一種石墨烯涂料、制備方法及其施涂方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種石墨烯涂料及其制備方法和施涂方法，它包括少層石墨烯5～95wt％、膠黏劑5～95wt％、分散劑和表面活性劑0.01～50wt％、消泡劑0.01～10wt％、溶劑余量；本發(fā)明可使導(dǎo)電導(dǎo)熱涂層厚度控制在100nm～20μm；在塑料基體上，體積電阻率可達(dá)10-2～10-4ohm.cm，而在金屬基體上，體積電阻率可達(dá)10-6ohm.cm?？蓱?yīng)用于金屬表面以提高粘結(jié)性、導(dǎo)電/導(dǎo)熱性能，抗腐蝕和氧化性能；涂覆于塑料表面，可以降低摩擦阻力、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、及防靜電，可應(yīng)用于印刷電路、電子器件、射頻器件、觸摸屏、薄膜太陽(yáng)能、LED、磁屏蔽、射頻屏蔽等領(lǐng)域。
【專利說明】一種石墨烯涂料、制備方法及其施涂方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種少層石墨烯涂料、制備方法及其施涂方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 同種或異種金屬的接觸表面通常由于表面狀態(tài)，氧化膜的形成導(dǎo)致接觸電阻很 大。塑料由于其絕緣性，使其容易積聚電荷。
[0003] 通過在金屬表面涂覆一層穩(wěn)定性好的導(dǎo)電涂層，可以降低接觸電阻；在塑料表面 通常涂覆一層導(dǎo)電薄膜，包括導(dǎo)電銀膠散熱和防止靜電積聚。
[0004] 傳統(tǒng)的導(dǎo)電涂層，導(dǎo)電過程是通過摻入的導(dǎo)電微粒提供自由電子來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如石 墨、炭黑、金屬等；普通導(dǎo)電炭黑，導(dǎo)電性不夠好，涂層厚而脆，涂料附著力較差、耐滲油性 差、顏色較深；以金屬微?；蚪饘侔驳木酆衔镱w粒為原料的涂料則成本太高，易氧化、容 易分層、不便施工。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種粘結(jié)性、導(dǎo)電/導(dǎo)熱性能、抗腐 蝕和氧化性能都較好的石墨烯涂料。
[0006] 本發(fā)明的目的之二是提供所述石墨烯涂料的制備方法。
[0007] 本發(fā)明的目的之三是提供所述石墨烯涂料的施涂方法
[0008] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：
[0009] -種少層石墨烯涂料，包括少層石墨烯5?95wt%、膠黏劑5?95wt%、分散劑和 /或表面活性劑0. 01?50wt%、消泡劑0. 01?10wt%、溶劑余量；
[0010] 所述少層石墨烯厚度為10nm以下，優(yōu)選的厚度為5nm以下，更優(yōu)選的厚度為2nm 以下，最優(yōu)選的厚度為lnm以下；
[0011] 所述少層石墨烯徑厚比至少為10?10000 :1，徑厚比至少為10:1，優(yōu)選的徑厚比 至少為100:1，更優(yōu)選的徑厚比至少為1000:1，最優(yōu)選的徑厚比至少為10000:1 ;
[0012] 較佳地，所述溶劑為水、異丙醇、乙醇、丙酮、丁酮、N-甲基吡咯烷酮（NMP)、二甲基 甲酰胺（DMF)、二甲苯中的一種或幾種混合物。
[0013] 較佳地，所述分散劑為聚氯乙烯（PVC)、聚乙烯吡咯烷酮（PVP)、聚氨酯（PU)、聚氧 化乙烯（PE0)、羧甲基纖維素鈉（CMC)、聚乙二醇（PEG)、聚乙烯醇（PVA)、中的一種或幾種混 合物。
[0014] 較佳地，所述表面活性劑為烷基苯磺酸鈉、聚丙烯酸鈉、海藻酸鈉、硬脂酸鈉中的 一種或幾種混合物。
[0015] 較佳地，所述消泡劑為二甲基硅油、苯乙醇油酸酯、GP型消泡劑中的一種或幾種混 合物。
[0016] 較佳地，所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯（PVDF)、聚乙烯（PE)、聚丙烯（PP)、環(huán)氧樹脂、 聚氨脂（PU)、丁苯橡膠（SBR)、聚氧化乙烯（PEO)、聚丙烯腈（PAN)、PAA以其他熱塑性、熱固 性高分子中的一種或幾種混合物。
