CN109627829A - 一种液态金属导电涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液态金属导电涂料，包括如下重量份的组分：所述液态金属导电涂料包括如下重量份的组分：液态金属18‑22份，基体树脂28‑32份、导电填料10‑14份、溶剂23‑27份、偶联剂3.5‑4.5份、分散剂0.1‑0.3份、消泡剂0.1‑0.3份、流平剂0.1‑0.2份。本发明提出的导电涂料利用液态金属熔点低、导电性高和安全无毒的特性的，制备得到具有稳定的高性能导电涂料；相对传统导电涂料来说，其具有分散性好，导电性能优异，安全环保，不易变质，耐磨性好等优点。

Description

一种液态金属导电涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明提供一种基于液态金属的导电涂料，属于导电涂料领域，具体涉及一种液态金属导电涂料及其制备方法和应用。

背景技术

传统的喷涂过程须经过除油、粗化、敏化、活化、还原、化学镀铜等，工程浩大，处理后续麻烦。而导电涂料喷涂在非金属产品表面就可以电镀其它金属，即节约了成本和操作简便，还可以降低环境污染，使得高分子材料表面达到防静电或屏蔽电磁波的目的，因此导电涂料在电子电路工业中充当电极及反光涂料、加热涂料、抗静电方面有重要应用。但目前导电涂料在实际应用中存在分散性较差、制备工艺复杂、稳定性能低下、不耐磨以及环保等问题。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供一种液态金属导电涂料，其克服现有导电涂料制备工艺复杂、稳定性能低、不环保等缺点。本发明提出的导电涂料利用液态金属熔点低、导电性高和安全无毒的特性的，制备得到具有稳定的高性能导电涂料；相对传统导电涂料来说，其具有分散性好，导电性能优异，安全环保，不易变质，耐磨性好等优点。

本发明的技术方案如下：

一种液态金属导电涂料，包括如下重量份的组分：所述液态金属导电涂料包括如下重量份的组分：液态金属18-22份，基体树脂28-32份、导电填料10-14份、溶剂23-27份、偶联剂3.5-4.5份、分散剂0.1-0.3份、消泡剂0.1-0.3份、流平剂0.1-0.2份。

进一步地，所述液态金属为镓基合金、铋基合金、铟基合金或锡基合金中的一种或多种，且所述液态金属为在5℃～232℃呈液态的金属。优选地，所述液态金属为镓铟、镓锡、镓锌、铋铟二元合金中的一种或多种；或为镓铟锡、镓铟锌、铟锡锌、铋铟锡、铋铟锌三元合金中的一种或多种；或为镓铟锡锌和/或铋铟锡锌四元合金；或为由铅、银、铜、铝或铬中的一种或多种元素与上述二元、三元、四元合金中的一种或多种配制而成的中低温多元合金；所述中低温多元合金的温度在RT～200℃范围内；进一步优选为BiInSn、InSn或GaInSnZn中的一种或多种。

进一步地，所述基体树脂为环氧树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种；优选丙烯酸树脂。

进一步地，所述导电填料为碳黑、碳纤维、石墨、银粉、铜粉、镀银铜粉、金属氧化物、金属薄片、镀金属玻璃纤维、金属纤维、玻璃微珠、云母中的一种或多种；优选镀银铜粉。所述导电填料的粒径在1μm-100μm，优选为1μm-40μm。

进一步地，所述溶剂为水、乙酸乙酯、乙醇、酮类、芳烃类中一种或几种；优选乙酸乙酯。

进一步地，所述流平剂为BYK-3550、二丙酮醇、聚二甲基硅氧烷中的一种或多种，优选为BYK-3550。

所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β烯甲氧基乙氧基)硅烷、钛酸酯、铝酸酯、γ三巯丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种；优选为硅烷偶联剂。

所述消泡剂为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、BYK-094、磷酸酯消泡剂中的一种或多种，优选为BYK-094。

所述分散剂为水玻璃、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、聚乙二醇型多元醇、聚乙烯亚胺衍生物、BYK-193中的一种或多种；优选为BYK-193。

作为本发明优选的实施方式之一，所述液态金属导电涂料包括如下重量份的组分：液态金属18-22份，丙烯酸树脂28-32份、镀银铜粉10-14份、乙酸乙酯23-27份、硅烷偶联剂3.5-4.5份、BYK-193 0.1-0.3份、BYK-094 0.1-0.3份、BYK-3550 0.1-0.2份。

