一种导电浆料的制备方法与流程

1.本发明涉及导电材料制备领域，具体而言，涉及一种导电浆料的制备方法。


背景技术：

2.电阻式触觉传感器是利用传感单元电阻值的变化来响应施加力的位置和大小，传统的电阻式触觉传感器常利用具有一定电阻值的压阻材料制备。压阻材料受到应力作用时，引起能带的变化从而导致电阻值变化。在外力的作用下，压阻材料中导电粒子通过隧道效应或接触传导形成导电通路，从而引起渗流区电阻值变化；当压力继续增大到一定值，导电通路的数量接近饱和，压力增加对导电通路的影响很小，电阻值趋于平缓。压阻材料工作在渗流区才能将其感受到的压力变化转化为电阻值的变化，通过多点同步压阻测量实现对压力大小和压力区域的测量。影响压阻材料压阻响应稳定性的因素主要为导电填料在聚合物中的分散程度以及导电填料与聚合物之间的界面结合程度。当导电填料在聚合物中均匀分散时，能够形成稳定均一的导电网络。当填料与聚合物可以产生较强的界面结合时，聚合物上的应变可以及时的传递到填料上引起导电填料的有效位移，进而引起导电网络的重构，表现出优异的压阻性能。传统的聚合物基压阻复合材料，以炭黑为代表的导电填料复合的压阻材料存在灵敏度低、导电填料填充量高、重复性及耐磨性差的问题。
3.综上，在制备导电浆料领域，仍然存在亟待解决的上述问题。


技术实现要素：

4.基于此，为了解决导电浆料灵敏度低、重复性以及耐磨性差的问题，本发明提供了一种导电浆料的制备方法，具体技术方案如下：
5.一种导电浆料的制备方法，包括以下步骤：
6.将导电填料并加入去离子水中进行超声处理，得到第一悬浮液；
7.将三羟甲基氨基甲烷以及多巴胺加入去离子水中，溶解后加入所述第一悬浮液中，调节ph至8
‑
9，室温的条件下磁力搅拌5
‑
24h，然后冲洗至洗涤液为无色，得到聚多巴胺包裹的导电填料；
8.配制第二悬浮液；
9.配制质量百分比为0.3％
‑
5％的分散液，在搅拌条件下，将所述分散液添加至所述第二悬浮液中，并升温至50℃
‑
90℃，反应1h
‑
5h，然后进行真空抽滤、干燥处理以及研磨处理后得到改性导电填料粉体；
10.将所述改性导电填料粉体添加至水性树脂乳液中，高速搅拌30min
‑
2h后得到导电浆料。
11.优选地，所述导电填料为炭黑以及铜粉，且所述炭黑以及所述铜粉的重量比为99:1
‑
70:30。
12.优选地，所述炭黑以及所述铜粉的粒径均为0.5μm
‑
100μm。
13.优选地，所述超声处理的时间为30min
‑
120min。
14.优选地，调节ph后，所述三羟甲基氨基甲烷的浓度为5m mol
·
l
‑1‑
10m mol
·
l
‑1,所述多巴胺浓度为1g
·
l
‑1‑
5g
·
l
‑1。
15.优选地，所述聚多巴胺包裹的导电填料的质量占所述第二悬浮液质量的0.5％
‑
3％。
16.优选地，所述分散液经过在30mpa
‑
150mpa的条件下均质处理后，得到纳米分散液。
17.优选地，所述纳米分散液与所述第二悬浮液的重量比为1:1。
18.优选地，所述纳米分散液为纳米纤维素分散液、纳米羧甲基纤维素分散液中的一种或两种。
19.优选地，所述改性导电填料粉体占所述导电浆料的重量比为5％
‑
20％。
20.上述方案的导电浆料中通过将一定比例的炭黑以及铜粉混合后，再利用三羟甲基氨基甲烷以及多巴胺进行处理，使得导电填料的表面形成多羟基和氨基的亲水型导电填料，然后将亲水型导电填料分散于纳米分散液的三维网络结构中并与分散液中的羟基或羧基形成共价键从而得到稳定的三维交联的多层次导电网络结构，能与水性树脂乳液具有更佳的相容性，制备的导电浆料形成涂层后，具有优异的压阻灵敏度，且导电网络结构不易破坏式坍塌、压阻重复性好。另外，本技术中的还具有导电浆料制备工艺简单，环保以及制备成本低的优点。
