石墨烯碳颗粒共分散体及其制造方法技术

使用聚合物型分散剂产生不同类型的石墨烯碳颗粒的共分散体。该石墨烯碳颗粒的一部分可以热产生。该聚合物型分散剂可包括与羧酸反应的锚固嵌段，该锚固嵌段包括(甲基)丙烯酸缩水甘油基酯、(甲基)丙烯酸3,4‑环氧基环己基甲基酯、(甲基)丙烯酸2‑(3,4‑环氧基环己基)乙基酯、烯丙基缩水甘油基醚及其混合物，该羧酸包括3‑羟基‑2‑萘甲酸、对‑硝基苯甲酸、己酸、2‑乙基己酸、癸酸和/或十一烷酸。该聚合物型分散剂也可包括包含至少一种(甲基)丙烯酸烷基酯的至少一个尾部嵌段。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】石墨烯碳颗粒共分散体及其制造方法相关申请的交叉引用本申请是2013年12月9日提交的美国专利申请系列号14/100,064的部分继续,并且是2014年3月28日提交美国专利申请系列号14/348,280的部分继续,其在此通过引用并入。专利
本专利技术涉及石墨烯碳颗粒共分散体和制造这样的共分散体的方法。专利技术背景石墨烯碳颗粒具有许多潜在用途，例如在墨水和涂层中。然而，已发现石墨烯碳颗粒难以分散于各种介质中，例如有机溶剂和水。已使用乙基纤维素作为分散助剂试图改良石墨烯碳颗粒的分散体。然而，需要石墨烯碳颗粒的经改良分散体以改良墨水和涂层和含有这样的颗粒的其他材料的性质。例如，电导率性质可利用各种类型的墨水和涂层中的石墨烯碳颗粒的经改良分散体进行改良，例如透明涂层、有色涂层、底漆涂层、静电耗散涂层和印刷电子器件、电池、电容器、电迹线(electrictrace)、天线、电加热涂层等。
技术实现思路
本专利技术的方面提供了共分散体，其包含：溶剂；至少一种聚合物型分散剂；和共分散于该溶剂和该至少一种聚合物型分散剂中的至少两种类型的石墨烯碳颗粒。本专利技术的另一方面提供了由共分散体产生的导电涂层，该共分散体包含：溶剂；至少一种聚合物型分散剂；和共分散于该溶剂和该至少一种聚合物型分散剂中的至少两种类型的石墨烯碳颗粒。本专利技术的再一方面提供了方法，其包括在至少一种聚合物型分散剂的存在下将至少两种类型的石墨烯碳颗粒共分散于溶剂中，以由此产生至少两种类型的石墨烯碳颗粒在溶剂和至少一种聚合物型分散剂中的共分散体。附图说明图1是图解说明根据本专利技术的实施方式的含有石墨烯碳颗粒的涂层的电导率性质的图表。具体实施方式根据本专利技术的实施方式，石墨烯碳颗粒通过使用聚合物型分散剂共分散于墨水和涂层和其他材料中以提供期望的性质，例如增加的电导率。尽管本文主要描述其中石墨烯碳颗粒共分散于墨水和涂层内的实施方式，但应理解，具有这样的共分散体的其他类型材料也在本专利技术范围内，例如电池、电容器、电迹线等。如本文所用，术语“共分散”意指不同类型的石墨烯碳颗粒一起分散于含有聚合物型分散剂的介质(例如溶剂)中，以形成石墨烯碳颗粒遍及介质而无颗粒的大量聚结的基本上均匀的分散体。如本文所用，术语“混合物”意指不同类型的石墨烯碳颗粒分别分散于介质中，随后将分别的分散体混合在一起。聚结的存在可通过标准方法(例如TEM显微图像的目视分析)来测定。聚结也可通过标准粒径测量技术、以及含有该石墨烯碳颗粒的材料的电导率的测量或光学特征的测量(例如色彩、雾度、黑度(jetness)、反射率和透射性质)来检测。一起分散的不同类型的石墨烯颗粒可包含具有不同粒径分布、厚度、纵横比、结构形态、边缘官能团(functionality)和/或氧含量的颗粒。