石墨烯基导电珠光颜料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯基导电珠光颜料及其制备方法，所述石墨烯基导电珠光颜料包括珠光颜料、和包覆于珠光颜料表面石墨烯，所述石墨烯的厚度为0.3~100nm，所述复合材料中石墨烯的质量百分含量为0.01~5%。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯基导电珠光颜料及其制备方法
本专利技术涉及一种具有导电性及珠光效果的颜料及其制备方法，属于珠光颜料以及新功能材料

技术介绍
珠光颜料是指用折射率较高的二氧化钛等金属氧化物、或二氧化硅等类金属氧化物包覆于云母、铝片、玻璃片表面，使之呈现出珠光特色的一种功能性材料，广泛应用于涂料、化妆品、防伪油墨、印染等方面。近年来，随着珠光颜料使用范围的不断拓展，除了满足美观装饰的基本需求外，市场对适用于特定环境的导电、磁性、导热功能性珠光颜料的需求在不断增大(参照文献1-2)。其中，导电珠光颜料作为一种功能性颜料广泛应用于导电地坪、汽车保险杠、汽车零部件的塑料制品、电子塑胶产品、电子元器件等各种领域。在其制备方面，传统的导电珠光颜料是通过二氧化锡掺杂金属(铟和锑)和非金属元素(氟和磷)制得的，价格昂贵，工艺复杂，且在颜色和导电性两方面的协调难以兼顾。导电性越好的产品颜色越深，不能同时令人满意(参照文献3-5)。因此，开发颜色与导电性可调的新型导电珠光颜料，制备高导电浅色系珠光颜料，拓宽导电珠光颜料的适用范围，成为当前导电珠光颜料开发领域的热点。石墨烯是由单层碳原子排列而成的二维平面碳纳米材料，由于具有高载流子迁移率及极低的电阻率，是目前导电性能最好的材料之一。其理论比表面积达2630m2/g，本征迁移率高达200000cm2/Vs，杨氏模量可达～1.0TPa，热导率高达～5000W/mK，电导率达到106S/cm。此外，石墨烯在可见光波段高达～97.7％的优异光透过性，及无色差的优点，使得石墨烯在透明电极、储能器件等领域得到了广泛研究和应用(参照文献6-8)。因此，如何利用石墨烯优异的导电性和光学性能，制备颜色和导电性协调可控的新型导电珠光颜料，将其添加于涂料、塑料、橡胶、粘合剂、油墨、水泥、纤维、陶瓷中，应用于石油、化工、建材、电子、机电、通讯、汽车、医药、造纸、纺织、包装、印刷、船舶、陶瓷、航空航天、兵器等各个工业部门及人们日常生活的导电、防静电领域，满足市场需求，具有重要的应用价值。现有技术文献：文献1FrankJ.Maile,GerhardPfaff,PeterReynders,ProgressinOrganicCoatings54(2005)150–163.文献2GerhardPfaffandPeterReynders,Chem.Rev.99(1999)1963-1981.文献3JunruTan,LazhenShen,XiansongFu,WenxiangHou,XiuzengChen.DyesandPigments62(2004)107-114.文献4沈腊珍，谭俊茹，付贤松，侯文祥，陈秀增，硅酸盐通报，4(2004)36-39.文献5付贤松，谭俊茹，侯文祥，陈秀增，黄彩彩，颜填料，1(2003)29-31.文献6Geim,A.K.andNovoselov,K.S.NatureMaterials,6(2007)183-191.文献7CastroNeto,AH；Guinea,F.；Peres,N.M.R.；Novoselov,K.S.；Geim,A.K.,ReviewsofModernPhysics.81(2009)109-162.文献8Stankovich,S；Dikin,D.A.；Dommett,G.H.B.；Kohlhaas,K.M.；Zimney,E.J.；Stach,E.A.；Piner,R.D.；Nguyen,S.T.；Ruoff,R.S.,Nature,442(2006),282-286.。
技术实现思路
面对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种石墨烯基珠光颜料复合材料及其制备方法，从而在较低的掺杂量，较低颜色影响下赋予珠光颜料较高的导电性能。在此，一方面，本专利技术提供一种石墨烯基珠光颜料复合材料，所述复合材料包括包覆于珠光颜料表面的石墨烯，所述石墨烯的厚度为0.3～100nm，所述复合材料中石墨烯的质量百分含量为0.01～5％。本专利技术中，采用具有导电性好、透过率高、色差小和结构完整的石墨烯作为珠光颜料的导电层材料，从而以较低的掺杂量(0.01～5wt％)即可获得较高的导电性能的珠光颜料。本专利技术中，所述复合材料的电阻率小于105Ω·cm，优选为10～104Ω·cm。本专利技术中所述复合材料中珠光颜料包括绝缘基底层和金属氧化物层或类金属氧化物层，所述绝缘基底层可包括云母、铝片、玻璃片的一种或几种所述金属氧化物层包括二氧化钛、三氧化二铁、四氧化三铁、二氧化锡的至少一种，所述类金属氧化物层包括二氧化硅。