本发明还提供一种液态金属导电涂料的制备方法，包括：

1)将偶联剂、消泡剂、分散剂、流平剂依次加入基体树脂中，边加入边搅拌，再加入溶剂，得到均匀的有机载体，室温下静置；

2)将呈液态的液态金属加入步骤1)所得有机载体中，高速搅拌使其分散，得到液态金属导电涂料。

其中，步骤1)中，所述搅拌方式为手动搅拌和磁力搅拌依次进行，只要能够使各组分混合均匀的搅拌方式均可；所述磁力搅拌转速为500rad/min-1500rad/min间隔上升，每5min增加200转；所述搅拌时间为0.5-2h。

本方法中，若所述液态金属熔点高于室温，将所述熔点高于室温的液态金属置于空气中或真空中作恒温处理；所述恒温处理时间、处理温度为液态金属合金转变为液体状态为宜；优选地，所述恒温处理时间为0.5-2h；优选地，所述处理温度高于或等于低熔点合金的熔点，更为优选地，所述处理温度高于所述低熔点合金熔点的1-10℃。

本发明还保护上述液态金属导电涂料在电子电路工业中作为电极及反光涂料、加热涂料、抗静电涂料中的应用。

本发明的有益效果在于：

(1)液态金属与基体树脂及其他功能试剂组成的有机载体形成均匀相，无需制备合金颗粒，降低成本；

(2)有机载体中添加消泡剂、分散剂、流平剂等，降低液态金属的表面张力，提高导电涂料与基体的粘附性；

(3)采用片状镀银铜粉为基础填料，改善了使用电解铜粉为填料带来的电阻率不稳定的缺点，同时也克服了使用纯银粉为填料生产的导电涂料容易产生离子迁移的不良现象。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

下述实施例中，涂层导电性能及力学性能的测试方法为：GB/T 5210、GB/T 6739-2006、GB/T 1732-1993、GB/T 1517-1973、GB/T 1410-2006。

实施例1

本实施例提供一种液体金属导电涂料，各组分及按质量份数计如表1所示：

表1

通过搅拌的方式，把丙烯酸树脂、镀银铜粉、硅烷偶联剂、BYK-094、BYK-193、BYK-3550依次加入混合成均匀有机载体，再进行磁力搅拌(转速从500rad/min至1500rad/min，每隔5分钟增加200转)，加入溶剂，对上述溶液进行搅拌0.5h使其形成混合充分形成有机载体；

将室温下呈液态的GaInSnZn合金在均质机中搅拌30min，使液态金属粘度增加后，再和上述有机载体混合，手动搅拌后进行磁力搅拌(转速为1500rad/min)0.5h后混合成均匀相，即可制成液态金属导电涂料。

经测试，涂层导电性能及力学性能如下：体积电阻率可以达到7.95×106Ω·cm，附着力可以达到0级，表干时间7min，漆膜硬度可以达到6H，耐冲击强度为69kg·cm。

实施例2：

本实施例提供一种液体金属导电涂料，各组分及按质量份数计如表2所示：

表2

通过搅拌的方式，把丙烯酸树脂、镀银铜粉、硅烷偶联剂、BYK-094、BYK-193、BYK-3550依次加入混合成均匀有机载体，再进行磁力搅拌(转速从500rad/min至1500rad/min，每隔5分钟增加200转)，加入溶剂，对上述溶液进行搅拌0.5h使其形成混合充分形成有机载体；

将单质的的液态金属原料(铟和锡)按比例称量后，放入真空高频感应熔炼炉将其溶解，将液态的InSn合金在均质机搅拌30分钟后，使液态金属粘度增加后，再和上述有机载体混合，手动搅拌后再进行磁力搅拌(转速为1500rad/min)0.5h后混合均匀，即可制成液态金属导电涂料。

经测试，涂层导电性能及机械性能如下：体积电阻率可以达到8.10×106Ω·cm，附着力可以达到0级，表干时间10min，漆膜硬度可以达到4H，耐冲击强度为73kg·cm。

