[发明专利]功能化石墨烯改性水性聚氨酯单组分导电胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种功能化石墨烯改性水性聚氨酯单组分导电胶的制备方法，首先将石墨制备成氧化石墨烯(GO)。利用GO表面含有较多的含氧官能团，将2‑(3,4‑二羟基苯基)‑1H‑苯并咪唑‑5‑羧酸(DPBC)与GO表面的羟基官能团反应，得到有亲水基团羟基的DPBC‑g‑GO。再用还原剂将其还原为DPBC‑g‑rGO。最后将DPBC‑g‑rGO与水性聚氨酯结合，再加入增粘剂并固化制成单组分导电胶。本发明由于接枝DPBC分子基团作用，改善界面电荷转移过程并同时有效防止石墨烯纳米片的团聚，而且接枝上亲水基团提高了功能化石墨烯(DPBC‑g‑rGO)在水性聚氨酯体系中的分散性。可得到对环境友好、导电性能良好、热稳定性好的功能化石墨烯改性水性聚氨酯单组分导电胶，导电率达到5.1S/m。

技术领域

本发明涉及的是功能高分子领域，尤其涉及的是一种功能化石墨烯改性水性聚氨酯单组分导电胶的制备方法。

背景技术

在电子工业中，含铅焊料通常被用作导电材料而被广泛应用，但铅焊料严重污染环境，由于近年来人类更加注重环境的保护，为取代含铅焊料，包含高分子树脂和导电填充物的纳米导电胶(ECA)已广泛用于取代电子行业中有害的重金属焊料。现有的双组分导电胶是脆性的，并且随着裂纹产生和扩展会发生老化。与普通的双组分导电高分子材料相比，单组分导电聚氨酯胶粘剂具有良好的柔韧性、低成本和操作简便等优点，因而可以应用于柔性电子等多种场景。

水性聚氨酯(WPU)材料从诞生之日起，由于其含有较少的挥发性有机化合物(VOCs)并且具有优异的力学性能(高强度、高弹性、高耐磨等)、生物相容性和良好的加工性能，在国民经济的各个领域得到了广泛的应用，具体应用于涂料、家具、胶粘剂、医用材料、建筑材料、鞋类及衬垫等众多方面。所以水性聚氨酯是作为导电复合材料良好的基材。

石墨烯因其独特的电、光、热和机械性能而受到了广泛的研究兴趣。然而石墨烯纳米片之间存在强大的分子间范德华力，无论在溶剂中还是树脂中，获得单层或多层的石墨烯都非常具有挑战性。利用强氧化反应可以将石墨剥离为氧化石墨并向碳平面引入了大量含氧官能团，如羧基、环氧基、羟基、羰基等。由于这些含氧官能团的存在,功能化石墨烯在水或其他有机溶剂中具有良好的分散性能，可以分散成单片的石墨烯。功能化石墨烯片层的加入能够有效提高聚合物基体的综合性能。

因此如何将水性聚氨酯和石墨烯结合形成导电胶以节约成本、提高导电胶的性能是急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种功能化石墨烯改性水性聚氨酯单组分导电胶的制备方法，以解决现有中水性聚氨酯和石墨烯没有结合形成导电胶的技术问题。

本发明提供一种功能化石墨烯改性水性聚氨酯单组分导电胶的制备方法，步骤如下：

步骤1、氧化石墨烯的制备：将一定量的石墨片GF和KMnO₄分步添加到装有浓H₂SO₄和H₃PO₄的烧瓶中，其中浓硫酸体积占比为70％～90％；升温到50℃～60℃并搅拌8h～10h；冷却到室温，缓慢加入去离子水搅拌30min～60min，再加入过氧化氢，还原残留的氧化剂后溶液变为亮黄色；用5％～10％HCl溶液和去离子水分别采用上清液倾析法进行洗涤，直到无硫酸根被检测到且PH值为7为止；收集糊状产物并在50℃～60℃干燥，在恒定真空下放置24h，保存备用，获得氧化石墨烯GO；