附图说明
21.图1是本发明实施例1中制备导电浆料涂覆在铜箔上的压阻效应示意图。
具体实施方式
22.为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
23.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
24.一种导电浆料的制备方法，包括以下步骤：
25.将导电填料加入去离子水中进行超声处理，得到第一悬浮液；
26.将三羟甲基氨基甲烷以及多巴胺加入去离子水中，溶解后加入所述第一悬浮液中，调节ph至8
‑
9，室温的条件下磁力搅拌5
‑
24h，然后冲洗至洗涤液为无色，得到聚多巴胺包裹的导电填料；
27.配制第二悬浮液；
28.配制质量百分比为0.3％
‑
5％的分散液，在搅拌条件下，将所述分散液添加至所述第二悬浮液中，并升温至50℃
‑
90℃，反应1h
‑
5h，然后进行真空抽滤、干燥处理以及研磨处理后得到改性导电填料粉体；
29.将所述改性导电填料粉体添加至水性树脂乳液中，高速搅拌30min
‑
2h后得到导电浆料。
30.在其中一个实施例中，所述导电填料为炭黑以及铜粉，且所述炭黑以及所述铜粉的重量比为99:1
‑
70:30。
31.在其中一个实施例中，所述炭黑以及所述铜粉的粒径均为0.5μm
‑
100μm。
32.在其中一个实施例中，所述超声处理的时间为30min
‑
120min。
33.在其中一个实施例中，所述调节ph为：采用浓度为0.1mol
·
l
‑1‑
1mol
·
l
‑1的盐酸进行调节。
34.在其中一个实施例中，调节ph后，所述导电填料的浓度为1g
·
l
‑1‑
100g
·
l
‑1。在其中一个实施例中，调节ph后，所述三羟甲基氨基甲烷的浓度为为5m mol
·
l
‑1‑
10m mol
·
l
‑1。
35.在其中一个实施例中，调节ph后，所述多巴胺浓度为1g
·
l
‑1‑
5g
·
l
‑1。
36.在其中一个实施例中，所述聚多巴胺包裹的导电填料的质量占所述第二悬浮液质量的0.5％
‑
3％。
37.在其中一个实施例中，所述分散液经过在30mpa
‑
150mpa的条件下均质处理后，得到纳米分散液。
38.在其中一个实施例中，所述纳米分散液与所述第二悬浮液的重量比为1:1。
39.在其中一个实施例中，所述分散液为纤维素分散液、羧甲基纤维素分散液中的一种或两种混合；所述纳米分散液为纳米纤维素分散液、纳米羧甲基纤维素分散液中的一种或两种混合。
40.在其中一个实施例中，所述改性导电填料粉体占所述导电浆料的重量比为5％
‑
20％。
41.在其中一个实施例中，所述搅拌条件为2000r/min
‑
8000r/min。
42.在其中一个实施例中，所述干燥处理的温度为60℃
‑
150℃，所述干燥处理的时间为0.5h
‑
5h。
43.在其中一个实施例中，研磨处理后，所述改性导电填料粉体过50
‑
1000目筛。
44.在其中一个实施例中，所述高速搅拌的条件为500r/min
‑
3000r/min。
45.在其中一个实施例中，所述水性树脂乳液为水性聚氨酯乳液、水性丙烯酸酯乳液中的一种或两种。
46.上述方案的导电浆料中通过将一定比例的炭黑以及铜粉混合后，再利用三羟甲基氨基甲烷以及多巴胺进行处理，使得导电填料的表面形成多羟基和氨基的亲水型导电填料，然后将亲水型导电填料分散于纳米分散液的三维网络结构中并与分散液中的羟基或羧基形成共价键从而得到稳定的三维交联的多层次导电网络结构，能与水性树脂乳液具有更佳的相容性，制备的导电浆料形成涂层后，具有优异的压阻灵敏度，且导电网络结构不易破坏式坍塌、压阻重复性好。另外，本技术中的还具有导电浆料制备工艺简单，环保以及制备成本低的优点。
