[发明专利]一种水性石墨烯导电涂料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种水性石墨烯导电涂料，按原料质量百分比组成，包括1～5重量份的膨胀石墨、30～70重量份的水溶性树脂乳液、1～5重量份的超分子分散剂、10～50重量份的水，以及0.2～3.5重量份的其余助剂。本发明提供的水性石墨烯导电涂料大大提高了石墨烯在水溶性树脂基体中的分散性能，而且大片径的石墨烯，更好的发挥了石墨烯的性能，利于其三维导电网络的构架，产品导电性、抗冲击、耐腐蚀及附着力等性能表现优异，有利于工业化的大规模推广，应用前景广阔。而且将膨胀石墨剥离、分散及水性导电涂料的制备，仅通过高压均质一个工艺环节完成，无需研磨介质，工艺简单成本低，条件温和可控，整个制备过程安全无污染。

技术领域

本发明属于石墨烯技术领域，涉及一种水性石墨烯导电涂料及其制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的迅速发展，现代工业水平进步飞速，静电现象作为一种潜在危害，仍然困扰着工业生产和日产生活。据统计，由于静电放电现象的存在美国电子行业每年损失高达100亿美元，英国每年因静电造成的损失也达到20亿英镑，日本电子元器件不合格品产生的原因也有近一半是由于静电现象，大型化工企业油气产品储运过程中静电现象也存在极大威胁，因此需要对静电现象采取科学有效的防护措施，尽力减少或避免静电现象造成的巨大危害。而水性导电涂料是一种具有导电性能并能够消除静电潜在危害的一类功能涂料，无溶剂污染，兼具环保安全等优点，产品主要由导电填料、助剂和成膜树脂等组分构成。近年来，水性导电涂料发展迅速，已在电子电器、化工纺织等多种领域中得到应用。

石墨烯(Graphene)是碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状结构，是一种只有一个或几个碳原子层厚度的准二维材料，具有优异的力学、电学和热学性能。石墨烯的电子迁移率可达2ⅹ10⁴cm²·V^-1·S^-1为硅的100倍，在室温下石墨烯的电阻率可达10⁸S/m，可耐受10⁸A/cm²的电流，是铜耐受能力的100倍，热导率为3000～5000W/m·K，可以金刚石媲美，比表面积可达2630m²·g^-1。石墨烯原子间作用力非常强，导电电子能在石墨烯晶格中快速无障碍地移动，远超电子在金属导体或半导体中的移动速度，因此相对于采用各种金属导电填料，采用石墨烯作为导电填料制备的水性导电涂料具有更加优异的导电性能，同时由于石墨烯大的比表面积和强度高等优点，可以同时优化涂料产品的防腐和机械性能等。

目前将石墨烯作为导电填料制备水性导电涂料的报道层出不穷，但是在实际应用中，石墨烯的团聚问题成为影响其在涂料中发挥导电性能的最大制约因素。由于石墨烯表面积较大且片层间存在较强的范德华力，极易发生团聚和缠绕现象，使其不能稳定分散，因此简单地将石墨烯粉体作为填料直接加入水性涂料中，效果并不理想。

虽然目前有研究，通过改性石墨烯来提高石墨烯的分散效果，但分散效果仍然不佳，同时存在工艺复杂、成本高、不适宜大规模生产等限制因素，进而影响了产品的推广使用。而简单的研磨砂磨等方式，在分散石墨烯片层的同时，也损坏了石墨烯的片径，大大影响了石墨烯的性能；也有将石墨烯和导电炭黑联合应用的研究，但由于炭黑的加入量大而且其黑色难以遮蔽，限制了其在涂料中的应用。更主要的是，现有的大多方式都是使用各类成品石墨烯粉体，这样制备出的石墨烯复合涂料成本太高，使得制备出的石墨烯改性涂料价格居高不下，无法使得石墨烯在涂料中的大规模推广。

因此，如何找到一种适宜的基于石墨烯的水性导电涂料，解决石墨烯存在的上述问题，充分发挥石墨烯的性能，已成为领域内各研发企业及诸多一线研究人员亟待解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种水性石墨烯导电涂料及其制备方法，本发明通过添加剂和特定的配方，大大提高了石墨烯在水性导电涂料中的分散性能，特别是得到了大片径的石墨烯，更好的发挥了石墨烯的性能，利于其在水性涂料中的构架；同时制备过程简单，条件温和可控，有利于工业化的大规模推广和应用。