一種基于石墨烯復(fù)合材料的導(dǎo)電油墨及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電油墨，具體涉及一種基于石墨稀復(fù)合材料的導(dǎo)電油墨及其制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 導(dǎo)電油墨是用導(dǎo)電材料制成的油墨，被廣泛地應(yīng)用于印刷導(dǎo)電點(diǎn)及導(dǎo)電電路，具 有一定程度導(dǎo)電性質(zhì)，主要包括金系導(dǎo)電油墨、銀系導(dǎo)電油墨、銅系導(dǎo)電油墨、碳系導(dǎo)電油 墨等，而這些導(dǎo)電油墨已達(dá)到實(shí)用化。導(dǎo)電油墨由導(dǎo)電性填料、黏合劑、溶劑及添加劑組成， 其中導(dǎo)電性填料通常為金粉、石墨、炭黑(現(xiàn)已有專門的導(dǎo)電炭黑)、碳素纖維、鎳粉等，黏合 劑主要為環(huán)氧樹脂、醇酸樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、酚醛樹脂、氯 乙烯-醋酸乙烯共聚樹脂等。導(dǎo)電油墨要求的特性有：導(dǎo)電性(抗靜電性)、附著力、印刷適 性和耐溶劑性等。
[0003] 由于金系、銀系導(dǎo)電油墨成本高而碳系油墨不僅成本低廉、不易氧化，而且綠色環(huán) 保。但目前現(xiàn)存的碳系油墨方阻普遍較高，方阻就是方塊電阻，指一個正方形的薄膜導(dǎo)電材 料邊到邊"之"間的電阻，即使在較高的導(dǎo)電劑含量下其方阻依然居高不下。石墨烯是一種 由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的二維材料，其具有超高的導(dǎo)電性，電阻率僅約10_6D?cm， 是目前世界上電阻率最小的材料。石墨烯的超大比表面積實(shí)現(xiàn)了其具有超低密度，因此在 導(dǎo)電劑很低的含量下即可達(dá)到碳系導(dǎo)電油墨的性能。同時石墨烯導(dǎo)電油墨又可做到膜層 薄，柔韌性強(qiáng)。
[0004] 但是石墨烯的片層結(jié)構(gòu)及超大比表面積也存在不利的一面，由于以上特性導(dǎo)致石 墨烯在樹脂體系中易團(tuán)聚難分散，因而限制了石墨烯導(dǎo)電油墨的發(fā)展。將石墨烯做功能化 改性處理同時與其他材料復(fù)合不僅可保留石墨烯原有的高導(dǎo)電性、低密度，同時又可解決 其在樹脂體系中分散難的問題。由此可見，如何將功能化石墨烯制成一種低導(dǎo)電劑含量、高 導(dǎo)電性的導(dǎo)電油墨是急需解決的一個重要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于功能化石墨烯復(fù)合材料的導(dǎo)電 油墨及其制備方法，該導(dǎo)電油墨導(dǎo)電劑含量低、導(dǎo)電性優(yōu)良，而且該導(dǎo)電油墨可用于射頻標(biāo) 簽、智能包裝、薄膜開關(guān)、導(dǎo)電線路以及傳感器等下一代輕、柔性電子產(chǎn)品中。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：一種基于石墨烯復(fù)合材料的導(dǎo)電油墨，其各組分 的質(zhì)量份數(shù)組成為：功能化石墨稀復(fù)合材料功能化石墨稀復(fù)合材料1份-30份、樹脂連接劑 1份-70份、溶劑5份-60份、助劑1份-40份。
[0007] 作為優(yōu)選，所述功能化石墨稀復(fù)合材料為石墨稀的碳復(fù)合材料。
[0008] 作為優(yōu)選，所述功能化石墨稀的碳復(fù)合材料為石墨稀與炭黑、乙炔黑、碳纖維、碳 納米管、石墨中的一種或幾種組成的復(fù)合材料。
[0009] 作為優(yōu)選，所述樹脂連接劑為丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、醇酸樹脂、酚醛樹脂、聚酯樹 月旨、聚氨酯樹脂中的一種或幾種。
[0010] 作為優(yōu)選，所述溶劑為丙二醇甲醚乙酸酯、二元酸酯混合物（DBE)、150#溶劑油 (S150#)、二丙二醇甲醚、乙二醇二縮水甘油醚、丙酮、異氟爾酮、乙醇、1，3-丁二醇中的一種 或幾種。
