中的一种,优选为丙二醇甲醚醋酸酯,所述环己基异氰酸酯的官能度为1,这是因为其溶解性强,挥发速率适宜。
具体实施时,步骤S3a中,所述接枝化的石墨烯和碳纳米管、聚氨酯涂层溶液与锂盐的质量比例为(0.4~0.8):50:(0.3-0.6),优选为0.4:50:0.5,这样优选后有利于接枝化的石墨烯和碳纳米管在聚氨酯涂层中的配合使用;所述锂盐选自高氯酸锂、六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、六氟钛酸锂和三氟甲磺酸锂中的一种,优选为高氯酸锂和六氟磷酸锂,这是因为其阴离子半径大,氧化和还原性稳定,综合性能好。
具体实施时,步骤S3a中,所述聚氨酯涂层溶液包括质量比例为4:1的A组分和B组份;
其中A组分是通过以下步骤制得:将异佛尔酮二异氰酸酯,三羟甲基丙烷,1,4丁二醇,聚四氢呋喃二醇,溶剂,催化剂,流平剂,混合均匀,在70-90℃下持续搅拌3-5h,冷却至室温备用;所述异佛尔酮二异氰酸酯、三羟甲基丙烷、1,4丁二醇、聚四氢呋喃二醇、溶剂、催化剂及流平剂的质量比例为(200~350):(80~120):(60~100):(460~520):(800~1600):(2~5):(0.3~1.2),优选为300:100:80:500:1000:3:0.5,这样优选后的涂层整体效果较好,尤其是拉伸强度可以大于22MPa。所述溶剂选自丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)或醋酸丁酯,优选为PMA,这是由于PMA为安全溶剂,挥发速率较慢,可以形成良好的表面涂层状态。所述催化剂其可以选自二月桂酸丁二锡、新癸酸锌、新癸酸铋、异辛酸铋等,优选为二月桂酸丁二锡,这是因为二月桂酸丁二锡的催化反应效率和涂层状态较好。所述流平剂选自流平剂BYK151、BYK154、BYK180、BYK187、BYK191、BYK2015、BYK331、BYK333、BYK358N和BYK3550中的一种,优选为BYK191,其用量为0.2wt‰,这是由于其用量少且流平效果好。
B组份是通过以下步骤制得:将聚四氢呋喃二醇和1,4丁二醇混合均匀即可;所述聚四氢呋喃二醇与1,4丁二醇的质量比例为(20~60):(50~80),优选为30:50,这样优选后,使得B组份与A组份比例配合较好,制备的涂层性能较好。
具体实施时,步骤b中,所述石墨烯和碳纳米管的混合溶液通过以下步骤制得:
S1b将石墨烯和碳纳米管按质量比为1:5-1:18混合均匀,之后将其加入酸溶液中,超声分散30-60min,之后在60-90℃下持续搅拌反应60-90min;洗涤至中性,过滤,60-80℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2b将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物在溶剂中混合分散,超声分散20-40min,加入异氰酸酯类化合物进行接枝,升温至70-90℃,持续搅拌3-5h,冷却至室温,过滤,50-70℃干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3b将接枝化的石墨烯和碳纳米管加入乙醇溶液中,之后添加分散剂及流平剂,超声分散,50-70℃加热3-5h,5000-7000r/min离心4-6min,取上层溶液,得到接枝的石墨烯和碳纳米管混合溶液。
具体实施时,步骤S1b中,所述石墨烯和碳纳米管的混合物与酸混合液的质量比例为(1.5~4):130,优选为2:130,以保证其在酸溶液中充分混合,可以较均匀地被酸化处理;所述酸溶液是体积比为(1~3):1的浓H2SO4和浓HNO3的酸混合液,优选为1:1,优选后,酸化反应的剧烈程度略有下降,有利于石墨烯和碳纳米管混合物酸化的均匀性;所述浓H2SO4的浓度为90-98wt%,优选为98wt%;所述HNO3的浓度为60-68wt%,优选为68wt%,一般情况下浓度越高,酸化效果越好。
具体实施时,步骤S2b中,所述酸化的石墨烯和碳纳米管混合物、溶剂与异氰酸酯类化合物的质量比例为(1.2~2):(60-80):(6~10),优选为1.6:80:8,这样优选后有利于形成羟基和接枝共存的状态,以保证石墨烯和碳纳米管在溶液中的分散性,同时可以通过羟基反应连接到聚氨酯分子链段骨架中;所述溶剂选自醋酸丁酯、醋酸乙酯、甲基异丁基酮、甲基戊基酮、环己酮和丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)中的一种,优选为丙二醇甲醚醋酸酯,所述环己基异氰酸酯的官能度为1,这是因为其溶解性强,挥发速率适宜。
具体实施时,步骤S3b中,所述接枝化的石墨烯和碳纳米管、乙醇溶液、分散剂及流平剂的质量比例为(2~4):100:(0.2~0.52):(0.02~0.052),优选为3:100:0.4:0.3,优选后可以获得混合均匀的导电涂层溶液;所述乙醇溶液的浓度为40~80wt%,优选为60wt%,这样优选后可以保证石墨烯在乙醇溶液中的分散均匀性,同时使用时可以对底涂层形成溶胀作用,保证导电网络层的嵌套效果;所述分散剂选自烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐和烷基聚氧乙烯醚中的至少一种;所述流平剂选自BYK151、BYK154、BYK180、BYK187、BYK191、BYK2015、BYK331、BYK333、BYK358N和BYK3550中的一种。
本发明还提供了一种航空透明件,所述航空透明件包括外表面防护层,所述外表面防护层为上述的透明导电涂层,该透明导电涂层可以提供抗静电性和一定的电磁屏蔽效果。
本发明还提供了一种触控显示屏,所述触控显示屏包括外表面防护层,所述外表面防护层为上述的透明导电涂层,该透明导电涂层可以使显示屏具有导电性,并保护显示屏。
下面以具体的实施例对本发明做进一步说明,但不作为本发明的限定。
实施例1
本实施例提供了一种透明导电涂层的制备方法,包括以下步骤:
