一种水性石墨烯导电油墨及其制备方法和用途技术

本公开涉及一种水性石墨烯导电油墨及其制备方法，其中，所述水性石墨烯导电油墨包含石墨烯、改性石墨烯材料、水性树脂、分散剂、助剂和溶剂；相对于100重量份的溶剂，所述水性石墨烯导电油墨中石墨烯含量为3.4～22.3重量份、改性石墨烯材料含量为0.69～4.5重量份、水性树脂含量为11.6～88.9重量份、分散剂含量为0.58～6.7重量份、助剂含量为0.19～5.3重量份。本公开提供的制备方法以石墨烯改性材料代替其他碳系材料作为导电填料，利用其所带的亲水基团，进一步增加石墨烯在水中的分散性；另一方面表面活性剂、分散剂等的用量低，降低对导电油墨的导电性能的影响，避免导电油墨团聚，本公开制备出的导电油墨电阻率较低，具备高导电性、良好力学性能和较高稳定性。良好力学性能和较高稳定性。良好力学性能和较高稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种水性石墨烯导电油墨及其制备方法和用途


[0001]本公开涉及导电油墨领域，具体地，涉及一种水性石墨烯导电油墨及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。与其他碳材料相比，石墨烯具有完美的大π共轭体系和最薄的单层原子厚度的结构，这使得石墨烯在光学、电学、热学和力学上表现出优异和独特的性质，因此在导电油墨中加入少量石墨烯，可以大大提升导电油墨的导电性能。现有石墨烯导电油墨为克服石墨烯片层间因范德华力团聚，使用填料多以少量石墨烯和其他碳系导电填料构成，制备出的导电油墨的导电性能低下，同时由于石墨烯较强的π—π作用力，使得单层的石墨烯很容易团聚，需要添加表面活性剂以增加石墨烯在水中的分散性，但表面活性剂大都不导电，添加量较多会严重降低制备出的导电油墨的导电性能。

