CN115572508A - 一种水性耐强酸环保导电涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水性耐强酸环保导电涂料，包括主要成分和辅助成分，所述主要成分由聚丙烯树脂和碳纳米管组成；所述辅助成分包括乳化剂、消泡剂、分散剂和增稠剂。本发明还公开了一种水性耐强酸环保导电涂料的制备方法，包括以下步骤：经过提纯的高纯碳纳米管需要先加入分散剂，经过研磨、分散，制备成碳纳米管水分散液，与乳化改性为水性聚丙烯树脂通过机械搅拌混合均匀，再加入消泡剂、增稠剂、流平剂搅拌均匀，制备成适合涂层加工的导电涂料。本发明降低液流电池电极导电隔板与电极毡之间的接触电阻，提升液流电池的电效率及使用寿命，整体功能完善，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及导电涂料技术领域，更具体地说，它涉及一种水性耐强酸环保导电涂料及其制备方法。
背景技术
作为一项新型储能技术，液流电池因其安全性高、循环寿命长等优点，在电力储能领域的应用规模越来越大。目前，市场上主流的液流电池主要有全钒液流电池、铁铬液流电池以及铅酸液流电池等，不论哪类液流电池，其电解液中均含有一定量的硫酸，使得电解液呈现较强酸性。电池集流体通常为金属材料制备，为了隔绝酸性电解液对金属集流体的侵蚀而导致电池使用寿命下降，在液流电池发生电化学反应的多孔电极毡与金属集流体之间通常需要插入具有耐强酸性PE或PP导电隔板，但是由于导电隔板的体积电阻较高，且导电隔板与多孔电极毡之间为压合性硬接触，接触电阻较高，因此会造成电极局部发热，使得电池的初始容量与充放电循环次数下降。为了降低液流电池电极毡与导电隔板之间的接触电阻，从而提升电池的电效率及循环寿命，通常会在导电隔板上涂覆一层阻值较低的导电胶。因为导电胶需要在强酸中长期稳定工作，因此导电胶需要有优良的导电性，良好的耐酸性及耐水性，并且在PE或PP表面具有良好的附着力。
同时具备耐水、耐酸性且可以在PE/PP表面具有良好附着力的粘结剂种类较少，市场上目前还没有成熟稳定的耐强酸导电胶供客户选择，因此目前液流电池制造商在导电PE/PP隔板上采用涂胶工艺的较少，大部分厂商仍然采用传统的硬接触来压合导电隔板和电极毡。有少部分厂商采用耐酸性极强的氟树脂作为粘结剂，用碳纳米管作为导电剂来制备导电涂料用于导电隔板涂层，但氟树脂所需的溶剂为环保性较差的NMP溶剂，而液流电池工厂一般没有配套完善的溶剂回收装置，因此使用此类导电涂料对工厂工人的身体健康及环境都有一定的危害。据此，本发明提出了一种水性耐强酸环保导电涂料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种水性耐强酸环保导电涂料及其制备方法，从而降低液流电池电极导电隔板与电极毡之间的接触电阻，提升液流电池的电效率及使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明的目的是这样实现的：本发明所涉及的一种水性耐强酸环保导电涂料，包括主要成分和辅助成分，所述主要成分由聚丙烯树脂和碳纳米管组成；所述辅助成分包括乳化剂、消泡剂、分散剂和增稠剂。其中，以聚丙烯树脂作为粘合剂，碳纳米管作导电填料。
一种水性耐强酸环保导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1.聚丙烯树脂经过官能团接枝及乳化剂乳化改性，使之具有良好的水溶性；
S2.经过提纯的高纯碳纳米管需要先加入分散剂，经过研磨、分散，制备成质量比为5％至10％的碳纳米管水分散液；所选碳纳米管为气相沉积制备而成，并经过混合酸洗及高温提纯的高纯碳纳米管；
S3.对步骤S2中所制备的碳纳米管水分散液与聚丙烯树脂通过机械搅拌混合均匀；
S4.再加入消泡剂、增稠剂、流平剂搅拌均匀，制备成适合涂层加工的导电涂料。
本发明进一步设置为：所述聚丙烯树脂为水性聚丙烯树脂；所述聚丙烯树脂经过官能团接枝及使用乳化剂乳化改性，具有良好的水溶性，且易低温成膜，在PP或PE等难以粘结的塑料表面仍然具有良好的附着力。
本发明进一步设置为：所述聚丙烯树脂为低氯化聚丙烯经乳化后制备而成，用量为导电涂料总质量的5％至20％。
本发明进一步设置为：所述聚丙烯树脂中需加入5‰至2％质量分数的成膜剂，成膜剂为醇类物质。
本发明进一步设置为：所述成膜剂为丙二醇。
本发明进一步设置为：所述碳纳米管水分散液选用去离子水作为分散介质，分散剂为水溶性聚季铵盐类表面活性剂或非离子型高分子表面活性剂，用量为碳管质量的10％至20％；碳纳米管水分散液采用行星搅拌机进行预分散，然后经过卧式砂磨机研磨后制备而成；研磨转速为800r/min至1000r/min，时间6h至8h。