a将掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液均匀涂覆在基材(有机玻璃(pmma)聚甲基丙烯酸甲酯)上,之后在80℃加热固化4h,得到底层,其厚度为100μm;
所述掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液通过以下步骤制得:
S1a将石墨烯和碳纳米管按质量比为1:10混合均匀,得到2.25g混合物,之后将其加入40ml浓H2SO4(浓度为98wt%)和40ml浓HNO3(浓度为68wt%)的混合液中,超声分散30min,然后90℃加热,持续搅拌,反应60min;将产物使用蒸馏水多次洗涤至中性,使用滤纸室温过滤,将滤饼放入烘箱,60℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2a将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物1.6g在75g醋酸丁酯中混合分散,超声分散30min,添加接枝官能度为1的环己基异氰酸酯7.5g,升温至80℃,持续搅拌4h,冷却至室温,使用滤纸过滤,将滤饼60℃烘箱干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3a将0.5g接枝化的石墨烯和碳纳米管混合分散在50g聚氨酯涂层溶液中,添加高氯酸锂0.5g,超声分散30min,60℃持续搅拌240min,之后将溶液6000r/min离心6min,取上清液,得到所述掺杂有石墨烯和碳纳米管的聚氨酯溶液。
所述聚氨酯涂层溶液包括20g A组分和5g B组份,室温混合均匀,;
其中A组分是通过以下步骤制得:将IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)300g,TMP(三羟甲基丙烷)100g,1,4-BDO(1,4丁二醇)90g,PTMG(聚四氢呋喃二醇)500g,溶剂1000g,催化剂DBTDL(二月桂酸丁二锡)3.98g,,流平剂0.995g,混合均匀,在80℃下持续搅拌4h,冷却至室温备用。
B组份是通过以下步骤制得:将30g PTMG(聚四氢呋喃二醇)和50g1,4-BDO(1,4丁二醇)混合均匀即可。
b将石墨烯和碳纳米管混合溶液均匀涂覆在底层上,形成均匀液膜,静置2h,放入80℃的烘箱处理2h;此时涂层表面形成0.2μm的导电网络层,同时溶剂对底层有一定的溶胀作用,网络层在底层表面形成嵌套;
所述石墨烯和碳纳米管混合溶液通过以下步骤制得:
S1b将石墨烯和碳纳米管按质量比为1:10混合均匀,得到2.25g混合物,之后将其加入40ml浓H2SO4(浓度为98wt%)和40ml浓HNO3(浓度为68wt%)的混合液中,超声分散30min,然后90℃加热,持续搅拌,反应60min;将产物使用蒸馏水多次洗涤至中性,使用滤纸室温过滤,将滤饼放入烘箱,60℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2b将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物1.6g在75g醋酸丁酯中混合分散,超声分散30min,添加接枝官能度为1的环己基异氰酸酯7.5g,升温至80℃,持续搅拌4h,冷却至室温,使用滤纸过滤,将滤饼60℃烘箱干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3b将4g接枝化的石墨烯和碳纳米管加入100g乙醇溶液(浓度为50wt%)中,之后添加1.04g分散剂(烷基苯磺酸盐),0.052g流平剂BYK187,超声分散,60℃加热4h,6000r/min离心5min,取上层溶液,得到接枝的石墨烯和碳纳米管混合溶液。
c将掺杂有石墨烯和碳纳米管的聚氨酯涂层溶液均匀涂覆在石墨烯和碳纳米管网络层上,得到20μm厚的表面保护层。
所述掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液通过以下步骤制得:
S1a将石墨烯和碳纳米管按质量比为1:10混合均匀,得到2.25g混合物,之后将其加入40ml浓H2SO4(浓度为98wt%)和40ml浓HNO3(浓度为68wt%)的混合液中,超声分散30min,然后90℃加热,持续搅拌,反应60min;将产物使用蒸馏水多次洗涤至中性,使用滤纸室温过滤,将滤饼放入烘箱,60℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2a将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物1.6g在75g醋酸丁酯中混合分散,超声分散30min,添加接枝官能度为1的环己基异氰酸酯7.5g,升温至80℃,持续搅拌4h,冷却至室温,使用滤纸过滤,将滤饼60℃烘箱干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3a将0.5g接枝化的石墨烯和碳纳米管混合分散在50g聚氨酯涂层溶液中,添加六氟磷酸锂0.5g,超声分散30min,60℃持续搅拌240min,之后将溶液6000r/min离心5min,取上清液,得到所述掺杂有石墨烯和碳纳米管的聚氨酯溶液。
所述聚氨酯涂层溶液包括20g A组分和5g B组份,室温混合均匀(使用时混合);
其中A组分是通过以下步骤制得:将IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)300g,TMP(三羟甲基丙烷)100g,1,4-BDO(1,4丁二醇)90g,PTMG(聚四氢呋喃二醇)500g,溶剂1000g,催化剂DBTDL(二月桂酸丁二锡)3.98g,,流平剂0.995g,混合均匀,在80℃下持续搅拌4h,冷却至室温备用。
B组份是通过以下步骤制得:将30g PTMG(聚四氢呋喃二醇)和50g1,4-BDO(1,4丁二醇)混合均匀即可。
实施例2
