一种石墨烯-聚酰亚胺导电膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种石墨烯‑聚酰亚胺导电膜的制备方法，包括：S1、在氮气保护下，向石墨烯分散液中加入二胺，搅拌至无颗粒状时，分四批加入二酐，室温、搅拌条件下反应1‑2h；S2、然后加入阻燃改性剂，搅拌30‑60min后，升温至120‑160℃下反应10‑12h；S3、再加入极性溶剂稀释溶液，并搅拌至均相，最后过滤去除杂质；和S4、将S3制得的溶液涂布在基材上，烘干去除溶剂后，再进行亚胺化处理，剥离掉基材，得到石墨烯‑聚酰亚胺导电膜。

A graphene Polyimide Conductive Film and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯-聚酰亚胺导电膜及其制备方法
本专利技术涉及导电薄膜制造领域，具体涉及石墨烯材料在聚酰亚胺导电膜领域的应用。
技术介绍
聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环(-CO-NH-CO-)的一类聚合物，其中以含有酞酰亚胺结构的聚合物最为重要。聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。上世纪60年代，各国都在将聚酰亚胺的研究、开发及利用列入21世纪最有希望的工程塑料之一。石墨烯(Graphene)是单原子厚度的二维碳原子晶体，它被认为是富勒烯、碳纳米管(CNT)和石墨的基本结构单元。2004年，Ceim等用胶带粘贴法从高结晶石墨块上剥下少量单层石墨烯，并对其电学性质研究，发现其具有特殊的电子特性，如量子霍尔效应，在高电场诱导密度下仍能保持载流子的高迁移率，在开发新型电子组件方面有很大的潜力。近年来，石墨烯-聚酰亚胺导电膜的研究日益增多，主要应用于石墨烯发热膜领域。在国家煤改电政策下，石墨烯电采暖产品成为石墨烯应用的风口，这就需要电采暖产品中石墨烯发热膜要拥有很好的耐热性和力学性能，而聚酰亚胺具有良好的机械性能、热稳定性、结构稳定性等其他优异性能，因此，将高导热、高导电的石墨烯材料和聚酰亚胺复合具有重要意义。目前石墨烯-聚酰亚胺导电膜在应用的过程中普遍存在两个问题。一是导电膜中石墨烯分散不均导致方阻不均匀，这会影响到制备出的石墨烯发热膜温度不均匀；二是石墨烯-聚酰亚胺导电膜阻燃性能不好，这导致应用到电采暖产品中，不能起到很好的安防效果。>
技术介绍
部分的内容仅仅是专利技术人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有技术存在问题中的一个或多个，提供一种石墨烯-聚酰亚胺导电膜的制备方法。本专利技术的另一目的是提供上述方法制得的石墨烯-聚酰亚胺导电膜。本专利技术的目的通过以下技术方案来具体实现：一种石墨烯-聚酰亚胺导电膜的制备方法，包括：S1、在保护气保护下，向石墨烯分散液中加入二胺，搅拌至无颗粒状时，分四批加入二酐，室温、搅拌条件下反应1-2h；S2、然后加入阻燃改性剂，搅拌30-60min后，升温至120-160℃下反应10-12h；S3、再加入极性溶剂稀释溶液，并搅拌至均相，最后过滤去除杂质；和S4、将S3制得的溶液涂布在基材上，烘干去除溶剂后，再进行亚胺化处理，剥离掉基材，得到石墨烯-聚酰亚胺导电膜。根据本专利技术的一个方面，所述S1中，所述石墨烯分散液为石墨烯粉末分散到极性溶剂中的分散液，优选地，所述石墨烯分散液的浓度为1-3wt％。根据本专利技术的一个方面，所述S1中，所述石墨烯分散液按照如下方面制得：将石墨烯粉末加入极性溶剂中，超声波分散，得到石墨烯分散液。优选地，所述超声波分散的超声频率为50～100KHz，时间为6～8h，分散液温度控制在25～35℃。根据本专利技术的一个方面，所述石墨烯粉末为单层或多层的石墨烯微片。根据本专利技术的一个方面，所述石墨烯微片的片径为0.5-6μm。根据本专利技术的一个方面，所述石墨烯微片的厚度为1-10nm。根据本专利技术的一个方面，所述石墨烯微片的比表面积为20-200m2/g。根据本专利技术的一个方面，所述石墨烯微片的电导率为8×104-2×105S/m。根据本专利技术的一个方面，所述S1中，所述极性溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-甲基吡咯烷酮或四氢呋喃中的任意一种。根据本专利技术的一个方面，所述S1中，所述二胺和所述二酐事先进行预处理，具体预处理方法为：将二酐和二胺放于真空干燥箱中100-120℃的温度下烘焙1-2h。