在某些实施方式中，石墨烯碳颗粒是通过不同工艺(例如热生产方法、剥离方法等)制得，如下文更全面描述。如本文所用，术语“导电的”当是指含有石墨烯碳颗粒的墨水或涂层时，意指墨水或涂层具有至少0.001S/m的电导率。例如，涂层可具有至少0.01S/m或至少10S/m的电导率。通常，电导率可为100S/m至100,000S/m或更高。在某些实施方式中，电导率可为至少1,000S/m或至少10,000S/m。例如，电导率可为至少20,000S/m、或至少30,000S/m或至少40,000S/m。根据某些实施方式，墨水或涂层在不添加石墨烯碳颗粒的情形中并不展现出显著的电导率。例如，固化或干燥的聚合物型树脂可具有不可测量的电导率，而包括石墨烯碳颗粒的本专利技术的固化或干燥的聚合物型树脂可展现出电导率，如上所提及。在某些实施方式中，基于材料的总固体计，石墨烯碳颗粒可以0.1重量％至95重量％的量共分散于基质材料(例如成膜树脂)内。例如，石墨烯碳颗粒可占该材料的1重量％至90重量％、或5重量％至85重量％。在某些实施方式中，材料中所含石墨烯碳颗粒的量可相对较大，例如40重量％或50重量％直至90重量％或95重量％。例如，石墨烯碳颗粒可占60重量％至85重量％、或70重量％至80重量％。在某些实施方式中，墨水或涂层的电导率性质可随着石墨烯碳颗粒的相对较少量添加(例如小于50重量％、或小于30重量％)而显著增加。在某些实施方式中，涂层或其他材料在石墨烯碳颗粒的相对较低负载下可具有足够高的电导率。例如，上述电导率可在小于20重量％或15重量％的石墨烯碳颗粒负载下实现。在某些实施方式中，颗粒负载可小于10重量％或8重量％、或小于6重量％或5重量％。例如，对于包含自身不导电的成膜聚合物或树脂的涂层而言，3重量％至5重量％石墨烯碳颗粒的分散体可提供至少0.1S/m、例如或至少10S/m的电导率。该组合物可包含本领域中已知的任意各种热塑性和/或热固性组合物中。例如，涂料组合物可包含选自以下的成膜树脂：环氧树脂、丙烯酸类聚合物、聚酯聚合物、聚氨酯聚合物、聚酰胺聚合物、聚醚聚合物、双酚A基环氧聚合物、聚硅氧烷聚合物、苯乙烯、乙烯、丁烯、其共聚物及其混合物。一般而言，这些聚合物可为通过本领域技术人员已知的任意方法制得的这些类型的任意聚合物。这样的聚合物可为溶剂型、水溶性或水可分散、可乳化，或具有有限的水溶性。此外，聚合物可以溶胶凝胶体系提供，可以核-壳聚合物体系提供，或可以粉末形式提供。在某些实施方式中，聚合物是在包含水和/或有机溶剂的连续相中的分散体，例如乳液聚合物或非水性分散体。除树脂和石墨烯碳颗粒组分以外，根据本专利技术某些实施方式的涂料或其他材料可包括常规地添加至涂层或墨水组合物的额外组分，例如交联剂、颜料、调色剂(tint)、流动助剂、消泡剂、分散剂、溶剂、UV吸收剂、催化剂和表面活性剂。热固性或可固化涂料组合物通常包含具有与自身或交联剂有反应性的官能团的成膜聚合物或树脂。成膜树脂上的官能团可选自任意各种反应性官能团，包括例如羧酸基团、胺基团、环氧基团、羟基、硫醇基团、氨基甲酸酯基团、酰胺基团、脲基团、异氰酸酯基团(包括封闭的异氰酸酯基团和三-烷基氨基甲酰基三嗪)、硫醇基团、苯乙烯基团、酸酐基团、乙酰乙酸酯丙烯酸酯、脲二酮及其组合。热固性涂料组合物通常包含交联剂，其可选自例如氨基塑料、多异氰酸酯(包括封闭的异氰酸酯)、多环氧化物、β-羟基烷基酰胺、多元酸、酸酐、有机金属酸官能材料、多胺、聚酰胺及任意上述的混合物。