[发明专利]一种高导电水性石墨烯油墨及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高导电石墨烯油墨及其制备方法，属于涂料技术领域。本发明提供了一种高导电水性石墨烯填料油墨及其制备方法。本发明采用混酸法改性微晶纤维素，并通过不同的反应温度调控纤维素表面羧基化程度，进一步提高了纤维素的水分散性和稳定性，同时羧基化微晶纤维素作为绿色分散剂，其表面较高的羧基浓度在水相中可以提高石墨烯填料的分散浓度，以及较低的分散粒径，并与水性树脂等粘合剂产生良好的相容性，制备出的高导电的水性石墨烯油墨，在电子标签、新能源、涂料、油墨、电池、人工智能、航空航天、通信等领域有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种高导电石墨烯油墨及其制备方法，属于涂料技术领域。

背景技术

导电油墨是指将具有导电性的导电填料均匀的分散在树脂体系中，形成糊状油墨。在基 材表面涂膜后随着溶剂的挥发，树脂固化，导电粒子在体系中的空间不断减小，从而形成完 整的导电通路，使其材料表面具有一定的导电性。导电油墨由于其特殊的功能性，可用于制 备电子标签、电磁屏蔽膜、抗静电膜、电池电极等产品，在电子工业、航空航天、新能源、 工业包装、通信等领域得到了广泛的应用。

导电油墨的组分一般包括：导电填料、分散剂、溶剂、树脂基质、助剂。常用的导电碳 填料包括石墨、炭黑、石墨烯等，相较于金属系导电填料和有机大分子系导电剂，具有种类 多，成本较低，性能相对稳定，耐酸碱性强等优点。但是石墨烯填料分子没有极性基团，分 子间范德华力极强容易团聚沉降，很难均匀分散在水溶剂中。为改善石墨烯填料的水分散性 ，添加分散剂是常用的方式。其主要原理为分散剂吸附在填料粒子表面，使其兼顾亲疏水性 ，在水性介质中形成稳定的均一体系，同时与水性树脂粘合剂有着良好的相容性，进而制备 导电油墨。目前，常用的分散剂如芳香族化合物、各种表面活性剂、有机盐等，但这些分散 剂大多数都是用于有机体系，面临着很大的环境压力，在可持续发展性和安全操作性上都存 在问题，而且针对一些高导电材料应用领域，石墨烯的分散浓度也面临着巨大的挑战。

微晶纤维素是从天然高分子纤维素中提取出来的直链式多糖类物质，具有高强度，低密 度，无毒，生物可降解性，大比表面积以及一定的表面活性，已被广泛应用在生物医学、包 装、胶粘剂、催化、超级电容器等领域。微晶纤维素分子链上的极性基团羟基与碳链分别赋 予了纤维素亲水性和疏水性，已有研究表明微晶纤维素可以作为一种绿色分散剂，在水相中 分散各种无机颗粒悬浮液如粘土，石墨烯填料等。但普通的微晶纤维素的水分散性较差，对 于一些高浓度的填料在水相中的分散还有一些不足，这也限制了其在油墨涂料领域的应用。 在油墨体系中，羧基化纤维素作为分散剂，其较高的表面羧基程度可显著提高填料的分散浓 度，也可以提高与水性树脂等粘合剂之间的界面相容性。之前应用较为广泛的TEMPO氧化法 可以选择性将纤维素上的醇羟基氧化生成羧基，但反应步骤繁琐，时间长，而且TEMPO试剂 存在毒性，对环境会造成污染。类似的过硫酸铵氧化反应也存在反应时间过长，效率低等问 题。

发明内容

为了解决上述至少一个问题，本发明提供了一种水性高导电石墨烯填料油墨及其制备方 法。本发明采用混酸法改性微晶纤维素，并通过不同的反应温度制备出不同羧基含量的羧基 化纤维素纳米晶CCNC，提高了纤维素的水分散性和稳定性，并挑选出制备羧基化程度最高 的CCNC最佳温度，同时将羧基化纤维素纳米晶作为绿色分散剂，在水相中提高石墨烯填料 的分散性，并与水性树脂等粘合剂产生良好的相容性，制备出的水性高导电石墨烯油墨在电 子标签、新能源、涂料、油墨、电池、人工智能、航空航天、通信等领域有较好的应用前景

本发明的第一个目的在于提供一种水性高导电石墨烯油墨的制备方法，具体包括以下步 骤：

将导电石墨加入羧基化纤维素纳米晶水分散液中并研磨，经超声后滤布过滤，制得水性 导电浆料；

将水性导电浆料与水性树脂分散液混合，并加入助剂混合均匀，制得水性羧基化纤维素 纳米晶分散石墨烯油墨。

在一种实施方式中，所述羧基化纤维素纳米晶水分散液的制备方法为：