CN115595019A - 一种刺槐豆胶导电涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种刺槐豆胶导电涂料及其制备方法。本发明的刺槐豆胶导电涂料，包括以下原料：Ti3C2Tx MXenes、刺槐豆胶、水、有机硼交联剂、增稠剂、防腐剂；本发明的导电涂料以Ti3C2Tx MXenes为导电填料，刺槐豆胶为基体，通过有机硼交联剂实现涂料内部氢键超分子网络的构建；Ti3C2Tx MXenes是一种新型二维纳米导电材料，其大比表面积和高导电赋予涂料良好的导电性能。另外，由于Ti3C2Tx MXenes表面丰富的活性羟基，通过有机硼交联剂与刺槐豆胶交联形成氢键超分子网络，使涂料具有较高的力学强度，以及一定的自修复性能，延长使用寿命，使材料具有较好的应用前景。

Description

一种刺槐豆胶导电涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种刺槐豆胶导电涂料及其制备方法。
背景技术
导电涂料是现代社会发展不可或缺的材料，广泛应用于各行各业。大多数导电涂料力学强度低，在受到磨损划伤后，导电能力下降，对因此迫切需要制备一种高导电，有良好力学性能的可自修复导电涂料。目前实现导电涂料的自修复性能的方法是通过在其内部构建可逆共价键如氢键，酯键，二硫键等。因此通过在涂料内部引入氢键超分子网络，既增强了涂料的力学性能，又提供给了一定的自修复性能。Ti3C2Tx MXenes是一种新型二维纳米导电材料，具有较大的比表面积，高导电性，表面富含亲水性活性基团等优点，广泛应用于电极材料、应变传感、电磁屏蔽以及光热转换等研究领域，目前在导电涂料领域则较少。
现有导电涂料存在导电能力差，力学性能较差，黏附能力弱等缺点，并且在受到磨损和刮磨后导电能力会下降，产品寿命较短，因此迫切需要制备一种性能优异的导电涂料。
发明内容
有鉴于此，针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种刺槐豆胶导电涂料及其制备方法。
第一方面，本发明提供了一种刺槐豆胶导电涂料，包括以下重量份原料：Ti3C2TxMXenes 1～20份、刺槐豆胶40～50份、水100～120份、有机硼交联剂1～10份、增稠剂0.1～0.5份、防腐剂0.1～0.5份。
优选的是，所述的刺槐豆胶导电涂料，所述增稠剂包括海藻酸、瓜尔胶、阿拉伯胶中的至少一种。
优选的是，所述的刺槐豆胶导电涂料，所述防腐剂为苯并异噻唑啉-3-酮。
第二方面，本发明还提供了一种所述的刺槐豆胶导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
将刺槐豆胶加入至水中进行搅拌，再加入Ti3C2Tx MXenes和有机硼交联剂，交联反应后，再加入增稠剂和防腐剂，即得刺槐豆胶导电涂料。
优选的是，所述的刺槐豆胶导电涂料的制备方法，所述交联反应的反应温度为35～45℃、反应时间为0.5～2h。
优选的是，所述的刺槐豆胶导电涂料的制备方法，将刺槐豆胶加入至水中进行搅拌的步骤中，搅拌时间为20～60min。
本发明的刺槐豆胶导电涂料及其制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：
1、本发明的刺槐豆胶导电涂料，以Ti3C2Tx MXenes为导电填料，刺槐豆胶为基体，通过有机硼交联剂实现涂料内部氢键超分子网络的构建；Ti3C2Tx MXenes是一种新型二维纳米导电材料，其大比表面积和高导电赋予涂料良好的导电性能。另外，由于Ti3C2TxMXenes表面丰富的活性羟基，通过有机硼交联剂与刺槐豆胶交联形成氢键超分子网络，使涂料具有较高的力学强度，以及一定的自修复性能，延长使用寿命，使材料具有较好的应用前景；
2、本发明的刺槐豆胶导电涂料的制备方法，工艺简单，耗时短，经济效益高，符合工业生产的基本要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的有机硼交联剂的作用原理图；
图2为本发明实施例1～7以及对比例1～2中制备得到的导电涂料的胶合强度；
图3为本发明实施例1～7中经过修复后的导电涂料的胶合强度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种刺槐豆胶导电涂料，包括以下重量份原料：Ti3C2TxMXenes 1～20份、刺槐豆胶40～50份、水100～120份、有机硼交联剂1～10份、增稠剂0.1～0.5份、防腐剂0.1～0.5份。