较佳地，所述绝缘基底层的直径可为10-300μm，厚度可为50-500nm，所述氧化物层的直径可为10-300μm，厚度可为0.01～1μm。较佳地，所述石墨烯是利用石墨经化学剥离法制备的氧化石墨，再经过气相还原或者液相还原后得到。本专利技术中，通过采用化学剥离法制备的氧化石墨为包覆层材料，一方面有利于石墨烯在基体材料中的均匀分散和高效包覆，从而提高复合材料的导电性能；另一方面易于降低生产成本，从而实现复合材料的大规模生产。较佳地，所述珠光颜料是以片状结构、表面平整、高径厚比的云母、铝片、玻璃片为基底，利用金属盐水解技术包覆制备的具有特殊颜色效果的复合材料。本专利技术的石墨烯基珠光颜料复合材料具有颜色可调、高导电性能、高稳定性等突出优势，对导电珠光颜料的开发和应用以及导电界面材料的发展具有重要意义。另一方面，本专利技术还提供上述石墨烯基珠光颜料复合材料的制备方法，包括：(a)化学剥离法制备氧化石墨溶液；(b)配制珠光颜料分散液；(c)混合氧化石墨溶液和珠光颜料分散溶液，所得混合液于20～100℃加热搅拌1小时～1周以制备氧化石墨基珠光颜料；(d)利用气相法或者化学法还原氧化石墨基珠光颜料制得石墨烯基珠光颜料。较佳地，在步骤(a)中：所述氧化石墨溶液中氧化石墨烯的质量百分含量为0.1-20％，溶剂为水或有机溶剂，pH可为0～11，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、丁酮、苯、甲苯中的至少一种。在步骤(b)中：所述光颜料分散液中珠光颜料的质量百分含量为0.1-20％，溶剂为水或有机溶剂，pH可为0～11，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、丁酮、苯、甲苯中的至少一种。较佳地，在步骤(b)中，所述光颜料分散液含有0.1-5wt％的分散剂。所述分散剂可是阳离子型分散剂、阴离子型分散剂、非离子型分散剂中的一种或者是几种的组合。阳离子型分散剂可为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠；非离子型分散剂可为聚乙二醇辛基苯基醚、壬基酚聚氧乙烯醚乳化剂、阿拉伯胶、环氧乙烷加成物(吐温-20、吐温-40、吐温-60和吐温-80)、月桂醇聚氧乙烯醚、椰油酸二乙醇酰胺；阴离子型分散剂可为聚丙酸、聚(甲基)丙烯酸氨、聚(甲基)丙烯酸钠、脂肪酸皂、十二烷基硫酸钠；所述分散剂浓度为0.1～5wt％。在步骤(b)中，所述珠光颜料是以所述绝缘基底层为基底，利用金属盐水解技术包覆所述氧化物层制备得到的。较佳地，在步骤(c)中，所述混合液中所述氧化石墨和所述珠光颜料的质量比为1:(20～100)，pH为0.1～7。本专利技术中，在步骤(d)中，所述氧化石墨基珠光颜料利用气相还原法还原，气氛为氩气气氛，温度为300～800本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯基珠光颜料复合材料，其特征在于，所述复合材料包括珠光颜料、和包覆于珠光颜料表面石墨烯，所述石墨烯的厚度为0.3‑100nm，所述复合材料中石墨烯的质量百分含量为0.01‑5%。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯基珠光颜料复合材料，其特征在于，所述复合材料包括珠光颜料、和包覆于珠光颜料表面石墨烯，所述石墨烯的厚度为0.3-100nm，所述复合材料中石墨烯的质量百分含量为0.01-5%，所述复合材料中珠光颜料包括绝缘基底层和氧化物层，所述氧化物层为金属氧化物层或类金属氧化物层，所述绝缘基底层包括云母、铝片、玻璃片的至少一种，所述金属氧化物层包括二氧化钛、三氧化二铁、四氧化三铁、二氧化锡的至少一种，所述类金属氧化物层包括二氧化硅，所述石墨烯由化学剥离法制备的氧化石墨包覆于珠光颜料后经气相法还原制得，其中气氛为氩气气氛，温度为300～800℃，煅烧时间为0.5～10小时。2.根据权利要求1所述石墨烯基珠光颜料复合材料，其特征在于，所述复合材料的电阻率小于105Ω·cm。3.根据权利要求2所述石墨烯基珠光颜料复合材料，其特征在于，所述复合材料的电阻率为10～104Ω·cm。4.根据权利要求1所述的石墨烯基珠光颜料复合材料，其特征在于，所述绝缘基底层的直径为10-300μm，厚度为50-500nm，所述氧化物层的直径为10-300μm，厚度为0.01-1μm。5.一种权利要求1至4中任一项所述的石墨烯基珠光颜料复合材料的制备方法，其特征在于，包括：（a）化学剥离法制备氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：王焱，孙静，罗建强，刘苗苗，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31