一种石墨烯导电浆料及其制备方法技术

本申请涉及导电浆料领域，具体涉及一种石墨烯导电浆料。该石墨烯导电浆料包含以下组分：环氧官能化的石墨烯1‑10重量份、环氧树脂4‑15重量份、环氧改性的硅氧烷2‑6重量份、环氧活性稀释剂2‑6重量份和潜伏性固化剂0.1‑0.8重量份。进一步地，该石墨烯导电浆料还包含经硅烷偶联剂改性的导电炭黑5‑20重量份。本申请还提供了制备该石墨烯导电浆料的方法，包括石墨烯粉末的环氧官能化、硅氧烷的环氧改性和各组分的混合搅拌，还进一步地包括导电炭黑的改性。本申请的石墨烯导电浆料实现了石墨烯的良好分散性和导电浆料的良好粘结性，并且导电炭黑能降低石墨烯的用量，降低成本。

A Graphene Conductive Paste and Its Preparation Method

The application relates to the field of conductive slurry, in particular to a graphene conductive slurry. The graphene conductive paste contains the following components: epoxy functionalized graphene 1 10 weight parts, epoxy resin 4 15 weight parts, epoxy modified siloxane 2 6 weight parts, epoxy active diluent 2 6 weight parts and latent curing agent 0.1 0.8 weight parts. Furthermore, the graphene conductive paste contains 5 to 20 parts of conductive carbon black modified by silane coupling agent. The application also provides a method for preparing the graphene conductive paste, including epoxy functionalization of graphene powder, epoxy modification of siloxane, mixing and stirring of various components, and further modification of conductive carbon black. The graphene conductive slurry applied in this paper achieves good dispersion of graphene and good cohesiveness of conductive slurry, and conductive carbon black can reduce the amount of graphene and reduce the cost.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯导电浆料及其制备方法
本申请涉及导电浆料
，具体涉及一种石墨烯导电浆料及其制备方法。
技术介绍
近年来，导电浆料作为一种具有特定功能的基础电子材料，在印刷电路板(PCB)、印刷电路板组件(PCBA)、太阳能电池、RFID射频天线、触摸屏线路、柔性印刷电路(FPC)、电热膜等电子线路领域得到广泛应用。目前，导电浆料主要以金属粉末作为导电剂，尤其是银粉作为导电剂的导电浆料是目前最重要的导电浆料。为保证浆料的高导电性，就必须增加导电剂的填充量，但随着金属粉末的增加，浆料的粘接性能随之下降，脆性、密度逐渐增加。为解决这一问题，有研究者采用石墨烯负载金属颗粒作为导电剂来制备导电浆料。参见例如：CN103500812A，一种掺杂石墨烯制备高导电浆料的方法；CN103839605A，一种导电浆料及其制备方法和应用；CN104021842A，一种石墨烯复合铜厚膜导电浆料及其制备方法。石墨烯是一种由碳原子构成的平面薄膜，内部的碳原子之间的连接很柔韧。石墨烯在常温下其电子迁移率超过15000cm2/(V·s)，导热系数高达5300W/(m·K)，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。由于石墨烯具有以上特殊优点，在导电浆料中只需要少量添加石墨烯就能很大程度地改善浆料的导电性能。然而，石墨烯粉末在制备导电浆料过程中存在分散性问题，导致团聚的现象。本领域技术人员为解决分散性问题，对石墨烯进行氧化形成氧化石墨烯，并且采用大量表面活性剂和分散剂来帮助石墨烯粉末的均匀分散。但是，对于导电浆料而言，表面活性剂和分散剂本身不参与导电，这会影响电子器件在使用过程中的电学性能和稳定性。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种新的石墨烯导电浆料及其制备方法，以克服现有技术的分散性问题，得到电学性能优良、稳定性好、成本降低的石墨烯导电浆料。