本申请的刺槐豆胶导电涂料，以Ti3C2Tx MXenes为导电填料，刺槐豆胶为基体，通过有机硼交联剂实现涂料内部氢键超分子网络的构建；Ti3C2Tx MXenes是一种新型二维纳米导电材料，其大比表面积和高导电赋予涂料良好的导电性能。另外，由于Ti3C2Tx MXenes表面丰富的活性羟基，通过有机硼交联剂与刺槐豆胶交联形成氢键超分子网络，使涂料具有较高的力学强度，以及一定的自修复性能，延长使用寿命。
在一些实施例中，增稠剂包括海藻酸、瓜尔胶、阿拉伯胶中的至少一种。
在一些实施例中，防腐剂为苯并异噻唑啉-3-酮。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种上述的刺槐豆胶导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
将刺槐豆胶加入至水中进行搅拌，再加入Ti3C2Tx MXenes和有机硼交联剂，交联反应后，再加入增稠剂和防腐剂，即得刺槐豆胶导电涂料。
在一些实施例中，交联反应的反应温度为35～45℃、反应时间为0.5～2h。
在一些实施例中，将刺槐豆胶加入至水中进行搅拌的步骤中，搅拌时间为20～60min。
具体的，本申请的有机硼交联剂是利用硼酸盐与有机配位体(LGD(OH)6)在化学助剂的作用下形成的稳定的有机络合物；有机硼交联剂作用原理为：有机硼交联剂溶于水形成硼酸根离子，如图1中(a)所示；硼酸根离子与刺槐豆胶上邻位羟基形成单二醇络合物，如图1中(b)所示；单二醇络合物再与Ti3C2Tx MXenes上的羟基反应形成二醇络合物，如1中(c)所示。
传统导电涂料力学性能差，易受到摩损而缩短使用寿命,本发明所制备的导电涂料因Ti3C2Tx MXenes的存在而具有高导电性和良好的导热性，在添加了有机硼交联剂后，涂料内部形成的氢键超分子网络赋予材料良好的力学性能和自修复性能，使材料具有较好的应用前景；本发明的制备方法，工艺简单，耗时短，经济效益高，符合工业生产的基本要求。
以下进一步以具体实施例说明本申请的刺槐豆胶导电涂料及其制备方法。本部分结合具体实施例进一步说明本发明内容，但不应理解为对本发明的限制。如未特别说明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本领域常规试剂、方法和设备。以下实施例和对比例中所用的Ti3C2Tx MXenes购买自上海麦克林生化科技有限公司、刺槐豆胶购买自山东萍聚生物科技有限公司、有机硼交联剂购买自淮南科迪化工科技有限公司。
实施例1
本申请实施例提供了一种刺槐豆胶导电涂料，包括以下原料：2g Ti3C2Tx MXenes、50g刺槐豆胶、100g水、2g有机硼交联剂、0.3g增稠剂、0.2g防腐剂；其中，增稠剂为瓜尔胶，防腐剂为苯并异噻唑啉-3-酮。
上述实施例中刺槐豆胶导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
在室温(25℃)下，将50g刺槐豆胶加入至100g水中搅拌30min，然后加入2g Ti3C2TxMXenes继续搅拌30min，再加入2g有机硼交联剂，于40℃下再次搅拌30min，最后加入0.3g增稠剂和0.2g防腐剂，搅拌40min后，即得刺槐豆胶导电涂料。
实施例2
本申请实施例提供了一种刺槐豆胶导电涂料，包括以下原料：4g Ti3C2Tx MXenes、50g刺槐豆胶、100g水、2g有机硼交联剂、0.3g增稠剂、0.2g防腐剂；其中，增稠剂为瓜尔胶，防腐剂为苯并异噻唑啉-3-酮。
上述实施例中刺槐豆胶导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
在室温(25℃)下，将50g刺槐豆胶加入至100g水中搅拌30min，然后加入4g Ti3C2TxMXenes继续搅拌30min，再加入2g有机硼交联剂，于40℃下再次搅拌30min，最后加入0.3g增稠剂和0.2g防腐剂，搅拌40min后，即得刺槐豆胶导电涂料。
实施例3
本申请实施例提供了一种刺槐豆胶导电涂料，包括以下原料：6g Ti3C2Tx MXenes、50g刺槐豆胶、100g水、2g有机硼交联剂、0.3g增稠剂、0.2g防腐剂；其中，增稠剂为瓜尔胶，防腐剂为苯并异噻唑啉-3-酮。
上述实施例中刺槐豆胶导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
在室温(25℃)下，将50g刺槐豆胶加入至100g水中搅拌30min，然后加入6g Ti3C2TxMXenes继续搅拌30min，再加入2g有机硼交联剂，于40℃下再次搅拌30min，最后加入0.3g增稠剂和0.2g防腐剂，搅拌40min后，即得刺槐豆胶导电涂料。
实施例4
