一种石墨烯水性组合物、其制备方法及石墨烯水性导电油墨技术

本发明专利技术提供一种石墨烯水性组合物、其制备方法及石墨烯水性导电油墨，属于石墨烯材料技术领域。石墨烯水性组合物包括水、分散剂A、分散剂B、石墨烯和碳素材料，石墨烯水性组合物的粒径分布中的D100为30－300μm，石墨烯水性组合物的细度不高于15μm。石墨烯水性组合物包括水、分散剂A、分散剂B、石墨烯和碳素材料，石墨烯与碳素材料形成松散嵌层构造。石墨烯水性导电油墨，包括石墨烯水性组合物，以及水性树脂乳液、水性油墨助剂和助溶剂中的一种或多种。此石墨烯水性组合物使用上述制备方法得到，石墨烯水性组合物的分散效果更好，制成水性导电油墨以后，得到的导电涂层的电阻率更低。

A graphene water-borne composition, its preparation method and graphene water-borne conductive ink

The invention provides a graphene water-based composition, a preparation method thereof and a graphene water-based conductive ink, belonging to the technical field of graphene materials. The graphene water-based compositions include water, dispersant A, dispersant B, graphene and carbon materials. The D100 in the particle size distribution of the graphene water-based compositions is 30-300 microns, and the fineness of the graphene water-based compositions is not higher than 15 microns. Graphene water-based compositions include water, dispersant A, dispersant B, graphene and carbon materials. Graphene and carbon materials form a loose layer structure. Graphene waterborne conductive inks include graphene aqueous compositions, and one or more of waterborne resin emulsions, water-based ink auxiliaries and cosolvent. The graphene water-based composition is prepared by using the above preparation method, and the dispersion effect of the graphene water-based composition is better, and the resistivity of the conductive coating obtained after the water-based conductive ink is made is lower.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯水性组合物、其制备方法及石墨烯水性导电油墨
本专利技术涉及石墨烯材料
，具体而言，涉及一种石墨烯水性组合物、其制备方法及石墨烯水性导电油墨。
技术介绍
石墨烯是碳原子以蜂窝状六边形重复排列所形成的一种新型碳材料。其具有完美的二维结构，具有良好的电学、力学、热学及光学特性。但是石墨烯本身为纳米材料，具有非常高的比表面积和完整的二维薄片结构，因此在非常少量添加的情况下会具有相当高的粘度。一般情况下在5％的添加量时会基本失去流动性。现有技术中，通常通过水和有机溶剂混合以提高石墨烯材料的分散，但在生产中会放出大量有机溶剂蒸汽；或是通过在石墨烯表面进行大量接枝改性以提高其分散性和流动性，但是这本身会增加其最终所得涂层的电阻率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石墨烯水性组合物、其制备方法及石墨烯水性导电油墨，其分散性好，流动性强，电阻率低。第一方面，本专利技术实施例提供一种石墨烯水性组合物，包括水、分散剂A、分散剂B、石墨烯和碳素材料，石墨烯水性组合物的粒径分布中的D100为30－300μm，石墨烯水性组合物的细度不高于15μm。限制石墨烯水性组合物的粒径和细度，主要是限制石墨烯水性组合物中石墨烯和碳素材料的粒径和细度，此范围内的粒径和细度可以使石墨烯和碳素材料在水和分散剂中的分散性更佳，且由于石墨烯和碳素材料的性质不同，分别使其分散在分散剂A和分散剂B中，进一步提高分散效果，流动性更好，且制成导电涂层以后，具有很好的导电性。结合第一方面，在另一实施例中，石墨烯水性组合物的粒径分布中的D100为30－100μm，可选的，石墨烯水性组合物的粒径分布中的D100为40－60μm；可选的，石墨烯水性组合物的细度不高于10μm，可选的，石墨烯水性组合物的细度不高于5μm。结合第一方面，在另一实施例中，石墨烯水性组合物的粒径分布中的D100的数值为细度数值的2倍及以上；可选的，石墨烯水性组合物的粒径分布中的D100的数值为细度数值的5倍及以上；可选的，石墨烯水性组合物的粒径分布中的D100的数值为细度数值的20倍及以上。结合第一方面，在另一实施例中，分散剂A包括具有两亲性的小分子化合物，分散剂B包括水溶性聚合物；可选的，具有两亲性的小分子化合物的亲油部分包括烷烃、烯烃、炔烃、芳香环、稠环中的一种或多种；可选的，具有两亲性的小分子化合物的亲水部分包括碳酸盐、硝酸盐、磺酸盐、硫酸盐、磷酸盐、铵盐、卤素、羟基、羧基和胺基中的一种或多种；可选的，分散剂B包括聚乙烯醇、聚乙烯胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚氨酯、水性环氧聚合物和水溶性纤维素中的一种或多种。使用具有两亲性的小分子化合物分散剂A分散石墨烯，水溶性聚合物分散剂B分散碳素材料，使石墨烯和碳素材料的分散效果更好，得到的石墨烯水性组合物的流动性更佳。