因此，在第一方面，本专利技术提供一种石墨烯导电浆料，该石墨烯导电浆料包含以下组分：环氧官能化的石墨烯1-10重量份、环氧树脂4-15重量份、环氧改性的硅氧烷2-6重量份、环氧活性稀释剂2-6重量份和潜伏性固化剂0.1-0.8重量份。优选地，该环氧树脂为具有π键结构的环氧树脂。更优选地，该环氧树脂为具有苯环结构的环氧树脂。还更优选地，该环氧树脂为双酚A型环氧树脂或者双酚F型环氧树脂，尤其是电子级双酚A型环氧树脂或者双酚F型环氧树脂。最优选地，该环氧树脂为双酚F型环氧树脂，因为双酚F型环氧树脂具有良好的高温稳定性，对金属、塑料、橡胶、陶瓷等多种材料具有良好的粘接性能。该环氧官能化的石墨烯是通过用该环氧树脂将石墨烯粉末进行表面官能化制得，其中该环氧树脂与该石墨烯粉末的重量比为1:4-3:1。优选地，用双酚F型环氧树脂将石墨烯粉末进行表面官能化。该环氧改性的硅氧烷是通过用该环氧树脂将硅氧烷进行改性制得，其中该环氧树脂与该硅氧烷的重量比为1:3-2:1，其中该硅氧烷是四甲基四氢环四硅氧烷、四甲基二氢二硅氧烷、四甲基二乙烯基二硅氧烷或四甲基四乙烯基环四硅氧烷中的至少一种。优选地，用双酚F型环氧树脂将硅氧烷粉末进行表面官能化。优选地，该石墨烯导电浆料还包含5-20重量份的经硅烷偶联剂改性的导电炭黑。该硅烷偶联剂改性的导电炭黑是通过用硅烷偶联剂将导电炭黑进行改性制得，其中该硅烷偶联剂占该导电炭黑的重量的0.8％-2.5％。优选地，该硅烷偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)。优选地，该石墨烯导电浆料还包含0.2-1重量份的抗拉丝剂和0.05-0.2份的抗氧化剂。该抗拉丝剂可以防止该石墨烯导电浆料在使用过程中出现拉丝现象，而该抗氧化剂有助于防止石墨烯导电浆料的氧化。该石墨烯导电浆料中所用的石墨烯为本领域公知的石墨烯粉末，优选高导电性的石墨烯粉末，在石墨烯粉末制备过程中采用N、B等元素掺杂石墨烯，石墨烯粉末的层数少于5层。这种石墨烯的市售供应商例如是深圳市烯旺新材料科技股份有限公司、常州第六元素股份有限公司、常州二维碳素科技股份有限公司等。该石墨烯导电浆料中所用的导电炭黑为本领域公知的导电炭黑，例如日本狮王公司(LION)的Ketjenblack(科琴黑)系列超导碳黑(KetjenblackEC-300J和EC-600JD)、美国卡博特公司(CABOT)的VXC系列导电碳黑、赢创德固赛(EvonikDegussa)公司生产的PRINTEXXE2-B、PRINTEXL6、HIBLAXK40B2等。该环氧活性稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚，1,6-环已二醇二缩水甘油醚、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、六氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、1,2-环己二醇二缩水甘油醚或间苯二酚二缩水甘油醚中的至少一种。该潜伏性固化剂为镧系三氟化硼乙酸络合物La(BF3·C4H7O4)n、Sm(BF3·C4H7O4)n、Dy(BF3·C4H7O4)n、Er(BF3·C4H7O4)n或Yb(BF3·C4H7O4)n中的至少一种，其中(BF3·C4H7O4)n表示三氟化硼乙酸根阴离子，n表示络合系数。该抗拉丝剂为纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米白炭黑中的至少一种。更优选地，该抗拉丝剂为A380白炭黑。该抗氧化剂为双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、4-[(4,6-二辛硫基-1,3,5-三嗪-2-基)氨基]-2,6-二叔丁基苯酚、二甲基琥珀酸酯-4-羟基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇中的至少一种。在第二方面，本专利技术提供一种制备石墨烯导电浆料的方法，该方法包括以下步骤：石墨烯粉末的环氧官能化：用环氧树脂将石墨烯粉末进行环氧官能化，其中该环氧树脂与该石墨烯粉末的重量比为1:4-3:1；硅氧烷的环氧改性：用环氧树脂将硅氧烷进行改性，其中该环氧树脂与该硅氧烷的重量比为1:3-2:1；混料：将经表面官能化的该石墨烯粉末1-10重量份、经环氧改性的该硅氧烷2-6重量份、该环氧树脂4-15重量份、环氧活性稀释剂2-6重量份和潜伏性固化剂0.1-0.8重量份进行低速分散搅拌、高速分散搅拌、真空脱泡，制得该石墨烯导电浆料。优选地，该环氧树脂为具有π键结构的环氧树脂。更优选地，该环氧树脂为具有苯环结构的环氧树脂。还更优选地，该环氧树脂为双酚A型环氧树脂或者双酚F型环氧树脂，尤其是电子级双酚A型环氧树脂或者双酚F型环氧树脂。最优选地，该环氧树脂为双酚F型环氧树脂，因为双酚F型环氧树脂具有良好的高温稳定性，对金属、塑料、橡胶、陶瓷等多种材料具有良好的粘接性能。