本申请实施例提供了一种刺槐豆胶导电涂料，包括以下原料：8g Ti3C2Tx MXenes、50g刺槐豆胶、100g水、2g有机硼交联剂、0.3g增稠剂、0.2g防腐剂；其中，增稠剂为瓜尔胶，防腐剂为苯并异噻唑啉-3-酮。
上述实施例中刺槐豆胶导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
在室温(25℃)下，将50g刺槐豆胶加入至100g水中搅拌30min，然后加入8g Ti3C2TxMXenes继续搅拌30min，再加入2g有机硼交联剂，于40℃下再次搅拌30min，最后加入0.3g增稠剂和0.2g防腐剂，搅拌40min后，即得刺槐豆胶导电涂料。
实施例5
本申请实施例提供了一种刺槐豆胶导电涂料，包括以下原料：10g Ti3C2TxMXenes、50g刺槐豆胶、100g水、2g有机硼交联剂、0.3g增稠剂、0.2g防腐剂；其中，增稠剂为瓜尔胶，防腐剂为苯并异噻唑啉-3-酮。
上述实施例中刺槐豆胶导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
在室温(25℃)下，将50g刺槐豆胶加入至100g水中搅拌30min，然后加入10gTi3C2Tx MXenes继续搅拌30min，再加入2g有机硼交联剂，于40℃下再次搅拌30min，最后加入0.3g增稠剂和0.2g防腐剂，搅拌40min后，即得刺槐豆胶导电涂料。
实施例6
本申请实施例提供了一种刺槐豆胶导电涂料，包括以下原料：10g Ti3C2TxMXenes、50g刺槐豆胶、100g水、5g有机硼交联剂、0.3g增稠剂、0.2g防腐剂；其中，增稠剂为瓜尔胶，防腐剂为苯并异噻唑啉-3-酮。
上述实施例中刺槐豆胶导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
在室温(25℃)下，将50g刺槐豆胶加入至100g水中搅拌30min，然后加入10gTi3C2Tx MXenes继续搅拌30min，再加入5g有机硼交联剂，于40℃下再次搅拌30min，最后加入0.3g增稠剂和0.2g防腐剂，搅拌40min后，即得刺槐豆胶导电涂料。
实施例7
本申请实施例提供了一种刺槐豆胶导电涂料，包括以下原料：10g Ti3C2TxMXenes、50g刺槐豆胶、100g水、10g有机硼交联剂、0.3g增稠剂、0.2g防腐剂；其中，增稠剂为瓜尔胶，防腐剂为苯并异噻唑啉-3-酮。
上述实施例中刺槐豆胶导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
在室温(25℃)下，将50g刺槐豆胶加入至100g水中搅拌30min，然后加入10gTi3C2Tx MXenes继续搅拌30min，再加入10g有机硼交联剂，于40℃下再次搅拌30min，最后加入0.3g增稠剂和0.2g防腐剂，搅拌40min后，即得刺槐豆胶导电涂料。
对比例1
本对比例提供了一种导电涂料，包括以下原料：50g刺槐豆胶、100g水、0.3g增稠剂、0.2g防腐剂；其中，增稠剂为瓜尔胶，防腐剂为苯并异噻唑啉-3-酮。
上述对比例提供的导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
在室温(25℃)下，将50g刺槐豆胶加入至100g水中搅拌30min，再加入0.3g增稠剂和0.2g防腐剂，搅拌40min后，即得导电涂料。
对比例2
本对比例提供了一种导电涂料，包括以下原料：50g刺槐豆胶、100g水、10g Ti3C2TxMXenes、0.3g增稠剂、0.2g防腐剂；其中，增稠剂为瓜尔胶，防腐剂为苯并异噻唑啉-3-酮。
上述对比例提供的导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
在室温(25℃)下，将50g刺槐豆胶加入至100g水中搅拌30min，然后加入10gTi3C2Tx MXenes继续搅拌30min，最后加入0.3g增稠剂和0.2g防腐剂，搅拌40min后，即得导电涂料。
性能测试
将实施例1～7以及对比例1～2中制备得到的导电涂料涂敷在2cm×1cm的天然橡胶上，使用万用表在室温下对所制得的材料进行电阻测试，并对材料厚度进行测量。并通过公式计算出电导率。公式如下：
Figure BDA0003894384100000071
其中，σ表示电导率，R表示电阻，L表示长度，b表示宽度，d表示厚度。
将实施例1～7以及对比例1～2中制备得到的导电涂料倒入至矩形模具中，在60℃下烘干成膜，使用万能测试仪在室温下对所制得的导电涂料进行拉伸试验，检测样品的拉伸强度和断裂伸长率，其中，样品尺寸为60×10mm(长×宽)，两个夹具之间的初始测试距离为20mm，样品以5mm/min的加载速度进行测试。测试结果如下表1所示。
