[发明专利]一种石墨烯导电涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电涂料，具体为一种石墨烯导电涂料及其制备方法。

背景技术

随着节能环保及信息产业的发展，导电涂料在大功率LED基板、平板显示器、太阳能电池板等领域的需求日益旺盛。以添加银粉、铜粉、镍粉的银导电涂料、铜导电涂料、镍导电涂料为代表的传统导电涂料虽然导电性能较好，但由于其中添加了银等贵金属材料，这无疑提高了涂料的制造成本。

导电涂料的另一个发展方向是以碳材料作为涂料的填料，制备高导电性能的导电涂料。由于碳材料，如石墨粉、碳纤维等，作为导电填料，来源广泛且价格较贵金属粉末便宜，具有广阔的发展前景。

石墨烯作为新型碳材料，是由碳原子以sp²杂化轨道组成的只具有1个原子层厚度的二维纳米材料，其室温电阻率为10^-6Ω·cm，比室温时电阻率最低的金属银还低，并且石墨烯的电流密度耐性好，达到0.2×10⁹A/cm²(是铜的100倍)，此外石墨烯具有独特的载流子特性，室温下具有惊人的高电子迁移率(1.5×10⁴cm²·V^-1·S^-1)。同时，石墨烯的热导率为(4.54～5.30)×10³W·m^-1·K^-1，与单壁碳纳米管、多壁碳纳米管相比有明显提高，是室温下纯金刚石的3倍、纯银的12倍、纯铜的13倍。

由于石墨烯所具有的独特的结构，兼备上述优异的导电、导热性能，无论从理论还是实验研究方面，其在导电涂料领域均已展现出重大的科研价值和应用优势。目前，已有相关研究人员对石墨烯导电涂料展开了研究，如CN103131232A发明专利公开了一种水性石墨烯导电涂料及其制备方法，该涂料在PCB板维修等方面具有应用前景。CN10449377A发明专利公开了一种石墨烯涂料导电涂料及其制备方法，据称该涂料在平板显示器等领域有应用前景。

但由于石墨烯导电涂料的发展正处于初始阶段，还有许多问题需要解决，如已公开的石墨烯导电涂料中多含有强酸或强氧化剂、环境友好性差、涂料成分复杂，同时，涂料的制备工艺较复杂、工业化难度高且成本不菲。

发明内容

针对当前石墨烯导电涂料中存在的多种技术问题，为拓展石墨烯导电涂料的应用领域，开发集多种优良性能于一身的石墨烯导电涂料，本申请提供了一种石墨烯导电涂料及其制备方法。

为实现上述目的，本申请采用以下技术方案：

一种石墨烯导电涂料，按质量分数计，所述涂料包括：石墨烯8～12份、环氧丙烯酸酯树脂8～12份、聚氨酯丙烯酸酯3～5份、聚乙烯蜡2～3份、乙醇10～25份。

石墨烯导电涂料的第一优选方案，石墨烯为单层石墨烯、多层石墨烯或两种石墨烯不同含量的组合，石墨烯的片层厚度不大于3nm。

一种石墨烯导电涂料的制备方法，包含以下步骤：

1)将石墨烯加入乙醇中，使用超声波以设定功率和设定时间将石墨烯在乙醇中进行分散，获得石墨烯乙醇溶液；

2)将环氧丙烯酸酯树脂、聚氨酯丙烯酸酯、聚乙烯蜡加入到步骤1)中获得的石墨烯乙醇溶液中，使用机械搅拌，以设定的转速和设定的时间对上述混合液进行分散，获得所述的石墨烯导电涂料。

石墨烯导电涂料的制备方法的第一优选方案，超声波的功率为200～4000W，超声波分散的时间为15～60min。

石墨烯导电涂料的制备方法的第二优选方案，机械搅拌的转速为300～1500rpm，机械搅拌的时间为15～60min。

石墨烯导电涂料的制备方法的第三优选方案，聚氨酯丙烯酸酯由以下方法制备所得，0.28g二月桂酸二丁基锡添加到111.2g异佛尔酮二异氰酸酯中，然后一起加入到500ml装有机械搅拌、冷凝管、温度计和恒压滴液漏斗的四口反应瓶中，四口烧瓶置于冰水浴中，开始搅拌。把0.28g对苯二酚加入到65g丙烯酸羟丙酯中，待固体溶解后，通过恒压滴液漏斗向异氰酸酯中滴加，控制滴加速度在1到1.5h内滴加完毕。继续在冰浴下搅拌10h，取样滴定-NCO含量，到达反应要求，停止反应。然后，将22.19g上述反应产物和252.12gPCL加入到装有机械搅拌、冷凝管和温度计的四口反应瓶中，开始搅拌。油浴稳定到80℃，搅拌5个小时，得到聚氨酯丙烯酸酯。