CN107286876A - 一种高组分的炭系材料的导电压敏胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高组分的炭系材料的导电压敏胶及其制备方法，该导电压敏胶种炭系材料为炭黑银复合微球、氧化石墨烯和纳米石墨片，所述炭黑复合材料为炭黑银复合微球，炭系材料的质量分数不低于50％，具体制备方法为：将炭黑纳米颗粒加入到银离子前驱体溶液中，加入醇磷酸酯和磷酸三丁酯，混合均匀，加入甲基丙烯酸单体，加热超声搅拌，过滤烘干，得到炭黑银复合微球；将氧化石墨烯与纳米石墨片加入含有机分散剂的丁酮中形成溶液A，将聚丙烯酸酯溶解在丁酮中形成溶液B，将溶液A与溶液B混合均匀，最后加入炭黑银复合微球，机械搅拌15‑30min后，超声波中分散均匀，去除丁酮，得到高组分的炭系材料的导电压敏胶。本发明制备的压敏胶中炭系材料含量高分布均匀，导电性能优异。

Description

一种高组分的炭系材料的导电压敏胶及其制备方法
技术领域
本发明属于压敏胶材料技术领域，具体涉及一种高组分的炭系材料的导电压敏胶及其制备方法。
背景技术
导电压敏胶是一种将导电粒子和胶粘剂基质一起形成的兼具导电和粘结的压力敏感型胶粘剂，与传统的Pb/Sn焊料及合金焊料相比，导电压敏胶具有以下优势：无需固化、分辨率高、热机械性能好、使用工艺简单、连接步骤少、与大部分材料润湿性能好、与被黏物形成很好的胶黏力，目前导电压敏胶主要应用于屏蔽电磁干扰、静电耗散和导电性连接。
目前用于导电压敏胶的导电粒子种类可分为镀银材料、铜系材料和炭系材料。中国专利CN 103450830B公开一种高性能磁性导电压敏胶的制备，该导电压敏胶以溶剂型聚丙烯酸酯为树脂基质，以改性氧化石墨烯为磁性导电材料，将氧化石墨烯与含氯化铂的盐酸溶液金硼酸活化后表面镀镍得到磁性导电材料，将磁性导电材料经γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷KH570作为偶联剂与溶剂型聚丙烯酸酯偶联，得到高性能磁性导电压敏胶。中国专利CN 106366983A公开的丙烯酸酯电磁屏蔽压敏胶及其制备方法，将氧化石墨烯与含环氧基团的丙烯酸酯单体以化学键的方式连接形成含石墨烯的丙烯酸酯单体，再将含石墨烯的丙烯酸酯单体与其他丙烯酸酯单体混合，制备得到丙烯酸酯电磁屏蔽压敏胶。中国专利CN 104946142A公开的基于碳纳米管的透明防静电压敏胶结构及其应用，将复数碳纳米管批次搭接形成的碳纳米管透明导电网络的上下由压敏胶层覆设。由上述现有技术可知，炭系材料可以通过物理添加、化学键结合等方式与压敏胶结合，以解决炭系材料分散困难的问题，但是化学键结合的炭系材料的含量提高较困难，物理添加的炭系材料的含量越高分散越困难，因此提高较高含量的炭系材料在导电压敏胶中的分散问题显得十分必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高组分的炭系材料的导电压敏胶及其制备方法，将炭系材料以球状、溶液状和片状分布于压敏胶中，并且对碳系材料进行改性整理，以得到高含量高分散度的导电压敏胶。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种高组分的炭系材料的导电压敏胶，所述炭系材料为炭黑复合材料、氧化石墨烯和纳米石墨片，所述炭黑复合材料为炭黑银复合微球，所述压敏胶为聚丙烯酸酯压敏胶，所述炭系材料在高组分的炭系材料的导电压敏胶的质量分数不低于50％。
本发明还提供一种高组分的炭系材料的导电压敏胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将炭黑纳米颗粒加入到银离子前驱体溶液中，加入醇磷酸酯和磷酸三丁酯，混合均匀，加入甲基丙烯酸单体，加热超声搅拌，过滤烘干，得到炭黑银复合微球；