本实施例提供了一种透明导电涂层的制备方法,包括以下步骤:
a将掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液均匀涂覆在基材(有机玻璃(pmma)聚甲基丙烯酸甲酯)上,之后在80℃加热固化4h,得到底层,其厚度为80μm;
所述掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液通过以下步骤制得:
S1a将石墨烯和多壁碳纳米管按质量比为1:5混合均匀,得到2.25g混合物,之后将其加入40ml浓H2SO4(浓度为98wt%)和40ml浓HNO3(浓度为68wt%)的混合液中,超声分散30min,然后90℃加热,持续搅拌,反应60min;将产物使用蒸馏水多次洗涤至中性,使用滤纸室温过滤,将滤饼放入烘箱,60℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2a将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物1.6g在75g醋酸丁酯中混合分散,超声分散30min,添加接枝官能度为1的叔丁基异氰酸酯8g,升温至80℃,持续搅拌4h,冷却至室温,使用滤纸过滤,将滤饼60℃烘箱干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3a将0.5g接枝化的石墨烯和碳纳米管混合分散在50g聚氨酯涂层溶液中,添加高氯酸锂0.5g,超声分散30min,60℃持续搅拌240min,之后将溶液6000r/min离心5min,取上清液,得到所述掺杂有石墨烯和碳纳米管的聚氨酯溶液。
所述聚氨酯涂层溶液包括20g A组分和5g B组份,室温混合均匀,;
其中A组分是通过以下步骤制得:将IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)300g,TMP(三羟甲基丙烷)100g,1,4-BDO(1,4丁二醇)90g,PTMG(聚四氢呋喃二醇)500g,溶剂1000g,催化剂DBTDL(二月桂酸丁二锡)3.98g,,流平剂0.995g,混合均匀,在80℃下持续搅拌4h,冷却至室温备用。
B组份是通过以下步骤制得:将30g PTMG(聚四氢呋喃二醇)和50g1,4-BDO(1,4丁二醇)混合均匀即可。
b将石墨烯和碳纳米管混合溶液均匀涂覆在底层上,形成均匀液膜,静置2h,放入80℃的烘箱处理2h;此时涂层表面形成0.2μm的导电网络层,同时溶剂对底层有一定的溶胀作用,网络层在底层表面形成嵌套;
所述石墨烯和碳纳米管混合溶液通过以下步骤制得:
S1b将石墨烯和碳纳米管按质量比为1:10混合均匀,得到2.25g混合物,之后将其加入40ml浓H2SO4(浓度为98wt%)和40ml浓HNO3(浓度为68wt%)的混合液中,超声分散30min,然后90℃加热,持续搅拌,反应60min;将产物使用蒸馏水多次洗涤至中性,使用滤纸室温过滤,将滤饼放入烘箱,60℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2b将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物1.6g在75g醋酸丁酯中混合分散,超声分散30min,添加接枝官能度为1的环己基异氰酸酯7.5g,升温至80℃,持续搅拌4h,冷却至室温,使用滤纸过滤,将滤饼60℃烘箱干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3b将4g接枝化的石墨烯和碳纳米管加入100g乙醇溶液(浓度为50wt%)中,之后添加1.04g分散剂(烷基磺酸盐),0.052g流平剂BYK191,超声分散,60℃加热4h,6000r/min离心5min,取上层溶液,得到接枝的石墨烯和碳纳米管混合溶液。
c将掺杂有石墨烯和碳纳米管的聚氨酯涂层溶液均匀涂覆在石墨烯和碳纳米管网络层上,得到80μm厚的表面保护层。
所述掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液通过以下步骤制得:
S1a将石墨烯和碳纳米管按质量比为1:18混合均匀,得到2.25g混合物,之后将其加入40ml浓H2SO4(浓度为98wt%)和40ml浓HNO3(浓度为68wt%)的混合液中,超声分散30min,然后90℃加热,持续搅拌,反应60min;将产物使用蒸馏水多次洗涤至中性,使用滤纸室温过滤,将滤饼放入烘箱,60℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2a将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物1.6g在75g醋酸丁酯中混合分散,超声分散30min,添加接枝官能度为1的异氰酸己酯、4-氰基苯异氰酸酯混合物7g,升温至80℃,持续搅拌4h,冷却至室温,使用滤纸过滤,将滤饼60℃烘箱干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3a将0.5g接枝化的石墨烯和碳纳米管混合分散在50g聚氨酯涂层溶液中,添加高氯酸锂0.5g,超声分散30min,60℃持续搅拌240min,之后将溶液6000r/min离心5min,取上清液,得到所述掺杂有石墨烯和碳纳米管的聚氨酯溶液。
所述聚氨酯涂层溶液包括20g A组分和5g B组份,室温混合均匀(使用时混合);
其中A组分是通过以下步骤制得:将IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)300g,TMP(三羟甲基丙烷)100g,1,4-BDO(1,4丁二醇)90g,PTMG(聚四氢呋喃二醇)500g,溶剂1000g,催化剂DBTDL(二月桂酸丁二锡)3.98g,,流平剂0.995g,混合均匀,在80℃下持续搅拌4h,冷却至室温备用。
B组份是通过以下步骤制得:将30g PTMG(聚四氢呋喃二醇)和50g1,4-BDO(1,4丁二醇)混合均匀即可。