[0011] 作為優(yōu)選，所述助劑為消泡劑、乳化劑、增稠劑、流平劑、潤濕分散劑、防沉淀劑、催 干劑、耐摩擦劑、防結(jié)皮劑、消光劑中的一種或幾種。
[0012] 更優(yōu)地，所述功能化石墨稀復(fù)合材料其電導(dǎo)率為l_2000S/m。
[0013] 更優(yōu)地，所述功能化石墨稀復(fù)合材料其比表面積為200-3000m2/g。
[0014] 更優(yōu)地，所述功能化石墨稀復(fù)合材料其粒徑為100nm-20ym。
[0015] 所述的一種基于石墨稀復(fù)合材料的導(dǎo)電石墨稀的制備方法，其步驟為： (a)載體的制備：將樹脂與溶劑放于反應(yīng)釜中，然后將反應(yīng)釜置于溫度為80-200°C烘 箱內(nèi)加熱反應(yīng)0. 5-10h，使樹脂完全溶解。
[0016] (b)導(dǎo)電衆(zhòng)料的制備：將步驟（a)中制備的載體與功能化石墨稀復(fù)合材料、助劑充 分混合后送入分散釜內(nèi)攪拌，其中功能化石墨烯復(fù)合材料與步驟（a)中制備的載體的重量 比為1:1-1:50,控制攪拌速度為450-600rpm，混合均勻得到導(dǎo)電油墨粗漿； (c) 將步驟（b)中的導(dǎo)電油墨粗漿轉(zhuǎn)移到三輥研磨機(jī)內(nèi)研磨，研磨后漿料細(xì)度為 0. 1-10um; (d) 將研磨好的物料過濾，即得到基于石墨烯復(fù)合材料的導(dǎo)電油墨成品。
[0017] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：一種基于石墨烯復(fù)合材料的導(dǎo)電油墨 及其制備方法，該導(dǎo)電石墨烯具有導(dǎo)電性能優(yōu)越且導(dǎo)電劑含量低。本發(fā)明通過將石墨烯改 性成功能化石墨烯復(fù)合材料，既保留了石墨烯的低密度及高導(dǎo)電性，又改善了石墨烯本身 易團(tuán)聚分散難的情況，進(jìn)而提高了導(dǎo)電填料與樹脂連接料之間的親和性，成功制備了在低 含量的導(dǎo)電劑下具有高導(dǎo)電性的功能化石墨烯復(fù)合材料導(dǎo)電油墨。本發(fā)明提供的導(dǎo)電油墨 制備方法簡單，體系穩(wěn)定，導(dǎo)電性好，易于印刷且膜層柔韌耐磨，可工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的基 于石墨烯復(fù)合材料的導(dǎo)電石墨烯可廣泛應(yīng)用于射頻標(biāo)簽、智能包裝、薄膜開關(guān)、導(dǎo)電線路以 及傳感器等下一代輕、柔性電子產(chǎn)品中，市場前景巨大。由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比， 具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，其實(shí)施的有益效果也是顯而易見的。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一 步地詳細(xì)描述。
[0019] 實(shí)施例1 本實(shí)施例中，各原料的質(zhì)量份數(shù)組成為：石墨烯與炭黑組成的石墨烯的碳復(fù)合材料1 份，丙烯酸樹脂1份，由二醇甲醚乙酸酯：DBE:S150#按質(zhì)量比為1:4:2混合而成的混合溶 劑5份，由消泡劑：乳化劑：增稠劑按質(zhì)量比為1:2:1混合而成的混合助劑1份。
[0020] 本發(fā)明提供的一種基于石墨烯復(fù)合材料的導(dǎo)電油墨的制備方法的制備步驟如 下： (a)載體的制備：將丙烯酸樹脂與混合溶劑混合后放于反應(yīng)釜中，然后將反應(yīng)釜置于 80°C的烘箱內(nèi)加熱反應(yīng)0. 5h使樹脂完全溶解； (b) 導(dǎo)電漿料的制備：將載體與石墨烯的碳復(fù)合材料、消泡劑充分混合后送入分散釜內(nèi) 攪拌，其中石墨烯的碳復(fù)合材料與步驟（a)中制備的載體的重量比為1:1，控制攪拌速度為 450rpm，混合均勻得到導(dǎo)電油墨粗漿； (c) 將步驟（b)中的導(dǎo)電油墨粗漿轉(zhuǎn)移到三輥研磨機(jī)內(nèi)研磨，研磨后漿料細(xì)度為 0. 1um； (d) 將研磨好的物料過濾，即得到基于石墨烯復(fù)合材料的導(dǎo)電油墨成品。