实施例3

本实施例提供一种液体金属导电涂料，各组分及按质量份数计如表3所示：

表3

通过搅拌的方式，把丙烯酸树脂、镀银铜粉、硅烷偶联剂、BYK-094、BYK-193、BYK-3550依次加入混合成均匀有机载体，再进行磁力搅拌(转速从500rad/min至1500rad/min，每隔5分钟增加200转)，加入溶剂，对上述溶液进行搅拌0.5h使其形成混合充分形成有机载体；

将单质的的液态金属原料(铋、铟和锡)按比例称量后，放入真空高频感应熔炼炉将其溶解后，放入均质机中搅拌30min，使液态金属粘度增加后，再与上述有机载体混合，手动搅拌后再进行磁力搅拌(转速为1500rad/min)0.5h后混合成均匀相，即可制成液态金属导电涂料。

经测试，涂层导电性能及机械性能如下：体积电阻率可以达到7.50×106Ω·cm，附着力可以达到0级，表干时间8min，漆膜硬度可以达到4H，耐冲击强度为61kg·cm。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种液态金属导电涂料，其特征在于，包括如下重量份的组分：所述液态金属导电涂料包括如下重量份的组分：液态金属18-22份，基体树脂28-32份、导电填料10-14份、溶剂23-27份、偶联剂3.5-4.5份、分散剂0.1-0.3份、消泡剂0.1-0.3份、流平剂0.1-0.2份。

2.根据权利要求1所述的液态金属导电涂料，其特征在于，所述液态金属为镓基合金、铋基合金、铟基合金或锡基合金中的一种或多种，且所述液态金属为在5℃～232℃呈液态的金属。

3.根据权利要求2所述的液态金属导电涂料，其特征在于，所述液态金属为镓铟、镓锡、镓锌、铋铟二元合金中的一种或多种；

或为镓铟锡、镓铟锌、铟锡锌、铋铟锡、铋铟锌三元合金中的一种或多种；

或为镓铟锡锌和/或铋铟锡锌四元合金；

或为由铅、银、铜、铝或铬中的一种或多种元素与上述二元、三元、四元合金中的一种或多种配制而成的中低温多元合金；

优选为BiInSn、InSn或GaInSnZn中的一种或多种。

4.根据权利要求1-3任一所述的液态金属导电涂料，其特征在于，所述基体树脂为环氧树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种；优选丙烯酸树脂。

5.根据权利要求1-4任一所述的液态金属导电涂料，其特征在于，所述导电填料为碳黑、碳纤维、石墨、银粉、铜粉、金属氧化物、金属薄片、镀金属玻璃纤维、金属纤维、玻璃微珠、云母中的一种或多种；优选镀银铜粉。

6.根据权利要求1-5任一所述的液态金属导电涂料，其特征在于，所述导电填料的粒径在1μm-100μm，优选为1μm-40μm。

7.根据权利要求1-6任一所述的液态金属导电涂料，其特征在于，所述溶剂为水、乙酸乙酯、乙醇、酮类、芳烃类中一种或几种；优选乙酸乙酯；

和/或，所述流平剂为BYK-3550、二丙酮醇、聚二甲基硅氧烷中的一种或多种，优选为BYK-3550；

和/或，所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β烯甲氧基乙氧基)硅烷、钛酸酯、铝酸酯、γ三巯丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种；优选为硅烷偶联剂；

和/或，所述消泡剂为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、BYK-094、磷酸酯消泡剂中的一种或多种，优选为BYK-094；

和/或，所述分散剂为水玻璃、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、聚乙二醇型多元醇、聚乙烯亚胺衍生物、BYK-193中的一种或多种；优选为BYK-193。

8.根据权利要求1所述的液态金属导电涂料，其特征在于，包括如下重量份的组分：液态金属18-22份，丙烯酸树脂28-32份、镀银铜粉10-14份、乙酸乙酯23-27份、硅烷偶联剂3.5-4.5份、BYK-193 0.1-0.3份、BYK-094 0.1-0.3份、BYK-3550 0.1-0.2份。

9.一种液态金属导电涂料的制备方法，其特征在于，包括：

1)将偶联剂、消泡剂、分散剂、流平剂依次加入基体树脂中，边加入边搅拌，再加入溶剂，得到均匀的有机载体，室温下静置；

2)将呈液态的液态金属加入步骤1)所得有机载体中，高速搅拌使其分散，得到液态金属导电涂料。

10.权利要求1-9任一所述液态金属导电涂料在电子电路工业中的应用。