[0017] 所述少層石墨烯涂料的制備方法：將所述少層石墨烯、分散劑、粘結(jié)劑、消泡劑和 溶劑高速、高能分散均勻，得到所述少層石墨烯涂料。
[0018] 所述少層石墨烯涂料的施涂方法：
[0019] 步驟A.先將所述高濃度涂料稀釋至固含量0. 5?10wt %，在清潔的基材如鋁箔， 聚合物I吳表面或刮涂、或棍涂、或嗔涂、或浸涂，使涂料附著于基材表面；
[0020] 步驟B.再通過調(diào)整刮刀間隙或作用壓力和時(shí)間，調(diào)節(jié)濕膜厚度控制在1? 200 μ m ；
[0021] 步驟C.最后將上所述濕膜置于普通烘箱中烘干，烘干溫度為50?200°C，時(shí)間為 1?24h，即獲得涂層。
[0022] 較佳地，所述步驟C中所獲得的涂層厚度為100nm?20 μ m。
[0023] 較佳地，所述步驟C中所獲得的涂層厚度為100nm?2μπι;涂層體積電阻率為 10 2 ?10 6ohm. cm。
[0024] 本發(fā)明括少層石墨烯、膠黏劑、分散劑和/或表面活性劑、消泡劑、溶劑；所述少 層石墨烯厚度為lOnm以下。其中石墨烯的應(yīng)用成為材料領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。理想的石墨烯 (Graphene)是一種單原子厚（0.3354nm)的，由碳原子以sp 2雜化組成六角型呈蜂巢晶格 的二維薄膜，石墨烯是目前世上最薄卻也是最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸 收2. 3%的光；不透過任何氣體分子；導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m · K，高于碳納米管和金剛石， 常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V · s，又比碳納米管或硅單晶高，而電阻率只約10? 6Ω · cm，比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料。本發(fā)明利用少層石墨烯作為涂層 的功能載體，發(fā)揮了石墨烯導(dǎo)電、導(dǎo)熱和石墨烯薄片的隔絕空氣的優(yōu)勢(shì)?？扇〈鷤鹘y(tǒng)的導(dǎo)電 涂層，有極強(qiáng)的適用性。
[0025] 本發(fā)明可使導(dǎo)電、導(dǎo)熱涂層厚度控制在lOOnm?20 μ m范圍；在塑料基體上，體積 電阻率可達(dá)1CT2?lCT4〇hm. cm,而在金屬基體上，體積電阻率可達(dá)lCT6ohm. cm?？蓱?yīng)用于金 屬表面以提高粘結(jié)性、導(dǎo)電/導(dǎo)熱性能，抗腐蝕和氧化性能（例如，鋰離子電池、EDLC、超電 容器的金屬集流體）。涂覆于塑料表面，可以降低摩擦阻力、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、及防靜電?？蓮V泛 應(yīng)用于印刷電路、電子器件、射頻器件、觸摸屏、薄膜太陽(yáng)能、LED、磁屏蔽、射頻屏蔽等領(lǐng)域。
[0026] 具體的實(shí)施方式
[0027] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以助于本領(lǐng)域技術(shù)人員理 解本發(fā)明。
[0028] 實(shí)施例1
[0029] -種少層石墨烯涂料，包括少層石墨烯30wt%、膠黏劑（PVDF)20wt%、分散劑 (PVC)和表面活性劑（烷基苯磺酸鈉）0.01?50wt%、消泡劑（二甲基硅油、苯乙醇油酸酯、 GP型消泡劑）2wt%、溶劑（水）余量。
[0030] 制備方法：將所述少層石墨烯、分散劑、粘結(jié)劑、消泡劑和溶劑高速、高能分散均 勻，得到所述少層石墨烯涂料
[0031] 取所述少層石墨烯涂料20份，PMMA80份，加入適量的同種溶劑>5m/s攪拌分散 1小時(shí)。調(diào)整固含量至1?10%。將調(diào)好的漿料涂覆于PET膜上，測(cè)得薄膜體電阻率為 l(T2〇hm· cm，PET附著力等級(jí)為1級(jí)，鋁箔上附著力等級(jí)為0級(jí)。