本发明进一步设置为：所述消泡剂为醇类或改性有机硅类消泡剂，消泡剂优选正丁醇，用量为导电涂料总质量的3‰至2％。
本发明进一步设置为：所述增稠剂为非离子型高分子聚合物，优选PEO 或PVP，用量为导电涂料总质量的1％至3％。
本发明进一步设置为：所述流平剂为聚醚改性有机硅高分子聚合物，用量为导电涂料总质量的3‰至2％。
导电涂料粘度为300cps至8000cps，可通过刮涂、印刷等工艺涂覆于基材表面，并通过常温或100℃以下低温干燥。刮涂可采用刮刀涂或辊涂；印刷方式可选择凹印或丝印。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.高导电性：本发明制备的导电涂料，干膜表面电阻＜50Ω/□(10um厚度测试)，通过辊涂或刮涂的方式涂覆在液流电池电极隔板表面，可使隔板的接触电阻下降50％以上，大大减少电池充放电过程中的电极发热问题，提升电池的电容量、电效率以及使用寿命。
2.高耐酸性：本发明制备的导电涂料，采用特殊的聚丙烯类水性高分子粘合剂，导电性优良的碳纳米管作为导电剂，具有极强的耐酸性，可在2mol/L浓硫酸中长期稳定工作。
3.PP/PE基材表面附着力高：本发明制备的导电涂料，选用与PP或PE性质类似的聚丙烯类粘合剂，与PP/PE具有良好的亲和性，并且通过对树脂的改性，使其无需高温烘烤，常温干燥后即可牢固附着于PP/PE板材表面。
4.安全环保、无污染：本发明制备的导电涂料，其配方中所有成分均为环保材料制备，且采用水作为介质，安全环保，不含任何对人体及环境有毒有害的挥发性有机溶剂。
5.成本低、生产工艺简单：本发明提供的导电涂料制备方法，采用的水性聚丙烯树脂与碳纳米管导电剂价格低廉。生产时，通过将碳纳米管研磨分散后制备成导电浆料，与水性聚丙烯树脂混合，外加少量其他助剂，仅需简单的砂磨设备及低速搅拌即可，生产工艺简单，易于规模化、大批量生产。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明专利要求的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合优选实施例对本发明进一步说明。
实施例1
本实施例所涉及的一种水性耐强酸环保导电涂料，包括主要成分和辅助成分，所述主要成分由聚丙烯树脂和碳纳米管组成；所述辅助成分包括乳化剂、消泡剂、分散剂和增稠剂。其中，以聚丙烯树脂作为粘合剂，碳纳米管作导电填料。
本实施例所涉及的一种水性耐强酸环保导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1.称取去离子水890g，加入1g分散剂，采用行星搅拌机以200r/min的速度搅拌10min，使分散剂完全溶解，然后将搅拌机转速提升至1000r/min，同时称取100g碳纳米管粉末，以10g/min的速度加入搅拌机进行预分散，待碳管全部加完后，继续以1000r/min的速度搅拌2h，制备成碳纳米管预分散液；
S2.将步骤S1制备的碳纳米管预分散液加入卧式砂磨机进行分散，砂磨机转速800至1000r/min，研磨6至8h，制备成10％含量的碳纳米管水分散液；
S3.以水性耐强酸导电涂料总质量100份计，称取5份水性聚丙烯树脂，并按顺序加入0.05份丙二醇，92.45份步骤S2制备的碳纳米管水分散液，0.5份正丁醇，1份聚醚改性有机硅流平剂，以200至500r/min的速度低速搅拌15min 至30min，使所有原料混合均匀；
S4.在步骤S3制备的涂料中边搅拌边缓慢加入2份PVPK90进行增稠，搅拌速度200至500r/min，时间30min，耐强酸导电涂料制备完成。
测试：
1.电阻测试：采用四面涂布器将制备的导电涂料涂在10丝厚的PET薄膜上，然后60℃烘烤30min，制备出导电薄膜，涂膜干膜厚度10um，采用四探针方阻仪对导电膜方阻进行测试，得出方阻值为50Ω/□；
2.附着力测试：采用四面涂布器将制备的导电涂料涂在0.5mm厚的PP塑料板上，60℃烘干，采用百格测试法对涂料的附着力进行测试，刀齿间距1mm，得出附着力ISO等级≥1级；
3.耐酸性测试：在烧杯中配制2mol/L的浓硫酸液，将测试2中涂好导电涂料的PP板材浸泡于烧杯中，密封保存1个月后取出，并用去离子水清洗干净表面的酸液，烘干后重新进行附着力测试，得出附着力ISO等级≥1级；
4.细度测试：采用刮板细度计对导电涂料的细度进行测试，得出细度＜5um；
5.分散稳定性测试：将导电涂料置于烧杯中密封，在60℃下静置24h，无沉淀及分层现象。
