一种炭黑基电热碳浆的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种炭黑基电热碳浆的制备方法，属于功能材料技术领域。本发明专利技术按重量份数计，依次取20～30份纳米金属粉，2～3份电气石粉，40～50份淀粉，3～5份甘油，30～40份水，将纳米金属粉，淀粉和甘油混合球磨，接着加入水继续球磨，干燥，粉碎，过100目的筛，炭化，得改性填料；按重量份数计，将60～80份水性聚氨酯乳液，20～30份炭黑，8～10份改性填料，5～8份改性氧化石墨烯匀浆，5～8份水性聚异氰酸酯固化剂，30～50份去离子水，5～8份乳化剂搅拌混合，即得炭黑基电热碳浆。本发明专利技术技术方案制备的炭黑基电热碳浆具有优异的导电性能和力学性能的特点，在功能材料技术行业的发展中具有广阔的前景。

【技术实现步骤摘要】
一种炭黑基电热碳浆的制备方法
本专利技术公开了一种炭黑基电热碳浆的制备方法，属于功能材料

技术介绍
电热碳浆是导电材料中的一种，主要成分有导电填料、连结料、溶剂和助剂，可通过涂覆或者喷涂的工艺制作电热元件。是以非金属导体碳系微粒均匀地分布于热塑性或者热固性树脂中形成的粘稠浆状物，具有成本低廉，性价比高，性能稳定等优点，是电子元器件封装、电极和互联的关键材料，广泛应用于薄膜开关、医疗电子、通讯设备等诸多行业。碳浆经丝网印刷、加热固化后制得的图形膜层具有良好的导电性，且固化膜层不易氧化，性能稳定，耐酸、碱和溶剂腐蚀，可以起到保护和导电的作用。导电碳浆可适用于PET、铜箔及线路板等材质，根据应用领域以及对固化膜层电阻的要求具有不同型号，一般都要求导电碳浆与对应基材具有强附着力和抗剥离特性。粘结剂是导电浆料的成膜物质。在导电浆料中，导电微粒分散在粘结剂中形成具有一定粘度和流变特性的适合丝网印刷的悬浮体。浆料丝印后的固化过程中，由于溶剂的挥发，粘结剂使导电粒子之间、粒子与基材之间形成稳定的结合。常用的粘结剂包括各种合成树脂，分为热固性和热塑性两大类，主要包括环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂等。由于热塑性树脂分子间相对作用力较小，分子链与分子链之间的移动阻力较小，受热后软化，冷却后恢复常态，表现出可挠性的特性。粘结剂树脂通常为绝缘体，由于粘结剂自身不导电，如果固化温度没有达到一定程度，导电微粒就不易形成紧密的连接。若在同一种导电填料中添加不同的粘结剂，经固化成膜后，各膜层具有不一样的导电性，这跟树脂的凝聚性相关。各种粘结剂的凝聚性、粘度和附着力等性能都不同，因此需统筹兼顾导电浆料所作用的基材、固化条件、成膜物的理化特性等，选择不同的粘结剂树脂，并考虑树脂分子结构、极性、分子量、玻璃化温度等因素对浆料使用性能的影响。而传统炭黑基电热碳浆还存在导电性能和力学性能无法进一步提高的问题。因此，如何改善传统炭黑基电热碳浆的缺点，以获取更高综合性能的提升，是其推广与应用于更广阔的领域，满足工业生产需求亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是：针对传统炭黑基电热碳浆导电性能和力学性能无法进一步提高的问题，提供了一种炭黑基电热碳浆的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种炭黑基电热碳浆的制备方法，具体制备步骤如下：（1）按重量份数计，依次取20～30份纳米金属粉，2～3份电气石粉，40～50份淀粉，3～5份甘油，30～40份水，将纳米金属粉，淀粉和甘油混合球磨，接着加入水继续球磨，干燥，粉碎，过100目的筛，炭化，得改性填料；（2）按重量份数计，将60～80份水性聚氨酯乳液，20～30份炭黑，8～10份改性填料，5～8份改性氧化石墨烯匀浆，5～8份水性聚异氰酸酯固化剂，30～50份去离子水，5～8份乳化剂搅拌混合，即得炭黑基电热碳浆。步骤（1）所述纳米金属粉为纳米铜粉，纳米铁粉或纳米锌粉中的任意一种。步骤（1）所述淀粉为糯米淀粉，玉米淀粉，红薯淀粉，马铃薯淀粉或小麦淀粉中的任意一种。步骤（2）所述水性聚氨酯乳液固含量为50～60%。步骤（2）所述改性氧化石墨烯匀浆的制备过程为：将氧化石墨烯与水按质量比1：10～1：20搅拌混合，接着滴加氨水调节pH至8.6～8.9，混合超声，得混合浆料，将（N-脒基）十二烷基丙烯酰胺与甲氧基聚乙二醇按质量比1：1～2：1混合，并加入甲氧基聚乙二醇质量0.1～0.2倍的对二氯苯和甲氧基聚乙二醇质量0.07～0.10倍的二茂铁，搅拌混合，接着加入甲氧基聚乙二醇质量1～2倍的混合浆料和甲氧基聚乙二醇质量0.01～0.02倍的甲苯二异氰酸酯，搅拌混合，即得改性氧化石墨烯匀浆。步骤（2）所述水性聚异氰酸酯固化剂为水可分散聚异氰酸酯固化剂JX-516，水可分散聚异氰酸酯固化剂JX-518或水可分散聚异氰酸酯固化剂JX-519中的任意步骤（2）所述乳化剂为十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠，十二烷基硫酸铵，十二烷基硫酸铵，椰子酰甲基牛磺酸钠，月桂醇聚氧乙烯醚羧酸钠或十二烷基磷酸酯中的任意一种。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过添加改性氧化石墨烯匀浆，首先，在制备过程中，将氧化石墨烯与水混合，接着通过添加氨水调节pH，氨水可使得氧化石墨烯片层结构边沿的羧基离子化，使得氧化石墨烯带负电荷，由于同种电荷间相互排斥，使得氧化石墨烯能够在体系中良好的分散，其次，（N-脒基）十二烷基丙烯酰胺与甲氧基聚乙二醇在对二氯苯和二茂铁的催化作用下反应，生成分子结构为具有双亲性能的嵌段共聚物，该嵌段共聚物可自组装形成囊泡结构，接着加入甲苯二异氰酸酯，甲苯二异氰酸酯可与水反应，生成二氧化碳和胺类物质，二氧化碳的产生可与该嵌段共聚物中的脒基团反应，而使脒基团带上正电荷，能够吸附体系中带负电荷的氧化石墨烯，使得氧化石墨烯能够良好的分散，同时，由于同种电荷相互排斥使囊泡结构内部体积增大，有利于氧化石墨烯的进一步分散，在使用过程中，膨胀的囊泡受热使得体系中的二氧化碳释放出来，使得囊泡结构失去原有带的正电荷，同时，吸附在囊泡结构表面的由于失去的电荷的束缚，并在二氧化碳的作用下，可实现进一步的分散，有效避免了氧化石墨烯的团聚，使得氧化石墨烯能够在体系中形成较多的电流通路，使得体系的导电性能得到提升，再次，由于氧化石墨烯的良好分散，使得体系中的炭黑不易团聚，使得水性聚氨酯能够充分包裹炭黑，从而使得体系的力学性能得到提升。具体实施方式将氧化石墨烯与水按质量比1：10～1：20置于单口烧瓶，于转速为400～600r/min条件下，搅拌混合30～50min，接着向单口烧瓶中滴加质量分数为20～30%的氨水调节pH至8.6～8.9，并将单口烧瓶置于超声分散仪中，于超声频率为55～75kHz条件下，混合超声40～60min，得混合浆料，将（N-脒基）十二烷基丙烯酰胺与甲氧基聚乙二醇按质量比1：1～2：1置于三口烧瓶中，并向三口烧瓶中加入甲氧基聚乙二醇质量0.1～0.2倍的对二氯苯和甲氧基聚乙二醇质量0.07～0.10倍的二茂铁，于转速为300～500r/min条件下，搅拌混合30～50min，接着向三口烧瓶中加入甲氧基聚乙二醇质量1～2倍的混合浆料和甲氧基聚乙二醇质量0.01～0.02倍的甲苯二异氰酸酯，于转速为400～600r/min条件下，搅拌混合60～80r/min条件下，即得改性氧化石墨烯匀浆；按重量份数计，依次取20～30份纳米金属粉，2～3份电气石粉，40～50份淀粉，3～5份甘油，30～40份水，将纳米金属粉，淀粉和甘油置于球磨机中混合球磨40～60min，接着向球磨机中加入水继续球磨，得球磨料，接着将球磨料置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得干燥球磨料，接着将干燥球磨料置于粉碎机中粉碎，过100目的筛，得粉碎料，接着将粉碎料置于炭化炉中，并以60～90mL/min速率向炉内充入氮气，于温度为750～850℃条件下，炭化2～3h后，，得改性填料；按重量份数计，将60～80份水性聚氨酯乳液，20～30份炭黑，8～10份改性填料，5～8份改性氧化石墨烯匀浆，5～8份水性聚异氰酸酯固化剂，30～50份去离子水，5～8份乳化剂置于混料机中，于转速为400～600r/min条件下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种炭黑基电热碳浆的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下：（1）按重量份数计，依次取20～30份纳米金属粉，2～3份电气石粉，40～50份淀粉，3～5份甘油，30～40份水，将纳米金属粉，淀粉和甘油混合球磨，接着加入水继续球磨，干燥，粉碎，过100目的筛，炭化，得改性填料；（2）按重量份数计，将60～80份水性聚氨酯乳液，20～30份炭黑，8～10份改性填料，5～8份改性氧化石墨烯匀浆，5～8份水性聚异氰酸酯固化剂，30～50份去离子水，5～8份乳化剂搅拌混合，即得炭黑基电热碳浆。

