一种中高温电热用水性导电油墨及其制备方法与流程

1％、增稠剂0.1-1％、余量为去离子水，所述导电组分包括碳纳米管材料、少层石墨烯材料、多层石墨烯材料。
8.进一步的改进是：所述导电组分中各物质的占比分别为：碳纳米管材料20-30％、少层石墨烯材料30-45％、多层石墨烯材料30-45％。
9.进一步的改进是：所述润湿分散剂为含颜料亲和基团的丙烯酸嵌段共聚物。
10.进一步的改进是：所述消泡剂为有机硅消泡剂、非硅酮有机酯碳氢化合物、含疏水粒子矿物油混合物中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物。
11.进一步的改进是：所述少层石墨烯材料的层数≤10层，d50片径为4～7μm，d90片径为9～13μm。
12.进一步的改进是：所述氧化铝的细度为800～1500目。
13.进一步的改进是：所述高岭土的细度为800～1500目。
14.进一步的改进是：所述硅酮树脂乳液的固含量为60
±
2％，ph值为9.0～10.0，dv50粒径＜1.0μm。
15.进一步的改进是：所述杀菌剂的活性成分为异噻唑啉酮。
16.进一步的改进是：所述增稠剂为聚氨酯增稠剂、改性聚脲增稠剂中的任意一种或两种以任意比混合的混合物。
17.本发明还提供了该中高温电热用水性导电油墨的制备方法，包括以下步骤：
18.(1)按上述的重量百分比准备各原料物；
19.(2)先将去离子水、润湿分散剂、消泡剂、导电组分、侧链含有亲水基团的聚噻吩、芳香族超支化聚酯、n-月桂酰肌氨酸钠、瓜儿胶羟丙基三甲基氯化铵、氧化铝、高岭土加入搅拌装置中，高速分散均匀后，研磨至细度小于5μm，然后开启低速搅拌，加入硅酮树脂乳液、杀菌剂及增稠剂，搅拌均匀后进行检测，检测合格后过滤、包装。
20.制备得到的中高温电热用水性导电油墨，采用丝印、凹印等方式印制在耐高温基材如pi膜/板、云母板、陶瓷板上，采用红外烤箱加热烘干的方式干燥，即可制得通电工作在200～350℃高温环境下的电热器材。
21.通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：
22.本发明制备了一种安全、环保、无毒的中高温电热用水性导电油墨，该油墨以耐200℃以上中高温温性能优良的硅酮树脂乳液为成膜树脂，以石墨烯为导电材料，氧化铝、高岭土为填料。油墨在200℃烘干1小时后形成的导电膜，柔韧可弯曲，抗冲击性好。采用丝印、凹印等方式将油墨印制在耐高温基材如pi膜/板、云母板、陶瓷板上，即可制得通电工作在200～350℃高温环境的面发热电热器材。
23.本发明中配方中的导电组分采用碳纳米管材料-少层石墨烯材料-多层石墨烯材料复配体系，在不同维度空间相互串联，增加了体系的导电通道数量，形成紧密的导电通道，提高了油墨的导电性能。石墨烯片层间存在较强的范德华力以及π-π相互作用力，易发生聚集，很难在聚合物基体中均匀的分散，这严重影响了石墨烯发挥其自身特性。添加侧链含有亲水基团的聚噻吩，能够增强导电组分之间的界面相互作用力，将一维材料(碳纳米管)、二维材料(少层石墨烯、多层石墨烯)相互交联，不仅减轻了石墨烯的堆叠，而且形成立体的空间导电网络结构，增强了油墨的导电性能。同时，交联后还提高了导电薄膜的柔韧性。研究中意外发现，少层石墨烯与多层石墨烯的复配，能够形成多孔网络结构，油墨的导
电性能显著提高。芳香族超支化聚酯具有大π共轭结构，能够与石墨烯形成强π-π键相互作用，使石墨烯在体系中实现良好的分散。另外，添加芳香族超支化聚酯，使得油墨印制干燥后形成的导电薄膜具有柔韧性，可反复弯曲拉伸。通过上述作用，明显改善了石墨烯的团聚现象，得到了具有优异导电性能、柔韧性的油墨。