本发明所涉及的水性耐强酸环保导电涂料及其制备方法。本发明制备的水性耐强酸导电涂料具有极高的导电性，可大幅降低液流电池电极隔板的接触电阻，减少电池充放电过程中的电极发热问题，提升电池的电容量、电效率以及使用寿命。具有极高的高耐酸性，可在2mol/L浓硫酸中长期稳定工作。在PP/PE 基材表面附着力高并且通过对树脂的改性，使其无需高温烘烤，常温干燥后即可牢固附着于PP/PE板材表面。涂料配方中所有成分均为水性环保材料制备，安全环保，不含任何对人体及环境有毒有害的挥发性有机溶剂。原料价格低廉，生产工艺简单，易于规模化、大批量生产。
如无特殊说明，本发明中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于实际所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合实施例，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。
除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种水性耐强酸环保导电涂料，其特征在于，包括主要成分和辅助成分，所述主要成分由聚丙烯树脂和碳纳米管组成；所述辅助成分包括乳化剂、消泡剂、分散剂和增稠剂。
2.一种根据权利要求1所述的水性耐强酸环保导电涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.聚丙烯树脂经过官能团接枝及乳化剂乳化改性，使之具有良好的水溶性；
S2.经过提纯的高纯碳纳米管需要先加入分散剂，经过研磨、分散，制备成质量比为5％至10％的碳纳米管水分散液；
S3.对步骤S2中所制备的碳纳米管水分散液与聚丙烯树脂通过机械搅拌混合均匀；
S4.再加入消泡剂、增稠剂、流平剂搅拌均匀，制备成适合涂层加工的导电涂料。
3.根据权利要求2所述的水性耐强酸环保导电涂料的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯树脂为水性聚丙烯树脂；所述聚丙烯树脂经过官能团接枝及使用乳化剂乳化改性，具有良好的水溶性。
4.根据权利要求3所述的水性耐强酸环保导电涂料的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯树脂为低氯化聚丙烯经乳化后制备而成，用量为导电涂料总质量的5％至20％。
5.根据权利要求4所述的水性耐强酸环保导电涂料的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯树脂中需加入5‰至2％质量分数的成膜剂，成膜剂为醇类物质。
6.根据权利要求5所述的水性耐强酸环保导电涂料的制备方法，其特征在于，所述成膜剂为丙二醇。
7.根据权利要求2所述的水性耐强酸环保导电涂料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管水分散液选用去离子水作为分散介质，分散剂为水溶性聚季铵盐类表面活性剂或非离子型高分子表面活性剂，用量为碳管质量的10％至20％；碳纳米管水分散液采用行星搅拌机进行预分散，然后经过卧式砂磨机研磨后制备而成；研磨转速为800r/min至1000r/min，时间6h至8h。
8.根据权利要求2所述的水性耐强酸环保导电涂料的制备方法，其特征在于，所述消泡剂为醇类或改性有机硅类消泡剂，用量为导电涂料总质量的3‰至2％。
9.根据权利要求2所述的水性耐强酸环保导电涂料的制备方法，其特征在于，所述增稠剂为非离子型高分子聚合物，用量为导电涂料总质量的1％至3％。
10.根据权利要求2所述的水性耐强酸环保导电涂料的制备方法，其特征在于，所述流平剂为聚醚改性有机硅高分子聚合物，用量为导电涂料总质量的3‰至2％。
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|---|---|---|---|---|
| CN116396643A (zh) * | 2023-04-03 | 2023-07-07 | 嘉兴纳科新材料有限公司 | 一种耐酸碱导电涂料复合金属电极板及制备方法 |
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| CN108373669A (zh) * | 2018-03-01 | 2018-08-07 | 波态（上海）新材料科技有限公司 | 一种水性导电底漆及其制备方法 |
| CN114402041A (zh) * | 2019-09-20 | 2022-04-26 | 关西涂料株式会社 | 水性白色导电性底漆涂料组合物和使用它的多层涂膜形成方法 |
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2022
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