【技术特征摘要】
1.一种炭黑基电热碳浆的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下：（1）按重量份数计，依次取20～30份纳米金属粉，2～3份电气石粉，40～50份淀粉，3～5份甘油，30～40份水，将纳米金属粉，淀粉和甘油混合球磨，接着加入水继续球磨，干燥，粉碎，过100目的筛，炭化，得改性填料；（2）按重量份数计，将60～80份水性聚氨酯乳液，20～30份炭黑，8～10份改性填料，5～8份改性氧化石墨烯匀浆，5～8份水性聚异氰酸酯固化剂，30～50份去离子水，5～8份乳化剂搅拌混合，即得炭黑基电热碳浆。2.根据权利要求1所述一种炭黑基电热碳浆的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述纳米金属粉为纳米铜粉，纳米铁粉或纳米锌粉中的任意一种。3.根据权利要求1所述一种炭黑基电热碳浆的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述淀粉为糯米淀粉，玉米淀粉，红薯淀粉，马铃薯淀粉或小麦淀粉中的任意一种。4.根据权利要求1所述一种炭黑基电热碳浆的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述水性聚氨酯乳液固含量为50～60%。5.根据权利要求1所述一种炭黑基电热碳浆的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡果青，仲华，吴加仁，
申请(专利权)人：胡果青，
类型：发明
国别省市：江苏,32