【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于导电浆料，尤其涉及一种浆料粘度随温度变化可调控的水性碳系导电浆料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、导电浆料是一种功能复合材料，是将导电填料均匀分散在溶剂、助剂以及一定量的粘结剂中成的一种具有导电功能的粘稠浆状混合物。导电浆料依据填料的种类可大致分为金属基导电浆料，高分子基导电浆料及碳系导电浆料。其中碳系导电浆料具有优良的光学、力学、电学等性能，使其在微电子领域具有广阔的应用前景。
2、在浆料的制备过程中，一般需要加入粘结剂、分散剂、溶剂及相关功能助剂。粘结剂是导电浆料的主要成膜物质，主要是为导电浆料提供粘附力，同时在浆料制备过程中调节浆料粘度使其适合印刷工艺要求，常用的粘结剂主要包括热固性和热塑性树脂，例如环氧树脂、聚氨酯、聚酯树脂等。溶剂是对浆料中的粘结剂和导电填料起分散作用的介质，使浆料保持流动状态，从而可以通过不同印刷工艺将浆料转移到基底上。溶剂的种类主要分为有机溶剂和水，有机溶剂主要有醇、酮、酯、芳烃等。助剂的种类非常广泛，根据不同性能需要添加不同功能的助剂，例如润湿分散剂，触变剂、消泡剂及流平剂等，一般助剂的添加会在不同程度上影响浆料的导电性能。
3、由于碳系材料表面疏水性以及较高的比表面积，保质期短：浆料体系很难维持较长时间的稳定性，在范德华力的作用下容易发生沉降团聚分层等，一般较难制备水性基浆料或难以长时间稳定保存，因此普遍使用大量的有机溶剂、分散剂及大量不导电的相关功能助剂来提高碳系填料在浆料中的分散性和稳定性。并且现有的碳系浆料环境不友好，很多浆料体系使用醇、酮、酯、芳烃
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，采用具备多功能的可降解的生物高分子材料制备出一种浆料粘度随温度变化可调控的水性碳系导电浆料并提供其制备方法和应用，由于生物高分子材料其水溶液同时兼具分散性、增稠剂、成膜性等特征，且浆料粘度随温度变化可调控，制备获得的水性导电碳系浆料具有较好的分散性和稳定性，可长期保存而不发生团聚和沉降等。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
3、一种均质温敏型的水性碳系导电浆料，按重量份数计原料包括以下组分：生物高分子材料1-10份、表面活性剂1-5份、碳系填料2-10份。
4、优选的，所述生物高分子材料为阿拉伯胶、明胶、壳聚糖、胶原、透明质酸中一种或多种的组合。本专利技术选用高分子材料为易降解的生物高分子材料，含有蛋白和多糖等三级螺旋结构，其分子链中含有大量的亲水基团和氢键，具备亲水性和分散性且在低温下能形成凝胶，利用高分子链在不同温度下的舒张程度来调控浆料的粘度。当其与水混合后,分子间的氢键和静电作用使其形成一个类似网状的结构。随着温度的升高,水凝胶中的分子将更快振动，生物高分子的三级螺旋结构被破坏而展开，这将导致它们之间的相互作用减弱，分子间的结构开始松散从而降低了粘度。当温度较低时，功能高分子链的官能基团形成较强的氢键作用而蜷缩，低温时分子间的运动逐渐减缓,分子重新开始相互作用,三级螺旋结构重新组装并交联形成网状结构。生物类高分子材料溶液可以在低温和高温中可逆地调控分子量地舒张程度，当低于一定温度时可形成凝胶，当温度升高分子链获得能量突破氢键的作用而互相分散，进而很好地调控浆料地粘度，使得同一浆料体系可以满足不同场景下的应用需求。
5、优选的，所述表面活性剂为非离子表面活性剂，所述表面活性剂为聚氧乙烯衍生物、烷基醇酰胺、多元醇单脂肪酸酯、烷基氧化胺中一种或多种的组合。非离子表面活性剂相较于离子型表面活性剂，其在溶液中不以离子状态存在，所以它的稳定性高，不易受强电解质存在的影响，也不易受酸、碱的影响，在各种溶剂中均有良好的溶解性，具有优异的润湿性，还同时具有良好的乳化功能，在固体表面上不发生强烈吸附。此外，离子型表面活性剂低温时在水中的溶解度一般较小，但加热水溶液，溶解度将会增大，当达到一定的温度时，表面活性剂在水中的溶解度会突然增大。而非离子型表面活性剂与离子型表面活性剂正好相反，在低温时易与水混溶，本专利技术中生物高分子在低温下形成凝胶，因此非离子型表面活性剂更适用。
6、优选的，所述的碳系填料为炭黑、石墨、碳纳米管、石墨烯中一种或多种的组合。
7、基于总的专利技术构思，本专利技术还提供一种均质温敏型的水性碳系导电浆料的制备方法，包括以下步骤：
8、(1)将生物高分子材料配置成生物高分子材料溶液；
9、(2)向步骤(1)得到的生物高分子溶液中加入表面活性剂、碳系填料，搅拌均匀制成均质温敏型的水性碳系导电浆料。
10、优选的，步骤(1)中所述生物高分子溶液质量浓度为1％-10％；步骤(1)中的具体操作为40-60℃水浴加热搅拌10-40min使生物高分子材料溶解在去离子水中。
11、优选的，所述步骤(2)的具体操作为：加入表面活性剂后在40-60℃浴加热搅拌5-20min，边搅拌边加入碳系填料后，在50-80℃加热搅拌30-60min制成导电碳浆。