表1-不同实施例制备得到的导电涂料的力学性能及电导率
实施例 拉伸强度(MPa) 断裂伸长率(％) 电导率(S/m)
实施例1 3.3 59.5 2.08×10<sup>-4</sup>
实施例2 4.2 45.6 3.39×10<sup>-3</sup>
实施例3 5.6 32.4 5.52×10<sup>-2</sup>
实施例4 6.5 28.8 2.15×10<sup>-1</sup>
实施例5 7.8 25.6 6.75
实施例6 7.9 24.6 6.77
实施例7 8.2 25.8 6.94
对比例1 1.4 22.2 8.08×10<sup>-8</sup>
对比例2 1.2 20.2 6.49
从表1中可以看出，未增加Ti3C2Tx MXenes的涂料导电性能几乎没有，但由于填料的加入力学性能稍微下降，但通过交联剂交联后，又有了明显的改善。而随着Ti3C2TxMXenes的增加，涂料的导电能力逐渐增强，交联和未交联的导电能力则相差不大，但其力学强度却发生了较大变化；随着有机硼交联剂的加入，涂料内部形成了致密的氢键交联网络，涂料的拉伸强度得到大幅提高；并且随着有机硼交联剂的增加，Ti3C2Tx MXenes与基体之间的相互作用得到进一步增强，表现出更好的力学性能。
参照中国国家标准《普通胶合板》(GB/T9846-2015)中Ⅱ类胶合板的规定对实施例1～7以及对比例1～2中制备得到的导电涂料制备胶合板进行胶合强度测试。每张三层胶合板锯制9个测试试件，尺寸为100×25mm，试件胶合面积为25×25mm2。测试结果如图2所示。
由图2可知，随着Ti3C2Tx MXenes和有机硼交联剂的增加，涂料内部形成的越来越致密的氢键超分子网络，对涂料的胶合强度影响越来越大；而没有形成氢键超分子网络的对比例1～2中的导电涂料的胶合强度显著降低。
自修复性能测试
将实施例1～7中制备得到的导电涂料倒入至矩形模具中，在60℃下烘干成膜，用刀片在材料上划开后静置12h后(进行自修复阶段)，使用万能测试仪在室温下对修复后的材料进行拉伸试验，检测样品的拉伸强度和断裂伸长率，其中，样品尺寸为60×10mm(长×宽)，两个夹具之间的初始测试距离为20mm，样品以5mm/min的加载速度进行测试。测试结果如表2所示。
表2-实施例1～7中自修复后导电涂料的力学性能及电导率
实施例 拉伸强度(MPa) 断裂伸长率(％) 电导率(S/m)
实施例1 3.0 57.6 1.98×10<sup>-4</sup>
实施例2 3.9 42.6 3.19×10<sup>-3</sup>
实施例3 5.3 30.0 5.32×10<sup>-2</sup>
实施例4 6.2 26.5 1.97×10<sup>-1</sup>
实施例5 7.4 23.2 6.57
实施例6 7.7 22.5 6.67
实施例7 8.0 22.8 6.77
从表2中可以看出，实施例1～7中经过修复后的导电涂料依然具有良好的力学强度并且电导率变化很小。
参照中国国家标准《普通胶合板》(GB/T9846-2015)中Ⅱ类胶合板的规定对上述实施例1～7中经过修复后的导电涂料制备胶合板进行胶合强度测试。每张三层胶合板锯制9个测试试件，尺寸为100×25mm，试件胶合面积为25×25mm2。结果如图3所示。
通过图2～3对比发现，实施例1～7中经过修复后的导电涂料本身的胶合强度并没有发生明显区别。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种刺槐豆胶导电涂料，其特征在于，包括以下重量份原料：Ti3C2TxMXenes 1～20份、刺槐豆胶40～50份、水100～120份、有机硼交联剂1～10份、增稠剂0.1～0.5份、防腐剂0.1～0.5份。
2.如权利要求1所述的刺槐豆胶导电涂料，其特征在于，所述增稠剂包括海藻酸、瓜尔胶、阿拉伯胶中的至少一种。
3.如权利要求1所述的刺槐豆胶导电涂料，其特征在于，所述防腐剂为苯并异噻唑啉-3-酮。
4.一种如权利要求1～3任一所述的刺槐豆胶导电涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将刺槐豆胶加入至水中进行搅拌，再加入Ti3C2Tx MXenes和有机硼交联剂，交联反应后，再加入增稠剂和防腐剂，即得刺槐豆胶导电涂料。
5.如权利要求4所述的刺槐豆胶导电涂料的制备方法，其特征在于，所述交联反应的反应温度为35～45℃、反应时间为0.5～2h。
6.如权利要求4所述的刺槐豆胶导电涂料的制备方法，其特征在于，将刺槐豆胶加入至水中进行搅拌的步骤中，搅拌时间为20～60min。
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