优选地，在烘焙前先分别研磨二酐和二胺至粒径小于100μm。根据本专利技术的一个方面，所述二胺为2TFMPPD、BBH、FPPD、FBA、PPD中的任意一种；根据本专利技术的一个方面，所述二酐为联苯四酸二酐、PMDA、PHDA、DNDA、CBDA、BCHDABPDA、BTDA、NDO、PDO、TDO中的任意一种。根据本专利技术的一个方面，所述S1中，所述分四批加入二酐的具体方法为：在室温下，将二酐分成四等份，边搅拌边加入，每加入一份后间隔时间10～20min再加入下一份。根据本专利技术的一个方面，所述石墨烯、二胺与二酐的质量比控制在(0.1-1.2):1:1。根据本专利技术的一个方面，所述S1中，所述搅拌条件下反应中，采用在600～800r/min转速下机械搅拌。根据本专利技术的一个方面，所述S2中，所述阻燃改性剂包括氢氧化镁、五氧化二磷、六氯环戊二烯和三聚氰胺甲醛树脂，其中氢氧化镁、五氧化二磷、六氯环戊二烯和三聚氰胺甲醛树脂的质量比为1：1：(2-3)：10；根据本专利技术的一个方面，所述阻燃改性剂采用如下方法制得：将氢氧化镁、五氧化二磷用球磨机研磨混合均匀，取出后，加入六氯环戊二烯，在400-500r/min的转速下，机械搅拌30-60min，再加入三聚氰胺甲醛树脂，在800-1000r/min的转速下搅拌30-40min，制得阻燃改性剂。根据本专利技术的一个方面，所述S2中，所述搅拌采用超声波搅拌；优选地，所述超声波搅拌的强度为超声频率为20-100KHz；根据本专利技术的一个方面，所述改性阻燃剂添加量为占稀释前溶液体系的2-5wt％。根据本专利技术的一个方面，所述S3中，所述极性溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-甲基吡咯烷酮或四氢呋喃中的任意一种。根据本专利技术的一个方面，所述S3中，稀释到溶液体积的1-3倍。根据本专利技术的一个方面，所述S4中，所述涂布的厚度为5-200μm；。根据本专利技术的一个方面，所述烘干去除溶剂的具体方法为：将涂布好溶液的基材置于烘箱中，烘箱温度调切至80℃保持4-6h，使溶剂全部挥发。根据本专利技术的一个方面，所述亚胺化处理的具体方法为：将带有涂层的基材采用阶梯式升温处理，即，将带有涂层的基材分别在120℃，160℃，200℃和240℃，并各保持1-2h，然后冷却到室温。根据本专利技术的一个方面，所述基材为钢化玻璃板、硅片、铝板或不锈钢板中的任意一种。一种石墨烯-聚酰亚胺导电膜，包括单体为二酐和二胺的聚酰亚胺、石墨烯和阻燃剂，石墨烯包覆于聚酰亚胺上形成石墨烯-聚酰亚胺复合粒子，阻燃剂均匀分布在石墨烯-聚酰亚胺复合粒子之间。根据本专利技术的一个方面，所述石墨烯与聚酰亚胺的单体二胺和二酐的质量比为(0.1-1.2):1：1。优选地，所述阻燃剂占导电膜体系的量为10-15wt％。本专利技术专利技术人在研究中发现，现有的石墨烯-聚酰亚胺导电膜方阻不均的主要原因有：一是石墨烯特殊的大π键共轭的电子结构导致其层间存在很大的范德华引力，其片层极易重新发生团聚和堆砌，进而难以分散均匀；二是现有技术石墨烯-聚酰亚胺导电膜多采用流延方法生产，制得的产品存在厚度不均匀，而厚度也是影响方阻的重要因素之一。石墨烯-聚酰亚胺导电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯-聚酰亚胺导电膜的制备方法，其特征在于，包括：/nS1、在保护气保护下，向石墨烯分散液中加入二胺，搅拌至无颗粒状时，分四批加入二酐，室温、搅拌条件下反应1-2h；/nS2、然后加入阻燃改性剂，搅拌30-60min后，升温至120-160℃下反应10-12h；/nS3、再加入极性溶剂稀释溶液，并搅拌至均相，最后过滤去除杂质；和/nS4、将S3制得的溶液涂布在基材上，烘干去除溶剂后，再进行亚胺化处理，剥离掉基材，得到石墨烯-聚酰亚胺导电膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯-聚酰亚胺导电膜的制备方法，其特征在于，包括：
S1、在保护气保护下，向石墨烯分散液中加入二胺，搅拌至无颗粒状时，分四批加入二酐，室温、搅拌条件下反应1-2h；
S2、然后加入阻燃改性剂，搅拌30-60min后，升温至120-160℃下反应10-12h；
S3、再加入极性溶剂稀释溶液，并搅拌至均相，最后过滤去除杂质；和
S4、将S3制得的溶液涂布在基材上，烘干去除溶剂后，再进行亚胺化处理，剥离掉基材，得到石墨烯-聚酰亚胺导电膜。