12、基于总的专利技术构思，本专利技术还提供一种均质温敏型的水性碳系导电浆料的应用，用于锂离子电池或氢燃料电池气体扩散层的制备。
13、优选的，所述氢燃料电池气体扩散层的制备方法为：将所述均质温敏型的水性碳系导电浆料涂覆在碳纤维纸上，烘干、烧结，得到具有多孔结构的氢燃料电池用气体扩散层。
14、优选的，所述烘干的参数为50-80℃烘干4-8h；所述烧结为置于马弗炉中烧结，烧结温度200-400℃，时间2-4h。
15、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
16、1.本专利技术的均质温敏型的水性碳系导电浆料同时兼具分散性、表面活性和可降解性，其添加的生物高分子溶液具备一定粘度，有较好的成膜性等，可替代多种不同功能的浆料助剂，不添加有机挥发溶剂对环境友好，采用单一的多功能生物高分子材料替代不同助剂的功能，生物高分子材料同时具备分散剂、粘结剂等助剂的作用，使水性碳系导电碳浆生产工艺简单且易于批量稳定均匀制备，组分简单无需使用多种添加剂，避免了不同助剂之间的相互作用，降低了助剂的添加量过多对浆料的导电性能的影响。
17、2.本专利技术的水性碳系导电浆料体系为温敏型水性浆料，普适性好，粘度可根据温度自由调控：在低温下可形成凝胶，利于浆料体系的稳定且保质期较长，长时间稳定保存而不发生沉降团聚分层等现象，涂敷在碳纸均匀不开裂；加热时功能高分子易降解，热分解温度低，导电浆料涂布后可经加热分解形成无定形碳，从而可进一步提升材料导电性。
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1.一种均质温敏型的水性碳系导电浆料，其特征在于，按重量份数计原料包括以下组分：生物高分子材料1-10份、表面活性剂1-5份、碳系填料2-10份。
2.根据权利要求1所述的水性碳系导电浆料，其特征在于，所述生物高分子材料为阿拉伯胶、明胶、壳聚糖、透明质酸中一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的水性碳系导电浆料，其特征在于，所述表面活性剂为非离子表面活性剂，所述表面活性剂为聚氧乙烯衍生物、烷基醇酰胺、多元醇单脂肪酸酯、烷基氧化胺中一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的水性碳系导电浆料，其特征在于，所述的碳系填料为炭黑、石墨、碳纳米管、石墨烯中一种或多种的组合。
5.一种如权利要求1所述均质温敏型的水性碳系导电浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述生物高分子溶液质量浓度为1％-10％；步骤(1)中的具体操作为40-60℃水浴加热搅拌10-40min使生物高分子材料溶解在去离子水中。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步
8.一种如权利要求1所述均质温敏型的水性碳系导电浆料的应用，其特征在于，用于锂离子电池或氢燃料电池气体扩散层的制备。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述氢燃料电池气体扩散层的制备方法为：将所述均质温敏型的水性碳系导电浆料涂覆在碳纤维纸上，烘干、烧结，得到具有多孔结构的氢燃料电池用气体扩散层。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述烘干的参数为50-80℃烘干4-8h；所述烧结为置于马弗炉中烧结，烧结温度200-400℃，时间2-4h。
...【技术特征摘要】
1.一种均质温敏型的水性碳系导电浆料，其特征在于，按重量份数计原料包括以下组分：生物高分子材料1-10份、表面活性剂1-5份、碳系填料2-10份。
2.根据权利要求1所述的水性碳系导电浆料，其特征在于，所述生物高分子材料为阿拉伯胶、明胶、壳聚糖、透明质酸中一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的水性碳系导电浆料，其特征在于，所述表面活性剂为非离子表面活性剂，所述表面活性剂为聚氧乙烯衍生物、烷基醇酰胺、多元醇单脂肪酸酯、烷基氧化胺中一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的水性碳系导电浆料，其特征在于，所述的碳系填料为炭黑、石墨、碳纳米管、石墨烯中一种或多种的组合。
5.一种如权利要求1所述均质温敏型的水性碳系导电浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述生物高分子溶液质量浓度为1％-1...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷霆，李丽，何才敏，吕依芮，白宗哲，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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