24.本发明在配方中添加n-月桂酰肌氨酸钠和瓜儿胶羟丙基三甲基氯化铵，二者复配使用能够提高石墨烯在水中的分散效果，减少团聚现象的发生，具体作用机理如下：(1)n-月桂酰肌氨酸钠的亲水基与瓜儿胶羟丙基三甲基氯化铵的亲水基产生空间位阻效应，能有效阻止无机导电粒子间的相互聚集；(2)插入石墨烯片层间的钠离子、氯离子分别与瓜儿胶羟丙基三甲基氯化铵带有正电荷的头部、n-月桂酰肌氨酸钠带有负电荷的头部产生静电斥力，阻止了石墨烯片层间的聚集。
25.选用片状结构的高岭土作为填料，可以有效解决涂膜开裂的问题(即电路中断)，导致电热器材无法正常工作。
具体实施方式
26.以下将结合具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
27.若未特别指明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所采用的试剂和产品也均为可商业获得的。所用试剂的来源、商品名以及有必要列出其组成成分者，均在首次出现时标明。
28.实施例1
29.一种中高温电热用水性导电油墨，由以下重量百分比的各原料组成：
30.[0031][0032]
其中，侧链含有亲水基团的聚噻吩是根据专利申请号：201610225149.9制备所得。所述芳香族超支化聚酯是参照现有文献制备得到的(李晓萌,孙宜思,罗运军,王兴元,吴维芬.芳香族超支化聚酯的合成及表征[j].化工新型材料,2007,35(10):36-39.)。少层石墨烯材料的层数≤10层，d50片径为4～7μm，d90片径为9～13μm；多层石墨烯材料的层数＞10层，厚度≤10nm。所述氧化铝粉体的细度为1500目；所述高岭土粉体的细度为1500目；所述硅酮树脂乳液，固含量为60
±
2％，ph值为9.0～10.0，粒径(马尔文法)dv50＜1.0μm；所述增稠剂由聚氨酯增稠剂和改性聚脲增稠剂按质量比1:1.5混合而成，其中聚氨酯增稠剂为万华化学生产的型号为9240np，改性聚脲增稠剂为德国毕克生产的型号为byk-420。
[0033]
中高温电热用水性导电油墨的制备方法，包括以下步骤：
[0034]
(1)按上述的重量百分比准备各原料物；
[0035]
(2)先将去离子水、润湿分散剂、消泡剂、碳纳米管材料、少层石墨烯材料、多层石墨烯材料、侧链含有亲水基团的聚噻吩、芳香族超支化聚酯、n-月桂酰肌氨酸钠、瓜儿胶羟丙基三甲基氯化铵、氧化铝、高岭土加入搅拌装置中，高速分散均匀后，研磨至细度小于5μm，然后开启低速搅拌，加入硅酮树脂乳液、杀菌剂及增稠剂，搅拌均匀后进行检测，检测合格后过滤、包装。
[0036]
制备得到的中高温电热用水性导电油墨，采用丝印、凹印等方式印制在耐高温基材如pi膜/板、云母板、陶瓷板上，采用红外烤箱加热烘干的方式干燥，烘干温度200℃、时间1h，即可制得通电工作在200℃～350℃高温环境下的电热器材。
[0037]
将本实施例制备的水性导电油墨涂覆在基板上，使其干膜厚度为25μm，然后将样品放置在300℃的烘箱中烘烤1d、7d、14d，发现油墨涂层表面形貌稳定无裂纹或脱落现象，且表面电阻未发生明显变化，表明该导电油墨涂层具有很好的耐温性。
[0038]
依据本实施例制备的电热膜/板测得性能为：表面电阻为450ω/
□
(膜厚25μm
±
10％)。耐折叠试验：将本实施例制备的水性导电油墨涂覆在pi膜上，用铜丝或银浆制好电极后，用涂有热熔胶的塑封膜进行塑封，将样品放在光滑木块上，以每分钟30次的速度，90