[0032] 實(shí)施例2
[0033] 一種少層石墨烯涂料，包括少層石墨烯50wt%、膠黏劑（環(huán)氧樹脂）18wt%、分散 劑（PVP)和表面活性劑（聚丙烯酸鈉）0. 5wt%、消泡劑（苯乙醇油酸酯）0. 5wt%、異丙醇 余量。
[0034]制備方法：將所述少層石墨烯、分散劑、粘結(jié)劑、消泡劑和溶劑高速、高能分散均 勻，得到所述少層石墨烯涂料
[0035] 取所述少層石墨烯涂料80份，PMMA20份，其余步驟同實(shí)施例1。測(cè)得薄膜體電阻 率為lO'hm. cm，PET附著力等級(jí)為2?1級(jí)，鋁箔上附著力等級(jí)為1?0級(jí)。
[0036] 實(shí)施例3
[0037] -種少層石墨烯涂料，包括少層石墨烯20wt%、膠黏劑（PEO、PAN) 40wt%、分散劑 (PU、CMC)和表面活性劑（海藻酸鈉）5wt%、消泡劑（GP型消泡劑）5wt%、溶劑（丁酮）余 量。
[0038] 制備方法：將所述少層石墨烯、分散劑、粘結(jié)劑、消泡劑和溶劑高速、高能分散均 勻，得到所述少層石墨烯涂料
[0039] 取所述少層石墨烯涂料30份，PVDF70份，其余步驟同實(shí)施例1。測(cè)得薄膜體電阻 率為l(T 3〇hm· cm，PET附著力等級(jí)為1級(jí)，鋁箔上附著力等級(jí)為0級(jí)。
[0040] 實(shí)施例4
[0041] 一種少層石墨烯涂料，包括少層石墨烯5wt%、膠黏劑（SBR)5wt%、分散劑（PE0) 和表面活性劑（烷基苯磺酸鈉）0.01wt%、消泡劑（二甲基硅油）0.01Wt%、溶劑（二甲苯） 余量。
[0042] 制備方法：少層石墨烯涂料的制備方法：將所述少層石墨烯、分散劑、粘結(jié)劑、消 泡劑和溶劑高速、高能分散均勻，得到所述少層石墨烯涂料
[0043] 取所述少層石墨烯涂料70份，PVDF30份，其余步驟同實(shí)施例1。測(cè)得薄膜體電阻 率為5X lO'hm. cm。PET附著力等級(jí)為2?1級(jí)，鋁箔上附著力等級(jí)為1?0級(jí)。
[0044] 實(shí)施例5
[0045] 一種少層石墨烯涂料，包括少層石墨烯5wt%、膠黏劑（環(huán)氧樹脂、PU)5%、分散劑 (PEO、CMC、PEG)和表面活性劑（烷基苯磺酸鈉）10wt%、消泡劑（二甲基硅油、苯乙醇油酸 酯）10wt%、溶劑（異丙醇）余量。
[0046] 制備方法：少層石墨烯涂料的制備方法：將所述少層石墨烯、分散劑、粘結(jié)劑、消 泡劑和溶劑高速、高能分散均勻，得到所述少層石墨烯涂料
[0047] 取所述少層石墨烯涂料水。取該漿料石墨烯20份，改性聚丙烯腈（PAN) 80份，必 要時(shí)，加入醇類消泡劑如乙醇等消泡。其余步驟同實(shí)施例1。測(cè)得薄膜體電阻率為l(T2〇hm. cm，|吳厚為2 μ m，PET附著力等級(jí)為1級(jí)，錯(cuò)猜上附著力等級(jí)為0級(jí)。
[0048] 實(shí)施例6
[0049] -種少層石墨烯涂料，包括少層石墨烯10wt%、膠黏劑（環(huán)氧樹脂）10wt%、表面 活性劑（聚丙烯酸鈉）lwt%、消泡劑（GP型消泡劑）lwt%、溶劑（水）余量。
[0050] 制備方法：少層石墨烯涂料的制備方法：將所述少層石墨烯、分散劑、粘結(jié)劑、消 泡劑和溶劑高速、高能分散均勻，得到所述少層石墨烯涂料
[0051] 取所述少層石墨烯涂料80份，改性聚丙烯腈（PAN)20份，其余同實(shí)施例1。所得薄 膜體電阻率為l(T 4〇hm· cm，膜厚為10 μ m。PET附著力等級(jí)為2?1級(jí)，鋁箔上附著力等級(jí) 為1?0級(jí)。
[0052] 實(shí)施例7
[0053] -種少層石墨烯涂料，包括少層石墨烯94wt %、膠黏劑（SBR) 4wt %、分散劑 (PEG)O.Olwt%、消泡劑（二甲基硅油）0.01%、溶劑（二甲苯）余量。
[0054] 制備方法：少層石墨烯涂料的制備方法：將所述少層石墨烯、分散劑、粘結(jié)劑、消 泡劑和溶劑高速、高能分散均勻，得到所述少層石墨烯涂料
[0055] 取所述少層石墨烯涂料30份，聚丙烯酸（PAA)70份，其余同實(shí)施例1。所得薄膜體 電阻率為l(T 3〇hm· cm，膜厚為12 μ m。PET附著力為2級(jí)，鋁箔上附著力為0級(jí)。