实施例3
本实施例提供了一种透明导电涂层的制备方法,包括以下步骤:
a将掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液均匀涂覆在基材(有机玻璃(pmma)聚甲基丙烯酸甲酯)上,之后在80℃加热固化4h,得到底层,其厚度为100μm;
所述掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液通过以下步骤制得:
S1a将石墨烯和多壁碳纳米管按质量比为1:18混合均匀,得到2.25g混合物,之后将其加入40ml浓H2SO4(浓度为98wt%)和40ml浓HNO3(浓度为68wt%)的混合液中,超声分散30min,然后90℃加热,持续搅拌,反应60min;将产物使用蒸馏水多次洗涤至中性,使用滤纸室温过滤,将滤饼放入烘箱,60℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2a将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物1.6g在75g醋酸丁酯中混合分散,超声分散30min,添加接枝官能度为1的异氰酸己酯、4-氰基苯异氰酸酯混合物7g,升升温至80℃,持续搅拌4h,冷却至室温,使用滤纸过滤,将滤饼60℃烘箱干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3a将0.5g接枝化的石墨烯和碳纳米管混合分散在50g聚氨酯涂层溶液中,添加高氯酸锂0.5g,超声分散30min,60℃持续搅拌240min,之后将溶液6000r/min离心5min,取上清液,得到所述掺杂有石墨烯和碳纳米管的聚氨酯溶液。
所述聚氨酯涂层溶液包括20g A组分和5g B组份,室温混合均匀,;
其中A组分是通过以下步骤制得:将IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)300g,TMP(三羟甲基丙烷)100g,1,4-BDO(1,4丁二醇)90g,PTMG(聚四氢呋喃二醇)500g,溶剂1000g,催化剂DBTDL(二月桂酸丁二锡)3.98g,,流平剂0.995g,混合均匀,在80℃下持续搅拌4h,冷却至室温备用。
B组份是通过以下步骤制得:将30g PTMG(聚四氢呋喃二醇)和50g1,4-BDO(1,4丁二醇)混合均匀即可。
b将石墨烯和碳纳米管混合溶液均匀涂覆在底层上,形成均匀液膜,静置2h,放入80℃的烘箱处理2h;此时涂层表面形成0.2μm的导电网络层,同时溶剂对底层有一定的溶胀作用,网络层在底层表面形成嵌套;
所述石墨烯和碳纳米管混合溶液通过以下步骤制得:
S1b将石墨烯和碳纳米管按质量比为1:10混合均匀,得到2.25g混合物,之后将其加入40ml浓H2SO4(浓度为98wt%)和40ml浓HNO3(浓度为68wt%)的混合液中,超声分散30min,然后90℃加热,持续搅拌,反应60min;将产物使用蒸馏水多次洗涤至中性,使用滤纸室温过滤,将滤饼放入烘箱,60℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2b将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物1.6g在75g醋酸丁酯中混合分散,超声分散30min,添加接枝官能度为1的环己基异氰酸酯7.5g,升温至80℃,持续搅拌4h,冷却至室温,使用滤纸过滤,将滤饼60℃烘箱干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3b将4g接枝化的石墨烯和碳纳米管加入100g乙醇溶液(浓度为50wt%)中,之后添加1.04g分散剂(烷基磺酸盐),0.052g流平剂BYK3550,超声分散,60℃加热4h,6000r/min离心5min,取上层溶液,得到接枝的石墨烯和碳纳米管混合溶液。
c将掺杂有石墨烯和多壁碳纳米管的聚氨酯涂层溶液均匀涂覆在石墨烯和碳纳米管网络层上,得到50μm厚的表面保护层。
所述掺杂有石墨烯、多壁碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液通过以下步骤制得:
S1a将石墨烯和多壁碳纳米管按质量比为1:18混合均匀,得到2.25g混合物,之后将其加入40ml浓H2SO4(浓度为98wt%)和40ml浓HNO3(浓度为68wt%)的混合液中,超声分散30min,然后90℃加热,持续搅拌,反应60min;将产物使用蒸馏水多次洗涤至中性,使用滤纸室温过滤,将滤饼放入烘箱,60℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2a将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物1.6g在75g醋酸丁酯中混合分散,超声分散30min,添加接枝官能度为1的异氰酸己酯、4-氰基苯异氰酸酯混合物7g,升温至80℃,持续搅拌4h,冷却至室温,使用滤纸过滤,将滤饼60℃烘箱干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3a将0.5g接枝化的石墨烯和碳纳米管混合分散在50g聚氨酯涂层溶液中,添加六氟磷酸锂0.5g,超声分散30min,60℃持续搅拌240min,之后将溶液6000r/min离心5min,取上清液,得到所述掺杂有石墨烯和碳纳米管的聚氨酯溶液。
所述聚氨酯涂层溶液包括20g A组分和5g B组份,室温混合均匀(使用时混合);
其中A组分是通过以下步骤制得:将IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)300g,TMP(三羟甲基丙烷)100g,1,4-BDO(1,4丁二醇)90g,PTMG(聚四氢呋喃二醇)500g,溶剂1000g,催化剂DBTDL(二月桂酸丁二锡)3.98g,,流平剂0.995g,混合均匀,在80℃下持续搅拌4h,冷却至室温备用。