(2)将氧化石墨烯与纳米石墨片加入含有机分散剂的丁酮中形成溶液A，将聚丙烯酸酯溶解在丁酮中形成溶液B，将溶液A与溶液B混合均匀，最后加入步骤(1)制备的炭黑银复合微球，机械搅拌15-30min后，超声波中分散均匀，去除丁酮，得到高组分的炭系材料的导电压敏胶。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，银离子前驱体溶液中银离子前驱体为碳酸银，碳酸银的质量分数为100-150mg/ml。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，炭黑银复合微球中炭黑与银粒子的质量分数为20-30％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，炭黑银复合微球的粒径为10-30μm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，纳米石墨微片的厚度为50-80nm，直径为1.5-2μm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，有机分散剂为胆酸钠。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，溶液A中氧化石墨烯与纳米石墨片的质量分数为20-30％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，高组分的炭系材料的导电压敏胶中氧化石墨烯、纳米石墨片和炭黑银复合微球的质量分数不低于50％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，氧化石墨烯、纳米石墨片和炭黑银复合微球的质量比为3-5:2-3:0.8-1.2。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的高组分的炭系材料的导电压敏胶中包含有球状、溶液状和片状的炭系材料，其中球状为改性炭黑球，溶液状为改性石墨烯，片状为石墨片，改性炭黑球是炭黑与银粒子的复合微球，改性石墨烯为氧化石墨烯，利用改性的球状、溶液状和片状的炭系材料与聚丙烯酸酯压敏胶混合，改性后的炭系材料与聚丙烯酸酯的混合更加均匀，且不同形状和材料的碳系材料更容易分布于聚丙烯酸酯的各个区域，进一步提高压敏胶中碳系材料的含量和均匀度，以提高压敏胶的导电性能。
(2)本发明制备方法简单，可操作性强，制备的导电压敏胶中炭系材料含量高，可显著提高炭系材料在聚丙烯酸酯压敏胶中的含量，以进一步提高压敏胶的导电性能。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)按照炭黑纳米颗粒与银离子的摩尔比为2:1，将粒径为50-200n m的炭黑纳米颗粒加入到100mg/ml碳酸银溶液中形成100份的前驱体溶液，加入0.5份的质量比为1:1的醇磷酸酯和磷酸三丁酯，混合均匀，加入5份的甲基丙烯酸单体，在60℃下加热超声搅拌5h，过滤烘干，得到粒径为10μm的炭黑银复合微球，其中，炭黑银复合微球中炭黑与银粒子的质量分数为20％。
(2)将氧化石墨烯与厚度为50-80nm，直径为1.5-2μm的纳米石墨片加入含胆酸钠有机分散剂的丁酮中形成溶液A，其中，溶液A中氧化石墨烯与纳米石墨片的质量分数为20％，将聚丙烯酸酯溶解在丁酮中形成溶液B，将溶液A与溶液B混合均匀，最后加入炭黑银复合微球，机械搅拌15min后，超声波中分散均匀，去除丁酮，得到高组分的炭系材料的导电压敏胶，其中，高组分的炭系材料的导电压敏胶中氧化石墨烯、纳米石墨片和炭黑银复合微球的质量比为3:2:0.8。
实施例2：
(1)按照炭黑纳米颗粒与银离子的摩尔比为4:1，将粒径为50-200nm的炭黑纳米颗粒加入到150mg/ml碳酸银溶液中形成100份的前驱体溶液，加入2份的质量比为1:1的醇磷酸酯和磷酸三丁酯，混合均匀，加入20份的甲基丙烯酸单体，在70℃下加热超声搅拌6h，过滤烘干，得到粒径为30μm的炭黑银复合微球，其中，炭黑银复合微球中炭黑与银粒子的质量分数为30％。
