一种改性球状碳颗粒材料、含其的石墨烯基水性导电油墨及其制备方法技术

本申请涉及一种改性球状碳颗粒材料，其由球状碳颗粒材料、含共轭结构的水溶性高分子和pH调节剂制成。本申请还涉及一种该改性球状碳颗粒材料的制备方法。本申请还涉及一种包含该改性球状碳颗粒材料的石墨烯基水性导电油墨及其制备方法。本文所述的的改性球状碳颗粒材料可有效改善石墨烯基水性导电油墨中石墨烯的分散性和导电性，且将油墨的固含量提高至13％以上。13％以上。13％以上。

【技术实现步骤摘要】
一种改性球状碳颗粒材料、含其的石墨烯基水性导电油墨及其制备方法


[0001]本专利技术涉及导电浆料和石墨烯
，具体来说，涉及一种改性球状碳颗粒材料、含其的石墨烯基水性导电油墨及其制备方法。

技术介绍

[0002]水性导电油墨是包含导电填料、连接料、助剂等组分的一种液态或糊状的油墨，可用作印刷导电点或导电线路。水性导电油墨中常用石墨、炭黑等碳材料作为导电填料，虽然成本低廉，但导电性能较差。提高导电填料含量可提高其导电性能，但当导电填料的含量过高时，导电涂层的外观、性能、使用稳定性等都会受到不良影响。例如，涂层的柔韧性和附着力差，易产生微裂纹和脱落等。
[0003]石墨烯是一种新型的碳材料，具有良好的导电、导热等方面的特性。将其作为导电填料应用于水性导电油墨中，可有效提高油墨的导电性能，减少常规碳材料的使用量。石墨烯通常制备成粉末或在水中初步分散成浆料，在浆料中石墨烯的固含量达到5％左右时，浆料的粘度会升高以至其基本失去流动性。现有技术中，通常通过添加大量的水来提高石墨烯材料的分散性，或是通过在石墨烯表面进行化学改性以提高其分散性和流动性，但是这本身会降低其导电性能。
[0004]因此，本领域持续需要开发一种导电效率高、分散稳定的石墨烯基水性导电油墨。

