[發明專利]一種一步法制備石墨烯基水性導電油墨及其制備方法

在審

• 申請號: 201810511575.8
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108530996A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 鄭楚英;王海;高書亞;李萌;李艷花;王俊梅
• 申請（專利權）人: 北京航科航天科技有限公司
• 主分類號: C09D11/52
• 分類號: C09D11/52;C09D11/033;C09D11/03;C09D11/102
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本發明涉及一種一步法制備石墨烯基水性導電油墨及其制備方法，即：將1~8份膨脹石墨、10~30份導電填料、10~50份水溶性樹脂、20~80份溶劑及1~10份助劑一起加入到高壓均質機中進行高壓剪切并研磨至漿料粒度小于80μm，即可得到具有導電性優異與穩定性良好的石墨烯基導電油墨。該方法在剪切研磨的過程中，對膨脹石墨的剝離與導電粒子在石墨片層之間進行插層同時完成，從而建立了完整良好的導電網絡。該方法操作簡單，耗時短，避免了石墨烯片層之間的堆疊且無須研磨介質，后續處理簡單，適于生產。所制備的石墨烯基水性導電油墨分散好，穩定性高。

技術領域

本發明屬于電子材料技術領域，特別是涉及一種一步法制備石墨烯基水性導電油墨及其制備方法。

背景技術

導電油墨是一種由導電填料、連接料、溶劑以及助劑組成的，具有一定程度導電性質的糊狀油墨，俗稱糊劑油墨。其中，導電填料是決定導電油墨導電性能的最主要成分。石墨烯作為新一代的、由碳原子構成的單層片狀結構二維碳材料，具有許多獨特的物理化學性質，理論比表面積可達2600m²/g，導電率高達1250~7000s/m；此外，石墨烯還具有優異的透光性能和良好的機械性能以及熱力學穩定性，是一種良好的導電油墨填料。

然而，由于片層間較強的范德華力使得石墨烯極易堆疊，比表面積大幅減小，整體導電性和穩定性降低。對石墨烯進行改性，提高石墨烯在水系溶液及水性樹脂中的分散性和穩定性成為了近年來的研究熱點。目前使用較多的改性石墨烯漿料多為氮摻雜石墨烯、磷摻雜石墨烯、硼摻雜石墨烯以及聚苯胺/聚吡咯改性石墨烯，上述改性石墨烯在一定程度上增強了石墨烯在水溶液中的分散性，但制備工藝復雜且長期存放會出現不可逆團聚及沉降分層現象，與其它材料復合混料不均勻且不能長期存放。

專利CN107298901A發明了一種碳系導電油墨，用膨脹石墨為原料，干法球磨0.1~10h得到石墨烯前驅體，然后與其他導電填料、預混合的粘結劑混合液以及助劑混合繼續球磨0.5~50h，制備得到導電油墨。該發明簡化了石墨烯的分散和剝離工藝，在制備導電油墨的過程中同時剝離得到了石墨微片或石墨烯，但該制備方法工藝復雜，耗時較長且需要借助研磨介質，整體生產成本較高，不適于大量產出。

發明內容

本發明針對上述問題，提供了一種一步法制備石墨烯基水性導電油墨的制備方法，本發明的技術方案如下：

a)按質量組分比稱取各原料，其中溶劑在避光條件下稱取；

b)在避光條件下，將溶劑、膨脹石墨、水溶性樹脂、導電填料以及助劑一起加入到高壓均質機中進行高壓剪切研磨。將高壓均質機使用最大壓力為207Mpa，即可得水性石墨烯改性導電油墨。

其中，步驟a) 原料質量組分為：膨脹石墨1~8份、導電填料10~30份、水溶性樹脂10~50份、溶劑20~80份及助劑1~10份。

所述導電填料中的導電粒子包括超導炭黑、乙炔黑、碳纖維、碳納米管、透明膠質鈣和氣/液相二氧化硅中的一種或多種。

進一步地，所述炭黑優選粒徑為0.01~100μm，導電粒子為球形導電粒子、棒狀導電粒子以及支鏈型導電粒子的一種或多種。

所述水溶性樹脂為水性聚氨酯樹脂、丙烯酸類樹脂水溶液以及纖維素類樹脂中的一種或多種。

所述溶劑為飽和鹵素或類鹵素溶液。優選溶液為飽和鹵素溶液，如飽和溴溶液、飽和碘溶液。

所述助劑為消泡劑、流平劑、增稠劑、粘結力促進劑以及附著力促進劑中的一種或多種；所述消泡劑為有機硅消泡劑或聚醚型消泡劑；所述流平劑為聚醚改性有機硅流平劑或丙烯酸流平劑；所述增稠劑為纖維素類增稠劑或無機增稠劑；所述粘結力促進劑為硅烷偶聯劑或低分子量聚酯樹脂；所述附著力促進劑為含氨基硅烷或含環氧基硅烷附著力促進劑。