°
折叠1500次，表面电阻变化值小于5％。将本实施例制备的水性导电油墨涂覆在pi膜上，按照gb/t 6739-1996使用中华铅笔对其进行硬度测试，硬度为2h。依据gb/t 1720-89《漆膜附着力测定法》进行附着力测试，测试结果为0级。
[0039]
实施例2：
[0040]
一种中高温电热用水性导电油墨，由以下重量百分比的各原料组成：
[0041][0042][0043]
所述氧化铝粉体的细度为800目；所述高岭土粉体的细度为800目；所述硅酮树脂乳液，固含量为60
±
2％，ph值为9.0～10.0，粒径(马尔文法)dv50＜1.0μm。
[0044]
一种中高温电热用水性导电油墨的制备方法，具有如下步骤：
[0045]
(1)按上述的重量百分比准备各原料物；
[0046]
(2)先将去离子水、润湿分散剂、消泡剂、碳纳米管材料、少层石墨烯材料、多层石墨烯材料、侧链含有亲水基团的聚噻吩、芳香族超支化聚酯、n-月桂酰肌氨酸钠、瓜儿胶羟丙基三甲基氯化铵、氧化铝、高岭土加入搅拌装置中，高速分散均匀后，研磨至细度小于5μm，然后开启低速搅拌，加入硅酮树脂乳液、杀菌剂及增稠剂，搅拌均匀后进行检测，检测合格后过滤、包装。
[0047]
将本实施例制备的水性导电油墨涂覆在基板上，使其干膜厚度为25μm，然后将样品放置在300℃的烘箱中烘烤1d、7d、14d，发现油墨涂层表面形貌稳定无裂纹或脱落现象，且表面电阻未发生明显变化，表明该导电油墨涂层具有很好的耐温性。
[0048]
依据本实施例制备的电热膜/板测得性能为：表面电阻为300ω/
□
(膜厚25μm
±
10％)。耐折叠试验表明，经过90
°
折叠1500次，表面电阻变化值小于5％。将本实施例制备的水性导电油墨涂覆在pi膜上，按照gb/t 6739-1996使用中华铅笔对其进行硬度测试，硬度为2h。依据gb/t 1720-89《漆膜附着力测定法》进行附着力测试，测试结果为0级。
[0049]
实施例3：
[0050]
一种中高温电热用水性导电油墨，由以下重量百分比的各原料组成：
[0051][0052]
所述氧化铝粉体的细度为1200目；所述高岭土粉体的细度为1200目；所述硅酮树脂乳液，固含量为60
±
2％，ph值为9.0～10.0，粒径(马尔文法)dv50＜1.0μm。
[0053]
一种中高温电热用水性导电油墨的制备方法，其特征在于：具有如下步骤：
[0054]
(1)按上述的重量百分比准备各原料物；
[0055]
(2)先将去离子水、润湿分散剂、消泡剂、碳纳米管材料、少层石墨烯材料、多层石墨烯材料、侧链含有亲水基团的聚噻吩、芳香族超支化聚酯、n-月桂酰肌氨酸钠、瓜儿胶羟
丙基三甲基氯化铵、氧化铝、高岭土加入搅拌装置中，高速分散均匀后，研磨至细度小于5μm，然后开启低速搅拌，加入硅酮树脂乳液、杀菌剂及增稠剂，搅拌均匀后进行检测，检测合格后过滤、包装。
[0056]
将本实施例制备的水性导电油墨涂覆在基板上，使其干膜厚度为25μm，然后将样品放置在300℃的烘箱中烘烤1d、7d、14d，发现油墨涂层表面形貌稳定无裂纹或脱落现象，且表面电阻未发生明显变化，表明该导电油墨涂层具有很好的耐温性。
[0057]
依据本实施例制备的电热膜/板测得性能为：表面电阻为720ω/
□
(膜厚25μm
±
10％)。耐折叠试验表明，经过90
°
折叠1500次，表面电阻变化值小于5％。将本实施例制备的水性导电油墨涂覆在pi膜上，按照gb/t 6739-1996使用中华铅笔对其进行硬度测试，硬度为2h。依据gb/t 1720-89《漆膜附着力测定法》进行附着力测试，测试结果为0级。