B组份是通过以下步骤制得:将30g PTMG(聚四氢呋喃二醇)和50g1,4-BDO(1,4丁二醇)混合均匀即可。
实施例4
本实施例提供了一种透明导电涂层的制备方法,包括以下步骤:
a将掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液均匀涂覆在基材(有机玻璃(pmma)聚甲基丙烯酸甲酯)上,之后在80℃加热固化4h,得到底层,其厚度为80μm;
所述掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液通过以下步骤制得:
S1a将石墨烯和多壁碳纳米管按质量比为1:10混合均匀,得到2.25g混合物,之后将其加入40ml浓H2SO4(浓度为98wt%)和40ml浓HNO3(浓度为68wt%)的混合液中,超声分散30min,然后90℃加热,持续搅拌,反应60min;将产物使用蒸馏水多次洗涤至中性,使用滤纸室温过滤,将滤饼放入烘箱,60℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2a将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物1.6g在75g醋酸丁酯中混合分散,超声分散30min,添加接枝官能度为1的环己基异氰酸酯7.5g,升升温至80℃,持续搅拌4h,冷却至室温,使用滤纸过滤,将滤饼60℃烘箱干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3a将0.5g接枝化的石墨烯和碳纳米管混合分散在50g聚氨酯涂层溶液中,添加高氯酸锂0.5g,超声分散30min,60℃持续搅拌240min,之后将溶液6000r/min离心5min,取上清液,得到所述掺杂有石墨烯和碳纳米管的聚氨酯溶液。
所述聚氨酯涂层溶液包括20g A组分和5g B组份,室温混合均匀,;
其中A组分是通过以下步骤制得:将IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)300g,TMP(三羟甲基丙烷)100g,1,4-BDO(1,4丁二醇)90g,PTMG(聚四氢呋喃二醇)500g,溶剂1000g,催化剂DBTDL(二月桂酸丁二锡)3.98g,流平剂0.995g,混合均匀,在80℃下持续搅拌4h,冷却至室温备用。
B组份是通过以下步骤制得:将30g PTMG(聚四氢呋喃二醇)和50g1,4-BDO(1,4丁二醇)混合均匀即可。
b将石墨烯和碳纳米管混合溶液均匀涂覆在底层上,形成均匀液膜,静置2h,放入80℃的烘箱处理2h;此时涂层表面形成0.2μm的导电网络层,同时溶剂对底层有一定的溶胀作用,网络层在底层表面形成嵌套;
所述石墨烯和碳纳米管混合溶液通过以下步骤制得:
S1b将石墨烯和碳纳米管按质量比为1:10混合均匀,得到2.25g混合物,之后将其加入40ml浓H2SO4(浓度为98wt%)和40ml浓HNO3(浓度为68wt%)的混合液中,超声分散30min,然后90℃加热,持续搅拌,反应60min;将产物使用蒸馏水多次洗涤至中性,使用滤纸室温过滤,将滤饼放入烘箱,60℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2b将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物1.6g在75g醋酸丁酯中混合分散,超声分散30min,添加接枝官能度为1的环己基异氰酸酯7.5g,升温至80℃,持续搅拌4h,冷却至室温,使用滤纸过滤,将滤饼60℃烘箱干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3b将4g接枝化的石墨烯和碳纳米管加入100g乙醇溶液(浓度为50wt%)中,之后添加1.04g分散剂(烷基磺酸盐),0.052g流平剂BYK3550,超声分散,60℃加热4h,6000r/min离心5min,取上层溶液,得到接枝的石墨烯和碳纳米管混合溶液。
c将掺杂有石墨烯和多壁碳纳米管的聚氨酯涂层溶液均匀涂覆在石墨烯和碳纳米管网络层上,得到20μm厚的表面保护层。
所述掺杂有石墨烯、多壁碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液通过以下步骤制得:
S1a将石墨烯和多壁碳纳米管按质量比为1:5混合均匀,得到2.25g混合物,之后将其加入40ml浓H2SO4(浓度为98wt%)和40ml浓HNO3(浓度为68wt%)的混合液中,超声分散30min,然后90℃加热,持续搅拌,反应60min;将产物使用蒸馏水多次洗涤至中性,使用滤纸室温过滤,将滤饼放入烘箱,60℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2a将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物1.6g在75g醋酸丁酯中混合分散,超声分散30min,添加接枝官能度为1的叔丁基异氰酸酯8g,升温至80℃,持续搅拌4h,冷却至室温,使用滤纸过滤,将滤饼60℃烘箱干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3a将0.5g接枝化的石墨烯和碳纳米管混合分散在50g聚氨酯涂层溶液中,添加六氟磷酸锂0.5g,超声分散30min,60℃持续搅拌240min,之后将溶液6000r/min离心5min,取上清液,得到所述掺杂有石墨烯和碳纳米管的聚氨酯溶液。
所述聚氨酯涂层溶液包括20g A组分和5g B组份,室温混合均匀(使用时混合);
其中A组分是通过以下步骤制得:将IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)300g,TMP(三羟甲基丙烷)100g,1,4-BDO(1,4丁二醇)90g,PTMG(聚四氢呋喃二醇)500g,溶剂1000g,催化剂DBTDL(二月桂酸丁二锡)3.98g,,流平剂0.995g,混合均匀,在80℃下持续搅拌4h,冷却至室温备用。