(2)将氧化石墨烯与厚度为50-80nm，直径为1.5-2μm的纳米石墨片加入含胆酸钠有机分散剂的丁酮中形成溶液A，其中，溶液A中氧化石墨烯与纳米石墨片的质量分数为30％，将聚丙烯酸酯溶解在丁酮中形成溶液B，将溶液A与溶液B混合均匀，最后加入炭黑银复合微球，机械搅拌30min后，超声波中分散均匀，去除丁酮，得到高组分的炭系材料的导电压敏胶，其中，高组分的炭系材料的导电压敏胶中氧化石墨烯、纳米石墨片和炭黑银复合微球的质量比为5:3:1.2。
实施例3：
(1)按照炭黑纳米颗粒与银离子的摩尔比为2.5:1，将粒径为50-200nm的炭黑纳米颗粒加入到120mg/ml碳酸银溶液中形成100份的前驱体溶液，加入1份的质量比为1:1的醇磷酸酯和磷酸三丁酯，混合均匀，加入5-20份的甲基丙烯酸单体，在65℃下加热超声搅拌5-6h，过滤烘干，得到粒径为13μm的炭黑银复合微球，其中，炭黑银复合微球中炭黑与银粒子的质量分数为24％。
(2)将氧化石墨烯与厚度为50-80nm，直径为1.5-2μm的纳米石墨片加入含胆酸钠有机分散剂的丁酮中形成溶液A，其中，溶液A中氧化石墨烯与纳米石墨片的质量分数为26％，将聚丙烯酸酯溶解在丁酮中形成溶液B，将溶液A与溶液B混合均匀，最后加入炭黑银复合微球，机械搅拌20min后，超声波中分散均匀，去除丁酮，得到高组分的炭系材料的导电压敏胶，其中，高组分的炭系材料的导电压敏胶中氧化石墨烯、纳米石墨片和炭黑银复合微球的质量比为4:2.5:0.9。
实施例4：
(1)按照炭黑纳米颗粒与银离子的摩尔比为3.5:1，将粒径为50-200nm的炭黑纳米颗粒加入到140mg/ml碳酸银溶液中形成100份的前驱体溶液，加入0.8份的质量比为1:1的醇磷酸酯和磷酸三丁酯，混合均匀，加入8份的甲基丙烯酸单体，在70℃下加热超声搅拌5h，过滤烘干，得到粒径为20μm的炭黑银复合微球，其中，炭黑银复合微球中炭黑与银粒子的质量分数为24％。
(2)将氧化石墨烯与厚度为50-80nm，直径为1.5-2μm的纳米石墨片加入含胆酸钠有机分散剂的丁酮中形成溶液A，其中，溶液A中氧化石墨烯与纳米石墨片的质量分数为25％，将聚丙烯酸酯溶解在丁酮中形成溶液B，将溶液A与溶液B混合均匀，最后加入炭黑银复合微球，机械搅拌25min后，超声波中分散均匀，去除丁酮，得到高组分的炭系材料的导电压敏胶，其中，高组分的炭系材料的导电压敏胶中氧化石墨烯、纳米石墨片和炭黑银复合微球的质量比为4.5:2.7:1.1。
实施例5：
(1)按照炭黑纳米颗粒与银离子的摩尔比为3.5:1，将粒径为50-200nm的炭黑纳米颗粒加入到135mg/ml碳酸银溶液中形成100份的前驱体溶液，加入1.5份的质量比为1:1的醇磷酸酯和磷酸三丁酯，混合均匀，加入5-20份的甲基丙烯酸单体，在65℃下加热超声搅拌6h，过滤烘干，得到粒径为20μm的炭黑银复合微球，其中，炭黑银复合微球中炭黑与银粒子的质量分数为30％。
(2)将氧化石墨烯与厚度为50-80nm，直径为1.5-2μm的纳米石墨片加入含胆酸钠有机分散剂的丁酮中形成溶液A，其中，溶液A中氧化石墨烯与纳米石墨片的质量分数为27％，将聚丙烯酸酯溶解在丁酮中形成溶液B，将溶液A与溶液B混合均匀，最后加入炭黑银复合微球，机械搅拌20min后，超声波中分散均匀，去除丁酮，得到高组分的炭系材料的导电压敏胶，其中，高组分的炭系材料的导电压敏胶中氧化石墨烯、纳米石墨片和炭黑银复合微球的质量比为3.5:2.5:1.1。
实施例6：
(1)按照炭黑纳米颗粒与银离子的摩尔比为3.5:1，将粒径为50-200nm的炭黑纳米颗粒加入到150mg/ml碳酸银溶液中形成100份的前驱体溶液，加入0.9份的质量比为1:1的醇磷酸酯和磷酸三丁酯，混合均匀，加入15份的甲基丙烯酸单体，在67℃下加热超声搅拌5.5h，过滤烘干，得到粒径为20μm的炭黑银复合微球，其中，炭黑银复合微球中炭黑与银粒子的质量分数为24％。
(2)将氧化石墨烯与厚度为50-80nm，直径为1.5-2μm的纳米石墨片加入含胆酸钠有机分散剂的丁酮中形成溶液A，其中，溶液A中氧化石墨烯与纳米石墨片的质量分数为27％，将聚丙烯酸酯溶解在丁酮中形成溶液B，将溶液A与溶液B混合均匀，最后加入炭黑银复合微球，机械搅拌20min后，超声波中分散均匀，去除丁酮，得到高组分的炭系材料的导电压敏胶，其中，高组分的炭系材料的导电压敏胶中氧化石墨烯、纳米石墨片和炭黑银复合微球的质量比为4.5:2:1.2。