技术实现思路

[0003]本公开的目的是提供一种水性石墨烯导电油墨及其制备方法和用途，本公开提供的制备方法，通过添加石墨烯改性材料，解决了以石墨烯和其他碳系材料混合作为导电填料制备的导电油墨电阻率较高的问题，同时石墨烯改性材料可以增加石墨烯在水中的分散性，减少了表面活性剂、分散剂的用量，避免了导电油墨容易团聚，质量不稳定的问题。
[0004]为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种水性石墨烯导电油墨，其中，所述水性石墨烯导电油墨包含石墨烯、改性石墨烯材料、水性树脂、分散剂、助剂和溶剂；相对于100重量份的溶剂，所述水性石墨烯导电油墨中石墨烯含量为3.4～22.3重量份、改性石墨烯材料含量为0.69～4.5重量份、水性树脂含量为11.6～88.9重量份、分散剂含量为0.58～6.7重量份、助剂含量为0.19～5.3重量份；
[0005]所述改性石墨烯材料选自氧化石墨烯、氧化还原石墨烯或枝接改性石墨烯中的一种或几种；
[0006]所述石墨烯与所述改性石墨烯材料的质量比为(1～10)：1。
[0007]可选地，所述石墨烯与所述改性石墨烯材料的质量比为(1～5)：1。
[0008]可选地，所述水性石墨烯导电油墨的方阻为20～600Ω/
□
，D50粒径为5～20μm，粘度为3000m～5000mPa
·
s。
[0009]可选地，所述石墨烯为按照机械剥离法制备的石墨烯粉体，所述石墨烯粉体的平均片层数为1～5层，电导率为10000～30000S/m，D50粒径为5.0～15.0μm。
[0010]可选地，所述改性石墨烯材料为按照Hummers法制备得到的氧化石墨烯，所述氧化石墨烯在边缘含有衍生羧酸基，在平面上含有酚羟基和环氧基团；
[0011]可选地，所述氧化石墨烯中氧含量为10～50重量％，碳含量为55～75重量％。
[0012]可选地，所述的水性树脂选自丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、水性环氧树脂和酚醛树脂
中的一种或几种；
[0013]所述的分散剂为两亲性非离子表面活性剂，优选为辛醇基聚氧乙烯醚、壬基聚氧乙烯醚、辛醇基聚氧丙烯醚、烷基聚氧乙烯醚、聚乙烯醚、聚乙烯醚醇、聚山梨醇酯、聚羟乙基甲基丙烯酸酯中的一种或几种；
[0014]所述的助剂选自消泡剂、增稠剂、流平剂、成膜剂、偶联剂和pH调节剂中的一种或几种；
[0015]所述的溶剂选自水、N,N
‑
二甲基甲酰胺和N
‑
甲基吡咯烷酮中的一种或几种。
[0016]本公开第二方面提供制备本公开第一方面所述的水性石墨烯导电油墨的方法，其中，该方法包括：
[0017]S1将石墨烯、改性石墨烯材料、水性树脂、助剂、分散剂和溶剂混合分散，得到混合浆料；
[0018]S2对步骤S1的混合浆料进行研磨。
[0019]可选地，步骤S1中，所述分散的条件包括：转速为1000～1400r/min，时间为4～8h；
[0020]其中，步骤S2中，所述研磨的条件包括：研磨设备选自砂磨机、球磨机、三辊机中的一种或几种，研磨介质为钢珠、硅酸锆珠、氧化锆珠中的一种或几种，研磨介质的直径为0.5～2.5mm，研磨介质的填充率为75～95％，转速为1000～1400r/min，温度为30℃以下。
[0021]本公开第三方面提供本公开第一方面所述的水性石墨烯导电油墨在石墨烯远红外电热膜或石墨烯发热板中的用途。
[0022]通过上述技术方案，本公开提供的制备方法，将石墨烯与石墨烯改性材料混合作为导电填料，以石墨烯改性材料代替其他碳系材料，利用其所带的亲水基团，进一步增加石墨烯在水中的分散性；另一方面减少了制备导电油墨过程中添加的表面活性剂、分散剂等的用量，降低对导电油墨的导电性能的影响，同时避免了导电油墨容易团聚，质量不稳定的问题。本公开制备出的导电油墨电阻率较低，具备高导电性、良好力学性能和较高稳定性。
[0023]本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0024]附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0025]图1为本公开的实施例1制备的水性石墨烯导电油墨的SEM图。
[0026]图2为本公开的实施例1制备的氧化石墨烯的XPS图。
具体实施方式
[0027]以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
[0028]本公开第一方提供一种水性石墨烯导电油墨，其中，所述水性石墨烯导电油墨包含石墨烯、改性石墨烯材料、水性树脂、分散剂、助剂和溶剂；相对于100重量份的溶剂，所述水性石墨烯导电油墨中石墨烯含量为3.4～22.3重量份，优选为4.3～18.6重量份，改性石墨烯材料含量为0.69～4.5重量份，优选为0.88～3.7重量份，水性树脂含量为11.6～88.9重量份，优选为22.3～61.8重量份，分散剂含量为0.58～6.7重量份，优选为0.58～4.9重量
份，助剂含量为0.19～5.3重量份，优选为0.24～4.9重量份。
[0029]本公开制备出的水性石墨烯导电油墨电阻率较低，具备高导电性、良好力学性能和较高稳定性。
[0030]在本公开的一种具体实施方式中，所述改性石墨烯材料选自氧化石墨烯、氧化还原石墨烯或枝接改性石墨烯中的一种或几种，优选为氧化石墨烯。在上述实施方式中，使用改性石墨烯材料代替现有技术中的碳系材料与石墨烯结合作为导电填料，可增加石墨烯在水中的分散性，从而降低导电油墨的电阻率，使制备出的水性石墨烯导电油墨具有优良的电学和力学性能。
[0031]需要说明的是，枝接改性石墨烯是指利用氧化石墨烯边缘的羧基，将聚乙烯醇通过酯化反应枝接到氧化石墨烯上，再对氧化石墨烯进行还原，制备得到具有水溶性的枝接改性石墨烯。
[0032]在本公开的一种具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水性石墨烯导电油墨，其中，所述水性石墨烯导电油墨包含石墨烯、改性石墨烯材料、水性树脂、分散剂、助剂和溶剂；相对于100重量份的溶剂，所述水性石墨烯导电油墨中石墨烯含量为3.4～22.3重量份，改性石墨烯材料含量为0.69～4.5重量份，水性树脂含量为11.6～88.9重量份，分散剂含量为0.58～6.7重量份，助剂含量为0.19～5.3重量份；所述改性石墨烯材料选自氧化石墨烯、氧化还原石墨烯或枝接改性石墨烯中的一种或几种；所述石墨烯与所述改性石墨烯材料的质量比为(1～10)：1。2.根据权利要求1所述的水性石墨烯导电油墨，其中，所述石墨烯与所述改性石墨烯材料的质量比为(1～5)：1。3.根据权利要求1所述的水性石墨烯导电油墨，其中，所述水性石墨烯导电油墨的方阻为110
‑
450Ω/
□
，D50粒径为5～20μm，粘度为3000m～5000mPa
·
s。4.根据权利要求1所述的水性石墨烯导电油墨，其中，所述石墨烯为按照机械剥离法制备的石墨烯粉体，所述石墨烯粉体的平均片层数为1～5层，电导率为10000
‑
30000S/m，D50粒径为5.0～15.0μm。5.根据权利要求1所述的水性石墨烯导电油墨，其中，所述改性石墨烯材料为按照Hummers法制备得到的氧化石墨烯，所述氧化石墨烯在边缘含有衍生羧酸基，在平面上含有酚羟基和环氧基团。6.根据权利要求5所述的水性石墨烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：何建武，康守国，姜宇，宋亚滨，
申请(专利权)人：北京远大信达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：