[0058]
对比例1
[0059]
除不含侧链含有亲水基团的聚噻吩外，其他各组分的种类和含量与实施例1相同。
[0060]
对本对比例制备的导电油墨膜进行检测，其表面电阻为630ω/
□
(膜厚25μm
±
10％)。耐折叠试验表明，90
°
折叠1500次，表面电阻变化值为10％。使用中华铅笔对其进行硬度测试，硬度为2h。附着力测试结果为0级。
[0061]
对比例2
[0062]
除不含芳香族超支化聚酯外，其他各组分的种类和含量与实施例1相同。
[0063]
对本对比例制备的导电油墨膜进行检测，其表面电阻为520ω/
□
(膜厚25μm
±
10％)。耐折叠试验表明，90
°
折叠1500次，表面电阻变化值为12％。使用中华铅笔对其进行硬度测试，硬度为h。附着力测试结果为1级。
[0064]
对比例3
[0065]
除不含n-月桂酰肌氨酸钠和瓜儿胶羟丙基三甲基氯化铵外，其他各组分的种类和含量与实施例1相同。
[0066]
对本对比例制备的导电油墨膜进行检测，其表面电阻为540ω/
□
(膜厚25μm
±
10％)。耐折叠试验表明，90
°
折叠1500次，表面电阻变化值小于5％。使用中华铅笔对其进行硬度测试，硬度为2h。附着力测试结果为1级。
[0067]
对比例4
[0068]
除不含n-月桂酰肌氨酸钠外，其他各组分的种类和含量与实施例1相同。
[0069]
对本对比例制备的导电油墨膜进行检测，其表面电阻为480ω/
□
(膜厚25μm
±
10％)。耐折叠试验表明，90
°
折叠1500次，表面电阻变化值小于5％。使用中华铅笔对其进行硬度测试，硬度为2h。附着力测试结果为1级。
[0070]
对比例5
[0071]
除不含瓜儿胶羟丙基三甲基氯化铵外，其他各组分的种类和含量与实施例1相同。
[0072]
对本对比例制备的导电油墨膜进行检测，其表面电阻为500ω/
□
(膜厚25μm
±
10％)。耐折叠试验表明，90
°
折叠1500次，表面电阻变化值小于5％。使用中华铅笔对其进行硬度测试，硬度为2h。附着力测试结果为1级。
[0073]
对比例6
[0074]
除将碳纳米管材料替换成少层石墨烯材料外，其他各组分的种类和含量与实施例1相同。
[0075]
对本对比例制备的导电油墨膜进行检测，其表面电阻为550ω/
□
(膜厚25μm
±
10％)。耐折叠试验表明，90
°
折叠1500次，表面电阻变化值小于5％。使用中华铅笔对其进行硬度测试，硬度为2h。附着力测试结果为0级。
[0076]
对比例7
[0077]
除将多层石墨烯材料替换成少层石墨烯材料外，其他各组分的种类和含量与实施例1相同。
[0078]
对本对比例制备的导电油墨膜进行检测，其表面电阻为570ω/
□
(膜厚25μm
±
10％)。耐折叠试验表明，90
°
折叠1500次，表面电阻变化值小于5％。使用中华铅笔对其进行硬度测试，硬度为h。附着力测试结果为0级。
[0079]
对比例8
[0080]
除将导电组分全部采用少层石墨烯材料外，其他各组分的种类和含量与实施例1相同。
[0081]
对本对比例制备的导电油墨膜进行检测，其表面电阻为600ω/
□
(膜厚25μm
±
10％)。耐折叠试验表明，90
°
折叠1500次，表面电阻变化值小于5％。使用中华铅笔对其进行硬度测试，硬度为h。附着力测试结果为0级。
[0082]
以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。