47.下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述。
48.实施例1：
49.将95g炭黑和5g铜粉加入去离子水中并超声处理60min，得到第一悬浮液，所述炭黑和铜粉的粒径均为20μm；
50.将三羟甲基氨基甲烷以及多巴胺加入去离子水中，溶解后加入所述第一悬浮液
中，用浓度为0.5mol
·
l
‑1的盐酸调节ph至8
‑
9，检测到导电填料的浓度为50g
·
l
‑1，三羟甲基氨基甲烷浓度为5m mol
·
l
‑1，多巴胺浓度为1g
·
l
‑1，然后在室温的条件下磁力搅拌12h，然后冲洗至洗涤液为无色，得到聚多巴胺包裹的导电填料；
51.往聚多巴胺包裹的导电填料添加去离子水，搅拌后得到第二悬浮液，且所述聚多巴胺包裹的导电填料的质量占所述第二悬浮液质量的2％；
52.配制质量百分比为2％的羧甲基纤维素分散液，经高压均质机在80mpa压力下均质3遍得到纳米羧甲基纤维素分散液；
53.将等重量的所述分散液添加至所述第二悬浮液中，以5000r/min高速搅拌分散均匀，升温至70℃，反应3h，然后进行真空抽滤，放置于100℃烘箱中干燥处理3h，最后研磨至过200目筛，得到改性导电填料粉体；
54.将占导电浆料重量比为10％的所述改性导电填料粉体添加至水性聚氨酯乳液中，在1500r/min的条件下搅拌1h后得到导电浆料。
55.实施例2：
56.将70g的炭黑和30g铜粉加入去离子水中并超声处理60min，得到第一悬浮液，所述炭黑和铜粉的粒径均为0.5μm；
57.将三羟甲基氨基甲烷以及多巴胺加入去离子水中，溶解后加入所述第一悬浮液中，用浓度为0.1mol
·
l
‑1的盐酸调节ph至8
‑
9，检测到导电填料的浓度为100g
·
l
‑1，三羟甲基氨基甲烷浓度为10m mol
·
l
‑1，多巴胺浓度为5g
·
l
‑1，然后在室温的条件下磁力搅拌24h，然后冲洗至洗涤液为无色，得到聚多巴胺包裹的导电填料；
58.往聚多巴胺包裹的导电填料添加去离子水，搅拌后得到第二悬浮液，且所述聚多巴胺包裹的导电填料的质量占所述第二悬浮液质量的0.5％；
59.配制质量百分比为0.3％的纤维素分散液，经高压均质机在30mpa压力下均质3遍得到纳米纤维素分散液；
60.将等重量的所述分散液添加至所述第二悬浮液中，以2000r/min高速搅拌分散均匀，升温至90℃，反应5h，然后进行真空抽滤，放置于150℃烘箱中干燥处理0.5h，最后研磨至过1000目筛，得到改性导电填料粉体；
61.将占导电浆料重量比为20％的所述改性导电填料粉体添加至水性聚氨酯乳液中，在500r/min的条件下搅拌2h后得到导电浆料。
62.实施例3：
63.将90g炭黑和10g铜粉加入去离子水中并超声处理30min，得到第一悬浮液，所述炭黑和铜粉的粒径均为100μm；
64.将三羟甲基氨基甲烷以及多巴胺加入去离子水中，溶解后加入所述第一悬浮液中，用浓度为1.0mol
·
l
‑1的盐酸调节ph至8
‑
9，检测到导电填料的浓度为1g
·
l
‑1，三羟甲基氨基甲烷浓度为8m mol
·
l
‑1，多巴胺浓度为5g
·
l
‑1，然后在室温的条件下磁力搅拌5h，然后冲洗至洗涤液为无色，得到聚多巴胺包裹的导电填料；
65.往聚多巴胺包裹的导电填料添加去离子水，搅拌后得到第二悬浮液，且所述聚多巴胺包裹的导电填料的质量占所述第二悬浮液质量的1％；
66.配制质量百分比为5％的羧甲基纤维素分散液，经高压均质机在150mpa压力下均质3遍得到纳米羧甲基纤维素分散液；
67.将等重量的所述分散液添加至所述第二悬浮液中，以8000r/min高速搅拌分散均匀，升温至50℃，反应1h，然后进行真空抽滤，放置于60℃烘箱中干燥处理5h，最后研磨至过50目筛，得到改性导电填料粉体；
