[发明专利]一种石墨烯导电涂料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯导电涂料及其制备方法，导电涂料按重量份计包括以下组分：表面羧基化石墨烯2‑5份、聚酯多元醇120‑160份、二异氰酸酯50‑80份、催化剂0.5‑1.5份、稀释剂200‑260份；所述的石墨烯导电涂料的制备方法，包括：(1)表面羧基化石墨烯的制备；(2)羧基化石墨烯分散液的制备；(3)石墨烯导电涂料的制备；本发明将石墨烯的表面羧基化，为石墨烯基体与基体材料的反应提供更多的活性位点，利用羧基(‑COOH)与端异氰酸酯基预聚体的异氰酸酯基团(‑NCO)发生化学反应，将端异氰酸酯基预聚体接枝于石墨烯的表面，异氰酸酯基与羧基之间的反应力使得石墨烯与聚氨酯之间的结合力大大增加，增强了石墨烯在基体材料中的分散性，使石墨烯导电涂料具有更好的强度、韧性以及导电性能。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯导电涂料及其制备方法。

背景技术

导电涂料是指电导率大于10^-12S/m，涂敷在非导电基材上，使之具有传导电流和排除积累静电荷能力的一类功能涂料；导电涂料具有消除静电、抗电磁屏蔽及防腐特性，可广泛地应用于石油化工、航天航空、电子通讯，建筑以及军事工业领域；按照导电的机理，导电涂料可以分为本征型和掺合型两种；其中，本征型导电涂料主要有聚苯胺、聚吡咯电磁屏蔽涂料等，但存在合成、施工过程中难度较大，在某种程度上限制了本征型导电涂料的发展；掺合型导电涂料是指将具有导电性的导电填料掺入本身不具有导电性的涂料中，导电填料粒子在体系内部相互连接成导电通路而导电；添加型导电涂料具有设备简单、操作方便、成本低廉及可涂覆于各种复杂形状表面等优点，市场应用范围更广。

石墨烯是由单层碳原子排列成六边形晶格的一种异形体，具有碳原子sp²杂化轨道按照蜂巢晶体排列，只有一个碳原子的厚度，其独特的二维结构使得它具备了优异的电导率、热导率、电子迁移率、力学强度等性能，由于具有良好的导电性，常常作为填料掺入到导电涂料中，例如，将石墨烯掺杂在聚氨酯涂料中，利用石墨烯优良的力学、热力学性能以及良好的电子传输性能来提高添加型导电涂料的导电性和电磁屏蔽性，进而拓宽导电材料的应用领域；但石墨烯具备较大的表面积，极易出现团聚而影响其在导电材料中的导电性及透光性。

发明内容

本发明的目的是为了解决以上现有技术的不足，提出了一种石墨烯导电涂料及其制备方法，所述的导电涂料按重量份计包括以下组分：表面羧基化石墨烯2-5份、聚酯多元醇120-160份、二异氰酸酯50-80份、催化剂0.5-1.5份、稀释剂200-260份；

所述的表面羧基化石墨烯的制备方法为：用Hummers法制备氧化石墨烯，将氧化石墨烯超声分散于DMF中，然后加入NaOH和过氧化丁二酸继续超声，控制反应温度为75-90℃，反应时间为2-3h，过滤、洗涤、干燥得到羧基化氧化石墨；其中，氧化石墨烯、NaOH、过氧化丁二酸和DMF之间的比例为：1mmol:(10-13)mmol:(10-13)mmol:(15-20)ml；在羧基化氧化石墨中加入表面活性剂，超声10-20min，然后加入重氮盐溶液，保持0-4℃下加入2-2.5ml的35-38wt％的浓盐酸，搅拌8-10h，然后在室温下搅拌5-8h，洗涤、抽滤、干燥后得到表面羧基化石墨烯；其中，羧基化氧化石墨与重氮盐溶液之间的比例为1g:(0.8-0.9)ml；

所述的石墨烯导电涂料的制备方法，包括如下步骤：

S1:将计量份的稀释剂和表面羧基化石墨烯高速均匀分散，球磨处理90-200min，然后超声处理90-200min得到稳定的羧基化石墨烯分散液；

S2:在步骤(1)中的羧基化石墨烯分散液中加入计量份的聚酯多元醇、二异氰酸酯和催化剂，氮气氛下升温至70-90℃，反应2-3.5h后停止反应，减压蒸馏得到石墨烯导电涂料。

其中，计量数的聚酯多元醇与二异氰酸酯在催化剂存在下发生加成聚合反应，生成含异氰酸酯基的预聚体，再与高度分散的羧基化石墨烯进行表面接枝聚合，得到石墨烯导电涂料。