适宜的多异氰酸酯包括多官能异氰酸酯。多官能多异氰酸酯的实例包括脂肪族二异氰酸酯(如六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯)、和芳香族二异氰酸酯(例如甲苯二异氰酸酯和4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯)。多异氰酸酯可以封闭的或未封闭的。其他适宜的多异氰酸酯的实例包括异氰尿酸酯三聚体、脲基甲酸酯和二异氰酸酯的脲二酮。市售的多异氰酸酯的实例包括Bayer公司出售的DESMODURN3390和Rhodia公司出售的TOLONATEHDT90。适宜的氨基塑料包括胺和/或酰胺与醛的缩合物。例如，三聚氰胺与甲醛的缩合物是适宜的氨基塑料。适宜的氨基塑料在本领域中是熟知的。适宜的氨基塑料公开于例如美国专利号6,316，119第5栏第45-55行中，其以引用的方式并入本文中。在某些实施方式中，树脂可自交联。自交联意指树脂含有能够与自身反应的官能团(例如烷氧基硅烷基团)或反应产物含有共反应性的官本文档来自技高网...

【技术保护点】
共分散体，其包含：溶剂；至少一种聚合物型分散剂；和共分散于该溶剂和该聚合物型分散剂中的至少两种类型的石墨烯碳颗粒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.22 US 14/337,4271.共分散体，其包含：溶剂；至少一种聚合物型分散剂；和共分散于该溶剂和该聚合物型分散剂中的至少两种类型的石墨烯碳颗粒。2.权利要求1的共分散体，其中一种类型的石墨烯碳颗粒包括热产生的石墨烯碳颗粒。3.权利要求2的共分散体，其中该热产生的石墨烯碳颗粒占该石墨烯碳颗粒总量的4重量％至40重量％。4.权利要求2的共分散体，其中该热产生的石墨烯碳颗粒占该石墨烯碳颗粒总量的10重量％至30重量％。5.权利要求1的共分散体，其中石墨烯碳颗粒与该聚合物型分散剂的重量比为1:10至10:1。6.权利要求1的共分散体，其中该至少一种聚合物型分散剂包含：a)与羧酸反应的锚固嵌段，该锚固嵌段包括(甲基)丙烯酸缩水甘油基酯、(甲基)丙烯酸3,4-环氧基环己基甲基酯、(甲基)丙烯酸2-(3,4-环氧基环己基)乙基酯、烯丙基缩水甘油基醚或其混合物，该羧酸包括3-羟基-2-萘甲酸、对-硝基苯甲酸、己酸、2-乙基己酸、癸酸和/或十一烷酸；和b)包含至少一种(甲基)丙烯酸烷基酯的至少一个尾部嵌段。7.权利要求6的共分散体，其中该锚固嵌段包含(甲基)丙烯酸缩水甘油基酯。8.权利要求7的共分散体，其中该至少一个尾部嵌段包含至少两种(甲基)丙烯酸烷基酯。9.权利要求7的共分散体，其中该至少一个尾部嵌段包含甲氧基聚(丙二醇)单(甲基)丙烯酸酯。10.权利要求1的共分散体，其进一步包含至少一种成膜树脂。11.权利要求10的共分散体，其中该至少一种成膜树脂包括环氧树脂、丙烯酸类聚合物、聚酯聚合物、聚氨酯聚合物、聚酰胺聚合物、聚醚聚合物、双酚A基环氧聚合物、聚硅氧烷聚合物、苯乙烯、乙烯、丁烯、其共聚物或其组合。12.权利要求10的共分散体，其中由该共...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·L·戴克，C·B·内蒂格，N·R·瓦尼尔，洪正宏，
申请(专利权)人：PPG工业俄亥俄公司，
类型：发明
国别省市：美国,US