B组份是通过以下步骤制得:将30g PTMG(聚四氢呋喃二醇)和50g1,4-BDO(1,4丁二醇)混合均匀即可。
上述实施例1-4所制备的透明导电涂层可用于航空透明件或触控显示屏制备中。
上述实施例1-4中,所述石墨烯占透明导电涂层总质量的0.005%-0.05%。
对比例1
本对比例提供了一种透明涂层的制备方法,包括以下步骤:
将聚氨酯涂层溶液均匀涂覆在基材(有机玻璃(pmma)聚甲基丙烯酸甲酯)上,之后在80℃加热固化4h,得到透明涂层,其厚度为100μm。
所述聚氨酯涂层溶液包括20g A组分和5g B组份,室温混合均匀(使用时混合);
其中A组分是通过以下步骤制得:将IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)300g,TMP(三羟甲基丙烷)100g,1,4-BDO(1,4丁二醇)90g,PTMG(聚四氢呋喃二醇)500g,溶剂1000g,催化剂DBTDL(二月桂酸丁二锡)3.98g,,流平剂0.995g,混合均匀,在80℃下持续搅拌4h,冷却至室温备用。
B组份是通过以下步骤制得:将30g PTMG(聚四氢呋喃二醇)和50g1,4-BDO(1,4丁二醇)混合均匀即可。
对比例2
本对比例提供了一种透明涂层的制备方法,包括以下步骤:
将掺杂有石墨烯和碳纳米管的聚氨酯溶液均匀涂覆在基材(有机玻璃(pmma)聚甲基丙烯酸甲酯)上,之后在80℃加热固化4h,得到透明涂层,其厚度为100μm。
所述掺杂有石墨烯和碳纳米管的聚氨酯溶液通过以下步骤制得:
S1a将石墨烯和碳纳米管按质量比为1:10混合均匀,得到2.25g混合物,之后将其加入40ml浓H2SO4(浓度为98wt%)和40ml浓HNO3(浓度为68wt%)的混合液中,超声分散30min,然后90℃加热,持续搅拌,反应60min;将产物使用蒸馏水多次洗涤至中性,使用滤纸室温过滤,将滤饼放入烘箱,60℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2a将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物1.6g在75g醋酸丁酯中混合分散,超声分散30min,添加接枝官能度为1的环己基异氰酸酯7.5g,升温至80℃,持续搅拌4h,冷却至室温,使用滤纸过滤,将滤饼60℃烘箱干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3a将0.5g接枝化的石墨烯和碳纳米管混合分散在50g聚氨酯涂层溶液中,超声分散30min,60℃持续搅拌240min,之后将溶液6000r/min离心6min,取上清液,得到所述掺杂有石墨烯和碳纳米管的聚氨酯溶液。
所述聚氨酯涂层溶液包括20g A组分和5g B组份,室温混合均匀,;
其中A组分是通过以下步骤制得:将IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)300g,TMP(三羟甲基丙烷)100g,1,4-BDO(1,4丁二醇)90g,PTMG(聚四氢呋喃二醇)500g,溶剂1000g,催化剂DBTDL(二月桂酸丁二锡)3.98g,,流平剂0.995g,混合均匀,在80℃下持续搅拌4h,冷却至室温备用。
B组份是通过以下步骤制得:将30g PTMG(聚四氢呋喃二醇)和50g1,4-BDO(1,4丁二醇)混合均匀即可。
对比例3
本对比例提供了一种透明涂层的制备方法,包括以下步骤:
将掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液均匀涂覆在基材(有机玻璃(PMMA)聚甲基丙烯酸甲酯)上,之后在80℃加热固化4h,得到透明涂层,其厚度为100μm。
所述掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液通过以下步骤制得:
S1a将石墨烯和碳纳米管按质量比为1:18混合均匀,得到2.25g混合物,之后将其加入40ml浓H2SO4(浓度为98wt%)和40ml浓HNO3(浓度为68wt%)的混合液中,超声分散30min,然后90℃加热,持续搅拌,反应60min;将产物使用蒸馏水多次洗涤至中性,使用滤纸室温过滤,将滤饼放入烘箱,60℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2a将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物1.6g在75g醋酸丁酯中混合分散,超声分散30min,添加接枝官能度为1的异氰酸己酯、4-氰基苯异氰酸酯混合物7g,升温至80℃,持续搅拌4h,冷却至室温,使用滤纸过滤,将滤饼60℃烘箱干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3a将0.5g接枝化的石墨烯和碳纳米管混合分散在50g聚氨酯涂层溶液中,添加六氟磷酸锂0.5g,超声分散30min,60℃持续搅拌240min,之后将溶液6000r/min离心6min,取上清液,得到所述掺杂有石墨烯和碳纳米管的聚氨酯溶液。
所述聚氨酯涂层溶液包括20g A组分和5g B组份,室温混合均匀,;
其中A组分是通过以下步骤制得:将IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)300g,TMP(三羟甲基丙烷)100g,1,4-BDO(1,4丁二醇)90g,PTMG(聚四氢呋喃二醇)500g,溶剂1000g,催化剂DBTDL(二月桂酸丁二锡)3.98g,,流平剂0.995g,混合均匀,在80℃下持续搅拌4h,冷却至室温备用。
B组份是通过以下步骤制得:将30g PTMG(聚四氢呋喃二醇)和50g1,4-BDO(1,4丁二醇)混合均匀即可。
对比例4
本对比例提供了一种透明涂层的制备方法,包括以下步骤:
将石墨烯和碳纳米管混合溶液均匀涂覆在基材(有机玻璃(PMMA)聚甲基丙烯酸甲酯)上,室温静置2h,放入80℃的烘箱处理2h,得到透明涂层,其厚度为0.1μm。
所述石墨烯和碳纳米管混合溶液通过以下步骤制得:
S1b将石墨烯和碳纳米管按质量比为1:10混合均匀,得到2.25g混合物,之后将其加入40ml浓H2SO4(浓度为98wt%)和40ml浓HNO3(浓度为68wt%)的混合液中,超声分散30min,然后90℃加热,持续搅拌,反应60min;将产物使用蒸馏水多次洗涤至中性,使用滤纸室温过滤,将滤饼放入烘箱,60℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2b将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物1.6g在75g醋酸丁酯中混合分散,超声分散30min,添加接枝官能度为1的环己基异氰酸酯7.5g,升温至80℃,持续搅拌4h,冷却至室温,使用滤纸过滤,将滤饼60℃烘箱干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3b将4g接枝化的石墨烯和碳纳米管加入100g乙醇溶液(浓度为50wt%)中,之后添加1.04g分散剂(烷基磺酸盐),0.052g流平剂BYK191,超声分散,60℃加热4h,6000r/min离心5min,取上层溶液,得到接枝的石墨烯和碳纳米管混合溶液。
以下将实施例1-4所制备的透明导电涂层及对比例1-4所制备的透明涂层的各项性能进行了测试,测试数据见表1。
表1
其中,透光度、雾度采用上海精密科学仪器有限公司生产的WGT-S型透光度雾度测定仪测试;导电性通过电阻值来表征,其采用香港希玛仪器集团有限公司生产的AS982表面电阻测试仪测定。
从表1的数据可以看出,本发明实施例1-4所制备的透明导电涂层的导电性远高于对比例1-4所制备的透明涂层,但透光度和雾度略差。
其中对比例1为未掺杂的聚氨酯涂层,对比例2为掺杂石墨烯和碳纳米管的聚氨酯涂层,对比例3为同时掺杂了石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯涂层。通过对比可以发现掺杂石墨烯和碳纳米管导致涂层透光度和雾度变差,但是通过石墨烯、碳纳米管和锂盐的配合使用使得涂层具有了一定的导电性(2*1011Ω)。由于掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液中石墨烯和碳纳米管分散均匀,但是含量很低,被聚氨酯材料包裹,难以连续搭接,无法形成导电通路。锂盐的存在,使聚氨酯溶液内存在带电离子,可以在短距离内形成移动电荷,连接导通石墨烯和碳纳米管,使涂层具有一定导电性(2*1011Ω)。未添加锂盐的对比例2的表面电阻大于1012Ω,属于绝缘体,添加锂盐的涂层对比例3的表面电阻在2*1011Ω,说明锂盐的加入改善了涂层的导电性能。对比例4为直接采用石墨烯和碳纳米管混合溶液在基材(有机玻璃(PMMA)聚甲基丙烯酸甲酯)上制备的导电层,用以表示单纯导电层的光学性能和导电性,透光度为76%,雾度为1.8%,导电性为5*103Ω,说明导电层具有良好的光学性能和导电性,但单纯的导电层不能独立使用,其在基材的附着力差,同时由于没有外表面涂层保护,容易受到破坏。添加保护层的实施例1-4进行表面清洗后光学性能和导电性能不发生变化。
通过实施例和对比例的参照,可以看出本发明制备的透明导电涂层,透光度大于60%,雾度小于5%,导电性不超过6*107Ω;可以用于航空透明件材料外表面,在保证透明件材料的透明性能的同时,具有抗静电性能和一定的电磁屏蔽作用。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
本发明中所述的数值范围包括此范围内所有的数值,并且包括此范围内任意两个数值组成的范围值。本发明所有实施例中出现的同一指标的不同数值,可以任意组合,组成范围值。
本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合,其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案,也是本发明的保护范围。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (12)
1.一种透明导电涂层,其特征在于,所述透明导电涂层包括基材以及依次叠置在基材上的至少一层底层、至少一层导电网络层及一层表面保护层;所述底层或表面保护层均包含掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯,所述石墨烯碳纳米管混合物、锂盐、聚氨酯三者的质量比例为(0.5~2):(0.5~2):100;所述导电网络层包含石墨烯和碳纳米管。
2.如权利要求1所述的透明导电涂层,其特征在于,所述基材选自有机玻璃或无机玻璃;所述锂盐选自高氯酸锂、六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、六氟钛酸锂和三氟甲磺酸锂中的一种。
3.如权利要求2所述的透明导电涂层,其特征在于,所述底层、导电网络层、表面保护层中的石墨烯和碳纳米管的质量比例均为1:(5~20);所述底层、导电网络层和表面保护层的厚度比例为(50~150):(0.05-10):(50~150)。
4.如权利要求3所述的透明导电涂层,其特征在于,所述石墨烯的层数小于30层,粒度为4~40nm,直径为3~12μm,所述碳纳米管为多壁碳纳米管,直径为5~20nm,长度为8~30μm。
5.一种权利要求1-4任一项所述的透明导电涂层的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
a将掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液均匀涂覆在基材上,之后在60-90℃加热固化3-5h,得到底层;