68.将占导电浆料重量比为5％的所述改性导电填料粉体添加至水性聚氨酯乳液中，在3000r/min的条件下搅拌0.5h后得到导电浆料。
69.对比例1：
70.将95g炭黑和5g铜粉混合，得混合填料，且所述炭黑和铜粉的粒径均为20μm；
71.将占导电浆料重量比为10％的所述混合填料添加至水性聚氨酯乳液中，在1500r/min的条件下搅拌1h后得到导电浆料。
72.对比例2：
73.将70g炭黑和30g铜粉加入去离子水中并超声处理60min，得到第一悬浮液，所述炭黑和铜粉的粒径均为0.5μm；
74.将三羟甲基氨基甲烷以及多巴胺加入去离子水中，溶解后加入所述第一悬浮液中，用浓度为0.1mol
·
l
‑1的盐酸调节ph至8
‑
9，检测到导电填料的浓度为100g
·
l
‑1，三羟甲基氨基甲烷浓度为10m mol
·
l
‑1，多巴胺浓度为5g
·
l
‑1，然后在室温的条件下磁力搅拌24h，然后冲洗至洗涤液为无色，得到聚多巴胺包裹的导电填料，放置于150℃烘箱中干燥处理0.5h，最后研磨至过1000目筛，得到导电填料粉体；
75.将占导电浆料重量比为20％的所述导电填料粉体添加至水性聚氨酯乳液中，在500r/min的条件下搅拌2h后得到导电浆料。
76.对比例3：
77.将90g炭黑和10g铜粉加入去离子水中并超声处理30min，得到第一悬浮液，所述炭黑和铜粉的粒径均为100μm；
78.配制质量百分比为5％的羧甲基纤维素分散液，经高压均质机在150mpa压力下均质3遍得到纳米羧甲基纤维素分散液；
79.将等重量的所述纳米羧甲基纤维素分散液添加至所述第一悬浮液中，以8000r/min高速搅拌分散均匀，升温至50℃，反应1h，然后进行真空抽滤，放置于60℃烘箱中干燥处理5h，最后研磨至过50目筛，得到导电填料粉体；
80.将占导电浆料重量比为5％的所述导电填料粉体添加至水性聚氨酯乳液中，在3000r/min的条件下搅拌0.5h后得到导电浆料。
81.将实施例1
‑
3制备的导电浆料以及对比例1
‑
3制备的导电浆料进行相关性能测试。测试方法为将实施例
‑
3制备的导电浆料以及对比例1
‑
3制备的导电浆料分别涂覆于铝片上，涂膜厚度均为1mm，待涂膜干燥后，测试表面电阻，进行压阻循环测试以及耐磨性测试，其中，测试采用摩擦测试仪对样品进行往复摩擦100次。结果如下表1所示。
82.表1：
[0083][0084]
需要说明的是：上述优异指的是涂膜无开裂，无褶皱；一般指的是轻微开裂或褶皱；差指的是开裂或褶皱严重。从实施例1
‑
3以及对比例1
‑
3中可知，本技术能将电阻控制在500ω
‑
10000ω，在测压力传感时，通过表面电阻值变化产生电讯号。对比例中的炭黑和铜粉均未经过改性处理和纳米分散液处理，对比例2中的炭黑和铜粉均未经过纳米分散液处理，对比例3中的炭黑和铜粉均未经过改性处理，但是对比例1
‑
3中均表现出较差的重复性，耐磨性也不如实施例1
‑
3制备的导电浆，说明了本技术中的工艺在保证涂膜具有一定的电阻值的前提下，还具有优异的重复性以及耐磨性。
[0085]
图1为实施例中制备的导电浆料涂覆在铜箔上，涂膜厚度为0.3mm，并由图1中的压阻效应图可知实施例1中制备的导电浆料形成涂膜，进行多次循环后压阻效应还能继续保持，不衰减，说明了本发明制备的导电浆料形成涂膜的压阻效应的重复性以及稳定性优异。
[0086]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0087]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。