优选地，该石墨烯粉末的环氧官能化步骤包括将该石墨烯粉末与环氧树脂在无水溶剂中，在20-120℃的温度、功率为500W-4800W，频率为30KHz-120KHz的超声波、300rpm-3500rpm的旋转下震荡处理1-8小时，然后在低于50℃的条件下真空过滤干燥，除去溶剂，制得环氧官能化的石墨烯，其中该溶剂为无水乙醇、异丙醇、丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、乙酸异戊酯、醋酸异戊酯、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中的一种或者几种的混合物。优选地，该硅氧烷的环氧改性步骤包括将甲苯、环氧树脂、催化剂四氯化铂在通氮气的条件下搅拌混合15min，其中甲苯与所述环氧树脂的重量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯导电浆料，其特征在于，所述石墨烯导电浆料包含以下组分：环氧官能化的石墨烯1‑10重量份、环氧树脂4‑15重量份、环氧改性的硅氧烷2‑6重量份、环氧活性稀释剂2‑6重量份和潜伏性固化剂0.1‑0.8重量份。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯导电浆料，其特征在于，所述石墨烯导电浆料包含以下组分：环氧官能化的石墨烯1-10重量份、环氧树脂4-15重量份、环氧改性的硅氧烷2-6重量份、环氧活性稀释剂2-6重量份和潜伏性固化剂0.1-0.8重量份。2.根据权利要求1所述的石墨烯导电浆料，其特征在于，所述环氧树脂为具有π键结构的环氧树脂；所述环氧官能化的石墨烯是通过用所述环氧树脂将石墨烯粉末进行表面官能化制得，其中所述环氧树脂与所述石墨烯粉末的重量比为1:4-3:1；所述环氧改性的硅氧烷是通过用所述环氧树脂将硅氧烷进行改性制得，其中所述环氧树脂与所述硅氧烷的重量比为1:3-2:1，其中所述硅氧烷是四甲基四氢环四硅氧烷、四甲基二氢二硅氧烷、四甲基二乙烯基二硅氧烷或四甲基四乙烯基环四硅氧烷中的至少一种。3.根据权利要求2所述的石墨烯导电浆料，其特征在于，所述环氧树脂为具有苯环结构的环氧树脂。4.根据权利要求3所述的石墨烯导电浆料，其特征在于，所述具有苯环结构的环氧树脂为双酚A型环氧树脂或者双酚F型环氧树脂。5.根据权利要求2所述的石墨烯导电浆料，其特征在于，所述石墨烯导电浆料还包含5-20重量份的经硅烷偶联剂改性的导电炭黑，所述硅烷偶联剂改性的导电炭黑是通过用硅烷偶联剂将导电炭黑进行改性制得，其中所述硅烷偶联剂占所述导电炭黑的重量的0.8%-2.5%。6.根据权利要求1-5中任一项所述的石墨烯导电浆料，其特征在于，所述石墨烯导电浆料还包含0.2-1重量份的抗拉丝剂和0.05-0.2份的抗氧化剂。7.根据权利要求6所述的石墨烯导电浆料，其特征在于，所述环氧活性稀释剂为乙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、1,6-环已二醇二缩水甘油醚、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、六氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、1,2-环己二醇二缩水甘油醚或间苯二酚二缩水甘油醚中的至少一种；所述潜伏性固化剂为镧系三氟化硼乙酸络合物La(BF3·C4H7O4)n、Sm(BF3·C4H7O4)n、Dy(BF3·C4H7O4)n、Er(BF3·C4H7O4)n或Yb(BF3·C4H7O4)n中的至少一种，其中(BF3·C4H7O4)n表示三氟化硼乙酸根阴离子，n表示络合系数；所述抗拉丝剂为纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米白炭黑中的至少一种；所述抗氧化剂为双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、4-[(4,6-二辛硫基-1,3,5-三嗪-2-基)氨基]-2,6-二叔丁基苯酚、二甲基琥珀酸酯-4-羟基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇中的至少一种。8.一种制备石墨烯导电浆料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：石墨烯粉末的环氧官能化：用环氧树脂将石墨烯粉末进行环氧官能化，其中所述环氧树脂与所述石墨烯粉末的重量比为1:4-3:1；硅氧烷的环氧改性：用环氧树脂将硅氧烷进行改性，其中所述环氧树脂与所述硅氧烷的重量比为1:3-2:1；混料：将经表面官能化的所述石墨烯粉末1-10重量份、经环氧改性的所述硅氧烷2-6重量份、所述环氧树脂4-15重量份、环氧活性稀释剂2-6重量份和潜伏性固化剂0.1-0.8重量份进行低速分散搅拌、高速分散搅拌、真空脱泡，制得所述石墨烯导电浆料。9....

【专利技术属性】
技术研发人员：王田军，刘斌，郑诗雨，吴菲，罗平，
申请(专利权)人：深圳市汇北川电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44