b将石墨烯和碳纳米管的混合溶液均匀涂覆在底层上,形成均匀液膜,静置1-3h,70-90℃下烘干1-3h,得到导电网络层;
c将掺杂有石墨烯和碳纳米管的聚氨酯涂层溶液均匀涂覆在导电网络层上,得到表面保护层。
6.如权利要求5所述的透明导电涂层的制备方法,其特征在于,步骤a和c中,所述掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液通过以下步骤制得:
S1a 将石墨烯和碳纳米管按质量比为1:5-1:18混合均匀,之后将其加入酸溶液中,超声分散30-60min,之后在60-90℃下持续搅拌反应60-90min;洗涤至中性,过滤,60-80℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2a 将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物在溶剂中混合分散,超声分散20-40min,加入异氰酸酯类化合物进行接枝,升温至70-90℃,持续搅拌3-5h,冷却至室温,过滤,50-70℃干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3a 将接枝化的石墨烯和碳纳米管均匀分散在聚氨酯涂层溶液中,之后加入锂盐,超声分散20-40min,50-70℃搅拌180-300min, 5000-7000r/min离心5-7min,取上清液,得到所述掺杂有石墨烯、碳纳米管和锂盐的聚氨酯溶液。
7.如权利要求6所述的透明导电涂层的制备方法,步骤S1a中,所述石墨烯和碳纳米管的混合物与酸混合液的质量比例为(1.5~4):130;所述酸溶液是体积比为1:1的浓H2SO4和浓HNO3的酸混合液;所述浓H2SO4的浓度为90-98wt%,所述HNO3的浓度为60-68wt%;步骤S2a中,所述酸化的石墨烯和碳纳米管混合物、溶剂与异氰酸酯类化合物的质量比例为(1.2~2):(60-80):(6~10);所述溶剂选自醋酸丁酯、醋酸乙酯、甲基异丁基酮、甲基戊基酮、环己酮和丙二醇甲醚醋酸酯中的一种;所述异氰酸酯类化合物选自苯基异氰酸酯、叔丁基异氰酸酯、环己基异氰酸酯、异氰酸己酯、4-氰基苯异氰酸酯和4-乙酰苯基异氰酸酯中的一种。
8.如权利要求6所述的透明导电涂层的制备方法,步骤S3a中,所述接枝化的石墨烯和碳纳米管、聚氨酯涂层溶液与锂盐的质量比例为(0.4~0.8):50:(0.3-0.6);所述锂盐为选自高氯酸锂、六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、六氟钛酸锂和三氟甲磺酸锂中的一种;
所述聚氨酯涂层溶液包括质量比例为4:1的A组分和B组份;
其中A组分是通过以下步骤制得:将异佛尔酮二异氰酸酯,三羟甲基丙烷,1,4-丁二醇,聚四氢呋喃二醇,溶剂,催化剂,流平剂,混合均匀,在70-90℃下持续搅拌3-5h,冷却至室温备用;所述异佛尔酮二异氰酸酯、三羟甲基丙烷、1,4-丁二醇、聚四氢呋喃二醇、溶剂、催化剂及流平剂的质量比例为(200~350):(80~120):(60~100),(460~520):(800~1600):(2~5):(0.3~1.2);
B组份是通过以下步骤制得:将聚四氢呋喃二醇和1,4-丁二醇混合均匀即可;所述聚四氢呋喃二醇与1,4-丁二醇的质量比例为(20~60):(50~80)。
9.如权利要求5所述的透明导电涂层的制备方法,步骤b中,所述石墨烯和碳纳米管的混合溶液通过以下步骤制得:
S1b将石墨烯和碳纳米管按质量比为1:5-1:18混合均匀,之后将其加入酸溶液中,超声分散30-60min,之后在60-90℃下持续搅拌反应60-90min;洗涤至中性,过滤,60-80℃干燥,得到酸化的石墨烯和碳纳米管混合物;
S2b将酸化的石墨烯和碳纳米管混合物在溶剂中混合分散,超声分散20-40min,加入异氰酸酯类化合物进行接枝,升温至70-90℃,持续搅拌3-5h,冷却至室温,过滤,50-70℃干燥,除去溶剂,获得接枝化的石墨烯和碳纳米管;
S3b 将接枝化的石墨烯和碳纳米管加入乙醇溶液中,之后添加分散剂及流平剂,超声分散,50-70℃加热3-5h,5000-7000r/min离心4-6min,取上层溶液,得到接枝的石墨烯和碳纳米管混合溶液。
10.如权利要求9所述的透明导电涂层的制备方法,步骤S1b中,所述石墨烯和碳纳米管的混合物与酸混合液的质量比例为(1.5~4):130;所述酸溶液是体积比为(1~3):1的浓H2SO4和浓HNO3的酸混合液;所述浓H2SO4的浓度为90-98wt%,所述HNO3的浓度为60-68wt%;步骤S2b中,所述酸化的石墨烯和碳纳米管混合物、溶剂与异氰酸酯类化合物的质量比例为(1.2~2):(60-80):(6~10);所述溶剂选自醋酸丁酯、醋酸乙酯、甲基异丁基酮、甲基戊基酮、环己酮和丙二醇甲醚醋酸酯中的一种;所述异氰酸酯类化合物选自苯基异氰酸酯、叔丁基异氰酸酯、环己基异氰酸酯、异氰酸己酯、4-氰基苯异氰酸酯和4-乙酰苯基异氰酸酯中的一种;步骤S3b中,所述接枝化的石墨烯和碳纳米管、乙醇溶液、分散剂及流平剂的质量比例为(2~4):100:(0.2~0.52):(0.02~0.0522);所述乙醇溶液的浓度为40~80wt%;所述分散剂选自烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐和烷基聚氧乙烯醚中的至少一种;所述流平剂选自BYK151、BYK154、BYK180、BYK187、BYK191、BYK2015、BYK331、BYK333、BYK358N和BYK3550中的一种。
11.一种航空透明件,其特征在于,所述航空透明件包括外表面防护层,所述外表面防护层为权利要求1-4任一项所述的透明导电涂层。
12.一种触控显示屏,其特征在于,所述触控显示屏包括外表面防护层,所述外表面防护层为权利要求1-4任一项所述的透明导电涂层。
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