2.根据权利要求1所述的石墨烯-聚酰亚胺导电膜的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述石墨烯分散液为石墨烯粉末分散到极性溶剂中的分散液，优选地，所述石墨烯分散液的浓度为1-3wt％；
优选地，所述石墨烯分散液按照如下方面制得：
将石墨烯粉末加入极性溶剂中，超声波分散，得到石墨烯分散液；
优选地，所述石墨烯粉末为单层或多层的石墨烯微片；
优选地，所述石墨烯微片的片径为0.5-6μm；
优选地，所述石墨烯微片的厚度为1-10nm；
优选地，所述石墨烯微片的比表面积为20-200m2/g；
优选地，所述石墨烯微片的电导率为8×104-2×105S/m；
优选地，所述极性溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-甲基吡咯烷酮或四氢呋喃中的任意一种；
优选地，所述超声波分散的超声频率为50-100KHz，时间为6-8h，分散液温度控制在25-35℃。


3.根据权利要求1所述的石墨烯-聚酰亚胺导电膜的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述二胺和所述二酐事先进行预处理，具体预处理方法为：
将二酐和二胺放于真空干燥箱中100-120℃的温度下烘焙1-2h；优选地，在烘焙前先分别研磨二酐和二胺至粒径小于100μm；
优选地，所述二胺为2TFMPPD、BBH、FPPD、FBA、PPD中的任意一种；
优选地，所述二酐为联苯四酸二酐、PMDA、PHDA、DNDA、CBDA、BCHDABPDA、BTDA、NDO、PDO、TDO中的任意一种。


4.根据权利要求1所述的石墨烯-聚酰亚胺导电膜的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述分四批加入二酐的具体方法为：在室温下，将二酐分成四等份，边搅拌边加入，每加入一份后间隔时间10-20min再加入下一份；
优选地，所述石墨烯、二胺与二酐的质量比控制在(0....

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，潘智军，王锋，谭化兵，
申请(专利权)人：安徽宇航派蒙健康科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34