结合第一方面，在另一实施例中，石墨烯占石墨烯水性组合物的质量百分数为1％－20％；可选的，石墨烯占石墨烯水性组合物的质量百分数为5％－10％。可选的，石墨烯为片状结构，片状结构的横向片径为2－100μm；可选的，片状结构的横向片径为10－100μm；可选的，片状结构的横向片径为15－50μm。使制成的导电涂层中石墨烯之间搭接点不会过多，电导率较大，且不会发生凝聚。可选的，石墨烯、碳素材料和分散剂的质量比依次为(1－3)：(1－3)：(0.1－1)，其中，分散剂包括分散剂A和分散剂B。使其流动性好，不会发生团聚，具有良好的浸润性，使得到的油墨的均匀性更佳，得到的导电涂层的导电性能好。结合第一方面，在另一实施例中，碳素材料包括炭黑、碳纳米管、石墨、富勒烯和碳纤维中的一种或多种；可选的，碳素材料包括炭黑、碳纳米管和石墨中的一种或多种。第二方面，本专利技术实施例提供一种石墨烯水性组合物，包括水、分散剂A、分散剂B、石墨烯和碳素材料，石墨烯与碳素材料形成松散嵌层构造；其中，石墨烯层与碳素材料层互相松散嵌设。由于石墨烯和碳素材料形成松散嵌层，能够在高含量的碳的同时具有较低的粘度，使石墨烯和碳素材料分别在水分散剂A水溶液和分散剂B水溶液中均匀分散，具有高碳含量的同时具有良好的流动性，使得到的导电涂层表面光滑，且导电性好。第三方面，本专利技术实施例提供一种石墨烯水性组合物的制备方法，包括如下步骤：使用水、分散剂A和石墨烯制备石墨烯水性分散液；将水、分散剂B和碳素材料进行混合，剪切分散得到碳素材料水性分散液；将石墨烯水性分散液与碳素材料水性分散液混合分散得到石墨烯水性组合物；其中，石墨烯水性组合物的粒径分布中的D100为30－300μm，石墨烯水性组合物的细度不高于15μm。将石墨烯和碳素材料分开分散，且根据两者的性质，石墨烯在水和分散剂A中分散，碳素材料在水和分散剂B中分散，分散更加均匀，且两种分散液分散以后，在将其混合的时候，石墨烯和碳素材料之间能够形成松散嵌层，石墨烯层的表面形成碳素材料层，碳素材料层的表面形成石墨烯层，使得到的石墨烯水性组合物具有较高的碳含量且具有较低的粘度，其流动性好，在制成导电涂层以后，其表面光滑，导电性好。第四方面，本专利技术提供一种石墨烯水性导电油墨，包括石墨烯水性组合物、水性树脂乳液，以及水性油墨助剂和助溶剂中的一种或两种。得到的石墨烯水性导电油墨用来制备导电涂层，表面光滑，不会发生团聚，导电性好。结合第四方面，在另一实施例中，在(25±1)℃石墨烯水性导电油墨的粘度为100－3000cp；可选的，在(25±1)℃石墨烯水性导电油墨的粘度为1000－2000cp。石墨烯水性导电油墨的粘度低，流动性好，不易发生团聚，得到的导电涂层的导电效果好。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本专利技术的保护范围。图1为本专利技术实施例4得到的导电涂层的扫描电镜图；图2为本专利技术实施例5得到的导电涂层的扫描电镜图；图3为本专利技术对比例3得到的导电涂层的扫描电镜图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的利用石墨烯水性组合物、其制备方法及石墨烯水性导电油墨进行具体说明。石墨烯水性组合物包括水、分散剂A、分散剂B、石墨烯和碳素材料，石墨烯水性组合物的粒径分布中的D100为30－300μm，石墨烯水性组合物的细度不高于15μm。石墨烯水性组合物的粒径分布中的D100为30－300μm，石墨烯水性组合物的细度不高于15μm，石墨烯和碳素材料的粒径分布中的D100为30－300μm，石墨烯水性组合物的细度不高于15μm，此范围内的粒径和细度可以使石墨烯和碳素材料在水和分散剂中的分散性更佳，流动性更好，且石墨烯和碳素材料之间形成松散嵌层结构。需要说明的是，粒径分布是使用激光散射原理进行测量计算得到的结果，对粒子本身不会有破坏，因此测得的是其形成松散嵌层构造的二次粒子的粒径，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯水性组合物，其特征在于，包括水、分散剂A、分散剂B、石墨烯和碳素材料，所述石墨烯水性组合物的粒径分布中的D100为30－300μm，所述石墨烯水性组合物的细度不高于15μm。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯水性组合物，其特征在于，包括水、分散剂A、分散剂B、石墨烯和碳素材料，所述石墨烯水性组合物的粒径分布中的D100为30－300μm，所述石墨烯水性组合物的细度不高于15μm。2.根据权利要求1所述的石墨烯水性组合物，其特征在于，所述石墨烯水性组合物的粒径分布中的D100为30－100μm，可选的，所述石墨烯水性组合物的粒径分布中的D100为40－60μm；可选的，所述石墨烯水性组合物的细度不高于10μm，可选的，石墨烯水性组合物的细度不高于5μm。3.根据权利要求2所述的石墨烯水性组合物，其特征在于，所述石墨烯水性组合物的粒径分布中的D100的数值为细度数值的2倍及以上；可选的，所述石墨烯水性组合物的粒径分布中的D100的数值为细度数值的5倍及以上；可选的，所述石墨烯水性组合物的粒径分布中的D100的数值为细度数值的20倍及以上。4.根据权利要求1所述的石墨烯水性组合物，其特征在于，所述分散剂A包括具有两亲性的小分子化合物，所述分散剂B包括水溶性聚合物；可选的，所述具有两亲性的小分子化合物的亲油部分包括烷烃、烯烃、炔烃、芳香环、稠环中的一种或多种；可选的，所述具有两亲性的小分子化合物的亲水部分包括碳酸盐、硝酸盐、磺酸盐、硫酸盐、磷酸盐、铵盐、卤素、羟基、羧基和胺基中的一种或多种；可选的，所述分散剂B包括聚乙烯醇、聚乙烯胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚氨酯、水性环氧聚合物和水溶性纤维素中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的石墨烯水性组合物，其特征在于，所述石墨烯占所述石墨烯水性组合物的质量百分数为1％－20％；可选的，所述石墨烯占所述石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴祯琪，刘兆平，
申请(专利权)人：宁波石墨烯创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33