技术实现思路

[0005]本申请之目的在于提供一种可用于石墨烯基水性导电油墨的改性球状碳颗粒材料，从而解决上述现有技术中的技术难题。
[0006]本申请之目的还在于提供一种改性球状碳颗粒材料的制备方法。
[0007]本申请之目的还在于提供一种导电效率高、分散稳定的包含如上所述的改性球状碳颗粒材料的石墨烯基水性导电油墨。
[0008]本申请之目的还在于提供一种如上所述的石墨烯基水性导电油墨的制备方法。
[0009]为了解决上述技术问题，本申请提供以下技术方案。
[0010]在第一方面中，本申请提供一种改性球状碳颗粒材料，其特征在于，以重量份数为基准计，用于制备所述改性球状碳颗粒材料的原料包括以下组分：
[0011]球状碳颗粒材料100重量份；
[0012]含共轭结构的水溶性高分子35
‑
55重量份；以及
[0013]pH调节剂1.5
‑
12重量份。
[0014]在一种具体实施方式中，当所述球状碳颗粒材料的用量为100重量份时，所述含共轭结构的水溶性高分子的用量可为35重量份、40重量份、45重量份、50重量份、55重量份或者它们中任意两个数值之间的范围或子范围。
[0015]在一种具体实施方式中，当所述球状碳颗粒材料的用量为100重量份时，所述pH调
节剂的用量可为1.5重量份、2.0重量份、2.5重量份、3.0重量份、3.5重量份、4.0重量份、4.5重量份、5.0重量份、5.5重量份、6.0重量份、6.5重量份、7.0重量份、7.5重量份、8.0重量份、8.5重量份、9.0重量份、9.0重量份、10重量份、11重量份、12重量份或者它们中任意两个数值之间的范围或子范围。
[0016]在第一方面的一种实施方式中，所述球状碳颗粒材料包括炭黑、碳纳米管、石墨、富勒烯和碳纤维中的一种或多种。
[0017]在第一方面的一种实施方式中，所述含共轭结构的水溶性高分子包括聚苯胺衍生物、聚噻吩衍生物和聚吡咯衍生物中的一种或多种。
[0018]在第一方面的一种实施方式中，所述pH调节剂包括2
‑
氨基
‑2‑
甲基
‑1‑
丙醇(AMP)、N
‑
甲基乙醇胺(MMAE)和三乙醇胺(TEA)中的一种或多种。
[0019]在第一方面的一种实施方式中，所述聚苯胺衍生物包括烷基取代聚苯胺、烷氧基取代聚苯胺和苯取代聚苯胺中一种或多种。
[0020]在第一方面的一种实施方式中，所述聚噻吩衍生物包括烷基取代聚噻吩和烷氧基取代聚噻吩中的一种或多种。
[0021]在第一方面的一种实施方式中，所述聚吡咯衍生物包括烷基取代聚吡咯和烷氧基取代聚吡咯中的一种或多种。
[0022]在第二方面中，一种制备如第一方面所述的改性球状碳颗粒材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0023]S1：在密闭条件下，且在70
‑
90℃的温度下，使球状碳颗粒材料和含共轭结构的水溶性高分子反应，得到混合浆料；以及
[0024]S2：向所述混合浆料中加入预定重量比的pH调节剂，得到呈碱性的改性球状碳颗粒材料。在该实施方式中，在步骤S1中，当温度在70℃以下时，反应物不能充分活化，反应速率极低；当温度高于90℃时，球状碳颗粒之间极易发生团聚现象，不利于和高分子溶液充分接触进而发生反应，反而会使有效的反应速率降低。上述两种温度过低或过高条件下制备得到的产物，其性能明显较差，因此，将反应温度控制在70
‑
90℃是对反应最为有利的。在步骤S2中，碱性条件下，部分未反应的高分子的水溶性得到提升，使得获得的改性球状碳颗粒材料的粘度得到降低；同时，一定量的pH调节剂的存在可以有效维持体系的酸碱度，保证改性材料的稳定性。
[0025]在第三方面中，本申请提供一种含改性球状碳颗粒材料的石墨烯基水性导电油墨，其特征在于，以重量份数为基准计，用于制备所述含改性球状碳颗粒材料的石墨烯基水性导电油墨的原料包括以下组分：
[0026][0027]其中所述改性球状碳颗粒材料为如权利要求1
‑
3中任一项所述的改性球状碳颗粒材料。
[0028]在第三方面的一种实施方式中，以重量份数为基准计，用于制备所述含改性球状
碳颗粒材料的石墨烯基水性导电油墨的原料包括以下组分：
[0029][0030][0031]在一种具体实施方式中，当改性球状碳颗粒材料的用量为100重量份时，所述石墨烯的用量可为50重量份、60重量份、70重量份、80重量份、90重量份、100重量份、110重量份、120重量份、130重量份、140重量份、150重量份、200重量份、250重量份、300重量份、350重量份、400重量份、450重量份、500重量份或者它们中任意两个数值之间的范围或子范围。
[0032]在一种具体实施方式中，当改性球状碳颗粒材料的用量为100重量份时，水性树脂乳液的用量可为100重量份、150重量份、200重量份、250重量份、300重量份、350重量份、400重量份、450重量份、500重量份、550重量份、600重量份或者它们中任意两个数值之间的范围或子范围。
[0033]在一种具体实施方式中，当改性球状碳颗粒材料的用量为100重量份时，所述助剂的用量可为0.3重量份、1.0重量份、1.5重量份、2.0重量份、2.5重量份、3.0重量份、3.5重量份、5重量份、10重量份、15重量份、20重量份、25重量份、30重量份或者它们中任意两个数值之间的范围或子范围。
[0034]在第三方面的一种实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性球状碳颗粒材料，其特征在于，以重量份数为基准计，用于制备所述改性球状碳颗粒材料的原料包括以下组分：球状碳颗粒材料
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
100重量份；含共轭结构的水溶性高分子
ꢀꢀ
35
‑
55重量份；以及pH调节剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1.5
‑
12重量份。2.如权利要求1所述的改性球状碳颗粒材料，其特征在于，所述球状碳颗粒材料包括炭黑、碳纳米管、石墨、富勒烯和碳纤维中的一种或多种；所述含共轭结构的水溶性高分子包括聚苯胺衍生物、聚噻吩衍生物和聚吡咯衍生物中的一种或多种；所述pH调节剂包括2
‑
氨基
‑2‑
甲基
‑1‑
丙醇(AMP)、N
‑
甲基乙醇胺(MMAE)和三乙醇胺(TEA)中的一种或多种。3.如权利要求2所述的改性球状碳颗粒材料，其特征在于，所述聚苯胺衍生物包括烷基取代聚苯胺、烷氧基取代聚苯胺和苯取代聚苯胺中一种或多种；所述聚噻吩衍生物包括烷基取代聚噻吩和烷氧基取代聚噻吩中的一种或多种；所述聚吡咯衍生物包括烷基取代聚吡咯和烷氧基取代聚吡咯中的一种或多种。4.一种制备如权利要求1
‑
3中任一项所述的改性球状碳颗粒材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：在密闭条件下，且在70
‑
90℃的温度下，使球状碳颗粒材料和含共轭结构的水溶性高分子反应，得到混合浆料；以及S2：向所述混合浆料中加入预定重量比的pH调节剂，得到呈碱性的改性球状碳颗粒材料。5.一种含改性球状碳颗粒材料的石墨烯基水性导电油墨，其特征在于，以重量份数为基准计，用于制备所述含改性球状碳颗粒材料的石墨烯基水性导电油墨的原料包括以下组分：改性球状碳颗粒材料
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
100重量份；石墨烯
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈令东，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：