经检测，实施例1-6制备的高组分的炭系材料的导电压敏胶的炭系材料的含量、电阻率、的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的高组分的炭系材料的导电压敏胶的炭系材料含量高，导电性能优异，而且高组分的炭系材料的导电压敏胶各部分电阻率分布均匀。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种高组分的炭系材料的导电压敏胶，其特征在于：所述炭系材料为炭黑复合材料、氧化石墨烯和纳米石墨片，所述炭黑复合材料为炭黑银复合微球，所述压敏胶为聚丙烯酸酯压敏胶，所述炭系材料在高组分的炭系材料的导电压敏胶的质量分数不低于50％。
2.一种高组分的炭系材料的导电压敏胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将炭黑纳米颗粒加入到银离子前驱体溶液中，加入醇磷酸酯和磷酸三丁酯，混合均匀，加入甲基丙烯酸单体，加热超声搅拌，过滤烘干，得到炭黑银复合微球；
(2)将氧化石墨烯与纳米石墨片加入含有机分散剂的丁酮中形成溶液A，将聚丙烯酸酯溶解在丁酮中形成溶液B，将溶液A与溶液B混合均匀，最后加入步骤(1)制备的炭黑银复合微球，机械搅拌15-30min后，超声波中分散均匀，去除丁酮，得到高组分的炭系材料的导电压敏胶。
3.根据权利要求2所述的一种高组分的炭系材料的导电压敏胶的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，银离子前驱体溶液中银离子前驱体为碳酸银，碳酸银的质量分数为100-150mg/ml。
4.根据权利要求2所述的一种高组分的炭系材料的导电压敏胶的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，炭黑银复合微球中炭黑与银粒子的质量分数为20-30％。
5.根据权利要求2所述的一种高组分的炭系材料的导电压敏胶的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，炭黑银复合微球的粒径为10-30μm。
6.根据权利要求2所述的一种高组分的炭系材料的导电压敏胶的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，纳米石墨微片的厚度为50-80nm，直径为1.5-2μm。
7.根据权利要求2所述的一种高组分的炭系材料的导电压敏胶的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，有机分散剂为胆酸钠。
8.根据权利要求2所述的一种高组分的炭系材料的导电压敏胶的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，溶液A中氧化石墨烯与纳米石墨片的质量分数为20-30％。
9.根据权利要求2所述的一种高组分的炭系材料的导电压敏胶的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，高组分的炭系材料的导电压敏胶中氧化石墨烯、纳米石墨片和炭黑银复合微球的质量分数不低于50％。
10.根据权利要求2所述的一种高组分的炭系材料的导电压敏胶的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，氧化石墨烯、纳米石墨片和炭黑银复合微球的质量比为3-5:2-3:0.8-1.2。
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张翼 等: "纳米石墨微片/聚丙烯酸酯导电压敏胶的制备研究", 《航空材料学报》 *
董先明等: "原位聚合法制备炭黑/聚甲基丙烯酸酯导电复合材料", 《高分子材料科学与工程》 *
马缓 等: "复合填料/聚丙烯酸酯导电压敏胶的制备与性能", 《化工进展》 *

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