[发明专利]一种水性石墨烯导电油墨及其制备方法

说明书

本发明涉及一种水性石墨烯导电油墨及其制备方法，包括纳米卷齿形石墨烯微米片分散液，碳纳米管分散液，导电炭黑，聚合型分散树脂，连接树脂和助剂，余量为水。本发明通过制备纳米卷齿形石墨烯微米片，在水性导电油墨制备过程中，其有利于防止石墨烯片层的堆叠，实现石墨烯的稳定分散，减少有机分散剂的使用，且齿形边缘结构有利于石墨烯片层间相互搭接及搭接稳定性。

技术领域

本发明属于导电油墨领域，特别涉及一种水性石墨烯导电油墨及其制备方法。

背景技术

印刷电子中应用最多的功能性材料是导电油墨。市场上的导电油墨主要以溶剂型为主，存在VOC排放问题，污染环境严重，危害人体健康。普通碳系导电油墨，长时间通电使用过程中还会造成功率衰减。

石墨烯具有优异的电学性能，兼具轻便、柔韧性好、不易氧化等优点，以石墨烯为功能材料制备的水性导电油墨符合绿色环保以及新型功能油墨材料的发展趋势。专利《石墨烯三维复合水性电热油墨及其制备方法》中，采用石墨烯-碳纤维-炭黑复合的形式构建点-线-面三维立体型导电网络，提升石墨烯导电油墨的导电性，然而，由于石墨烯存在片层界面电阻大、分散困难、易团聚的问题，单纯通过添加片状石墨烯的方法，容易产生石墨化现象，仍然存在导电通路少、导电性能不稳定、功率衰减等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种水性石墨烯导电油墨及其制备方法，该导电油墨通过制备纳米卷齿形石墨烯微米片分散液，并用于制备水性石墨烯导电油墨中，其有利于防止石墨烯片层的堆叠，实现石墨烯的稳定分散，减少有机分散剂的使用，且齿形边缘结构有利于石墨烯片层间相互搭接及搭接稳定性。

本发明提供了一种水性石墨烯导电油墨，按质量百分比，包括如下组分：纳米卷齿形石墨烯微米片分散液0.5％-50.0％，碳纳米管分散液0％-30.0％，导电炭黑1％-10.0％，聚合型分散树脂1％-10％，连接树脂10％-35％，助剂0.5％-6.5％，余量为水。

所述纳米卷齿形石墨烯微米片的横向尺寸3-4μm，厚度小于5nm，卷齿长度200-600nm。

所述纳米卷齿形石墨烯微米片分散液的固含为1％～6％，其制备方法包括：选取膨胀石墨微米片制备成纳米齿形石墨微米片，然后将纳米齿形石墨微米片和炭黑碎粒分散液混合，搅拌，得到石墨分散液；然后将石墨分散液进行砂磨-高压均质或超声处理，获得单层或少层纳米齿形石墨烯微米片的分散液；然后将上述分散液浸入液氮中，得到纳米卷齿形石墨烯微米片分散液。

所述膨胀石墨微米片的横向尺寸小于4μm，厚度小于2μm。

所述膨胀石墨微米片制备成纳米齿形石墨微米片的方法包括：光刻法、金属纳米粒子剪切法、扫描探针蚀刻法、电子束蚀刻法、等离子蚀刻法或电子束诱导撕裂法。

所述纳米齿形石墨微米片和炭黑碎粒分散液的质量比为10:1～1:10。

所述聚合型分散树脂为水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂中的一种或两种，分子量范围在3000-15000。

所述连接树脂为水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性硅碳树脂、水性苯丙树脂或相对应的改性树脂中的一种或多种，分子量范围在15万-40万，且为热塑性树脂具有一定的柔韧性，并对涤纶面料、PET膜、PI膜等具有强附着力。

所述助剂为基材润湿剂、消泡剂、流平剂、增稠剂中的至少一种。其中，所述脱泡剂用量为0.1％-0.3％，流平剂用量为0.2％-0.5％，基材润湿剂用量为0.3％-0.6％，增稠剂用量为0.5％-2％。

所述导电油墨的pH值为8～10，粘度为3000～50000mPa·S，细度小于6μm。

本发明还提供了一种水性石墨烯导电油墨的制备方法，包括：