[0021] 實(shí)施例2 本實(shí)施例中，各原料的質(zhì)量份數(shù)組成為：石墨烯與炭黑組成的石墨烯的碳復(fù)合材料 2. 7份，丙烯酸樹脂1份，由二醇甲醚乙酸酯：DBE:S150#按質(zhì)量比為1:4:2混合而成的混合 溶劑10份，由消泡劑：乳化劑：增稠劑按質(zhì)量比為1:2:1混合而成的混合助劑1份。
[0022] 本發(fā)明提供的一種基于石墨烯復(fù)合材料的導(dǎo)電油墨的制備方法的制備步驟如 下： (a) 載體的制備：將丙烯酸樹脂與混合溶劑混合后放于反應(yīng)釜中，然后將反應(yīng)釜置于 80°C的烘箱內(nèi)加熱反應(yīng)0. 5h使樹脂完全溶解； (b) 導(dǎo)電漿料的制備：將載體與石墨烯的碳復(fù)合材料、消泡劑充分混合后送入分散釜內(nèi) 攪拌，其中石墨烯的碳復(fù)合材料與步驟（a)中制備的載體的重量比為1:1，控制攪拌速度為 450rpm，混合均勻得到導(dǎo)電油墨粗漿； (c) 將步驟（b)中的導(dǎo)電油墨粗漿轉(zhuǎn)移到三輥研磨機(jī)內(nèi)研磨，研磨后漿料細(xì)度為 0. 1um； (d) 將研磨好的物料過濾，即得到基于石墨烯復(fù)合材料的導(dǎo)電油墨成品。
[0023] 實(shí)施例3 本實(shí)施例中，各原料的質(zhì)量份數(shù)組成為：石墨烯與乙炔黑組成的石墨烯的碳復(fù)合材料 6. 3份，環(huán)氧樹脂10份，由二醇甲醚乙酸酯：DBE:S150#按質(zhì)量比為1:4:2混合而成的混合 溶劑30份，由增稠劑：流平劑：潤濕分散劑按質(zhì)量比為1:1:4混合而成的混合助劑4份。
[0024] 本發(fā)明提供的一種基于石墨烯復(fù)合材料的導(dǎo)電油墨的制備方法的制備步驟如 下： (a) 載體的制備：將環(huán)氧樹脂與混合溶劑混合后放于反應(yīng)釜中，然后將反應(yīng)釜置于 l〇〇°C的烘箱內(nèi)加熱反應(yīng)5h使樹脂完全溶解； (b) 導(dǎo)電漿料的制備：將載體與石墨烯的碳復(fù)合材料、消泡劑充分混合后送入分散釜內(nèi) 攪拌，其中石墨烯的碳復(fù)合材料與步驟（a)中制備的載體的重量比為1:5,控制攪拌速度為 500rpm，混合均勾得到導(dǎo)電油墨粗衆(zhòng)； (c) 將步驟（b)中的導(dǎo)電油墨粗漿轉(zhuǎn)移到三輥研磨機(jī)內(nèi)研磨，研磨后漿料細(xì)度為 10um； (d) 將研磨好的物料過濾，即得到基于石墨烯復(fù)合材料的導(dǎo)電油墨成品。
[0025] 實(shí)施例4 本實(shí)施例中，各原料的質(zhì)量份數(shù)組成為：石墨烯與石墨組成的石墨烯的碳復(fù)合材料8 份，醇酸樹脂20份，由S150# :1，3- 丁二醇：丙酮按質(zhì)量比為5:1:3混合而成的混合溶劑35 份，由潤濕分散劑：防沉淀劑：催干劑按質(zhì)量比為1:2:4混合而成的混合助劑8份。
[0026] 本發(fā)明提供的一種基于石墨烯復(fù)合材料的導(dǎo)電油墨的制備方法的制備步驟如 下： (a) 載體的制備：將環(huán)氧樹脂與混合溶劑混合后放于反應(yīng)釜中，然后將反應(yīng)釜置于 120°C的烘箱內(nèi)加熱反應(yīng)2h使樹脂完全溶解； (b) 導(dǎo)電漿料的制備：將載體與石墨烯的碳復(fù)合材料、流平劑充分混合后送入分散釜內(nèi) 攪拌，其中石墨烯的碳復(fù)合材料與步驟（a)中制備的載體的重量比為1:6,控制攪拌速度為 550rpm，混合均勾得到導(dǎo)電油墨粗衆(zhòng)； (c) 將步驟（b)中的導(dǎo)電油墨粗漿轉(zhuǎn)移到三輥研磨機(jī)內(nèi)研磨，研磨后漿料細(xì)度為6ym; (d) 將研磨好的物料過濾，即得到基于石墨烯復(fù)合材料的導(dǎo)電油墨成品。
[0027] 實(shí)施例5 本實(shí)施例中，各原料的質(zhì)量份數(shù)組成為：石墨烯與碳納米管組成的石墨烯的碳復(fù)合材 料15. 6份，酚醛樹脂60份，由DBE:乙二醇二縮水甘油醚：丙酮按質(zhì)量比6:1:3混合而成 的混合溶劑60份，由潤濕分散劑：消光劑：耐摩擦劑按質(zhì)量比為1:2:3混合