[0056] 實(shí)施例8
[0057] -種少層石墨烯涂料，包括少層石墨烯4wt%、膠黏劑（PP)94wt%、分散劑（PVA) 和表面活性劑（烷基苯磺酸鈉）0.01 %、消泡劑（GP型消泡劑）0.01wt%、溶劑（水）余量。
[0058] 制備方法：少層石墨烯涂料的制備方法：將所述少層石墨烯、分散劑、粘結(jié)劑、消 泡劑和溶劑高速、高能分散均勻，得到所述少層石墨烯涂料
[0059] 取所述少層石墨烯涂料70份，聚丙烯酸（PAA)30份，其余同實(shí)施例1。所得薄膜體 電阻率為10_ 4〇hm. cm，膜厚為12 μ m。PET附著力為3?2級(jí)，鋁箔上附著力為1?0級(jí)。
[0060] 上述實(shí)施例，只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)限制本發(fā)明實(shí)施范圍，故凡以本 發(fā)明權(quán)利要求所述的特征及原理所做的等效變化或修飾，均應(yīng)包括在本發(fā)明權(quán)利要求范圍 之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種石墨烯涂料，其特征在于，包括少層石墨烯5?95wt%、膠黏劑5?95wt%、分 散劑和/或表面活性劑〇. 01?50wt%、消泡劑0. 01?10wt%、溶劑余量；所述少層石墨烯 厚度為l〇nm以下，所述少層石墨烯徑厚比至少為10?10000 :1。
2. 如權(quán)利要求1所述的石墨烯涂料，其特征在于，所述溶劑為水、異丙醇、乙醇、丙酮、 丁酮、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲苯中的一種或幾種混合物。
3. 如權(quán)利要求1所述的石墨烯涂料，其特征在于，所述分散劑為聚氯乙烯、聚乙烯吡咯 烷酮、聚氨酯、聚氧化乙烯、羧甲基纖維素鈉、聚乙二醇、聚乙烯醇中的一種或幾種混合物。
4. 如權(quán)利要求1所述的石墨烯涂料，其特征在于，所述表面活性劑為烷基苯磺酸鈉、聚 丙烯酸鈉、海藻酸鈉、硬脂酸鈉中的一種或幾種混合物。
5. 如權(quán)利要求1所述的石墨烯涂料，其特征在于，所述消泡劑為二甲基硅油、苯乙醇油 酸酯、GP型消泡劑中的一種或幾種混合物。
6. 如權(quán)利要求1所述的石墨烯涂料，其特征在于，所述粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯、聚乙烯、 聚丙烯、環(huán)氧樹脂、聚氨脂、丁苯橡膠、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、PAA以其他熱塑性、熱固性高 分子中的一種或幾種混合物。
7. 權(quán)利要求1-6中任意一種所述石墨烯涂料的制備方法，其特征在于，將所述少層石 墨烯、分散劑、粘結(jié)劑、消泡劑和溶劑高速、高能分散均勻，得到所述少層石墨烯涂料。
8. 權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述石墨烯涂料的施涂方法，其特征在于，具體為： 步驟A.先將所述石墨烯涂料稀釋至固含量0. 5?10wt%，在清潔的基材表面施涂，使 石墨稀涂料附著于基材表面； 步驟B.再通過調(diào)整刮刀間隙或作用壓力和時(shí)間，調(diào)節(jié)濕膜厚度； 步驟C.最后將步驟B中所述濕膜烘干，烘干溫度為50?200°C，時(shí)間為1?24h，即獲 得涂層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述石墨烯涂料的施涂方法，其特征在于，所述步驟C中所獲得的涂 層厚度為l〇〇nm?20 μ m。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述石墨烯涂料的施涂方法，其特征在于，所述步驟C中所獲得的 涂層厚度為l〇〇nm?2 μ m ;涂層體積電阻率為1(Γ2?l(T6ohm· cm。
【文檔編號(hào)】C09D7/12GK104194455SQ201410421603
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】李召平, 李琦, 蘇俊文, 蔡慶榮 申請(qǐng)人:鴻納（東莞）新材料科技有限公司