石墨烯碳顆粒共分散體及其制造方法技術

使用聚合物型分散劑產生不同類型的石墨烯碳顆粒的共分散體。該石墨烯碳顆粒的一部分可以熱產生。該聚合物型分散劑可包括與羧酸反應的錨固嵌段，該錨固嵌段包括(甲基)丙烯酸縮水甘油基酯、(甲基)丙烯酸3,4?環氧基環己基甲基酯、(甲基)丙烯酸2?(3,4?環氧基環己基)乙基酯、烯丙基縮水甘油基醚及其混合物，該羧酸包括3?羥基?2?萘甲酸、對?硝基苯甲酸、己酸、2?乙基己酸、癸酸和/或十一烷酸。該聚合物型分散劑也可包括包含至少一種(甲基)丙烯酸烷基酯的至少一個尾部嵌段。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】石墨烯碳顆粒共分散體及其制造方法相關申請的交叉引用本申請是2013年12月9日提交的美國專利申請系列號14/100,064的部分繼續,并且是2014年3月28日提交美國專利申請系列號14/348,280的部分繼續,其在此通過引用并入。專利
本專利技術涉及石墨烯碳顆粒共分散體和制造這樣的共分散體的方法。專利技術背景石墨烯碳顆粒具有許多潛在用途，例如在墨水和涂層中。然而，已發現石墨烯碳顆粒難以分散于各種介質中，例如有機溶劑和水。已使用乙基纖維素作為分散助劑試圖改良石墨烯碳顆粒的分散體。然而，需要石墨烯碳顆粒的經改良分散體以改良墨水和涂層和含有這樣的顆粒的其他材料的性質。例如，電導率性質可利用各種類型的墨水和涂層中的石墨烯碳顆粒的經改良分散體進行改良，例如透明涂層、有色涂層、底漆涂層、靜電耗散涂層和印刷電子器件、電池、電容器、電跡線(electrictrace)、天線、電加熱涂層等。
技術實現思路
本專利技術的方面提供了共分散體，其包含：溶劑；至少一種聚合物型分散劑；和共分散于該溶劑和該至少一種聚合物型分散劑中的至少兩種類型的石墨烯碳顆粒。本專利技術的另一方面提供了由共分散體產生的導電涂層，該共分散體包含：溶劑；至少一種聚合物型分散劑；和共分散于該溶劑和該至少一種聚合物型分散劑中的至少兩種類型的石墨烯碳顆粒。本專利技術的再一方面提供了方法，其包括在至少一種聚合物型分散劑的存在下將至少兩種類型的石墨烯碳顆粒共分散于溶劑中，以由此產生至少兩種類型的石墨烯碳顆粒在溶劑和至少一種聚合物型分散劑中的共分散體。附圖說明圖1是圖解說明根據本專利技術的實施方式的含有石墨烯碳顆粒的涂層的電導率性質的圖表。具體實施方式根據本專利技術的實施方式，石墨烯碳顆粒通過使用聚合物型分散劑共分散于墨水和涂層和其他材料中以提供期望的性質，例如增加的電導率。盡管本文主要描述其中石墨烯碳顆粒共分散于墨水和涂層內的實施方式，但應理解，具有這樣的共分散體的其他類型材料也在本專利技術范圍內，例如電池、電容器、電跡線等。如本文所用，術語“共分散”意指不同類型的石墨烯碳顆粒一起分散于含有聚合物型分散劑的介質(例如溶劑)中，以形成石墨烯碳顆粒遍及介質而無顆粒的大量聚結的基本上均勻的分散體。如本文所用，術語“混合物”意指不同類型的石墨烯碳顆粒分別分散于介質中，隨后將分別的分散體混合在一起。聚結的存在可通過標準方法(例如TEM顯微圖像的目視分析)來測定。聚結也可通過標準粒徑測量技術、以及含有該石墨烯碳顆粒的材料的電導率的測量或光學特征的測量(例如色彩、霧度、黑度(jetness)、反射率和透射性質)來檢測。一起分散的不同類型的石墨烯顆粒可包含具有不同粒徑分布、厚度、縱橫比、結構形態、邊緣官能團(functionality)和/或氧含量的顆粒。在某些實施方式中，石墨烯碳顆粒是通過不同工藝(例如熱生產方法、剝離方法等)制得，如下文更全面描述。如本文所用，術語“導電的”當是指含有石墨烯碳顆粒的墨水或涂層時，意指墨水或涂層具有至少0.001S/m的電導率。例如，涂層可具有至少0.01S/m或至少10S/m的電導率。通常，電導率可為100S/m至100,000S/m或更高。在某些實施方式中，電導率可為至少1,000S/m或至少10,000S/m。例如，電導率可為至少20,000S/m、或至少30,000S/m或至少40,000S/m。根據某些實施方式，墨水或涂層在不添加石墨烯碳顆粒的情形中并不展現出顯著的電導率。例如，固化或干燥的聚合物型樹脂可具有不可測量的電導率，而包括石墨烯碳顆粒的本專利技術的固化或干燥的聚合物型樹脂可展現出電導率，如上所提及。在某些實施方式中，基于材料的總固體計，石墨烯碳顆粒可以0.1重量％至95重量％的量共分散于基質材料(例如成膜樹脂)內。例如，石墨烯碳顆粒可占該材料的1重量％至90重量％、或5重量％至85重量％。在某些實施方式中，材料中所含石墨烯碳顆粒的量可相對較大，例如40重量％或50重量％直至90重量％或95重量％。例如，石墨烯碳顆粒可占60重量％至85重量％、或70重量％至80重量％。在某些實施方式中，墨水或涂層的電導率性質可隨著石墨烯碳顆粒的相對較少量添加(例如小于50重量％、或小于30重量％)而顯著增加。在某些實施方式中，涂層或其他材料在石墨烯碳顆粒的相對較低負載下可具有足夠高的電導率。例如，上述電導率可在小于20重量％或15重量％的石墨烯碳顆粒負載下實現。在某些實施方式中，顆粒負載可小于10重量％或8重量％、或小于6重量％或5重量％。例如，對于包含自身不導電的成膜聚合物或樹脂的涂層而言，3重量％至5重量％石墨烯碳顆粒的分散體可提供至少0.1S/m、例如或至少10S/m的電導率。該組合物可包含本領域中已知的任意各種熱塑性和/或熱固性組合物中。例如，涂料組合物可包含選自以下的成膜樹脂：環氧樹脂、丙烯酸類聚合物、聚酯聚合物、聚氨酯聚合物、聚酰胺聚合物、聚醚聚合物、雙酚A基環氧聚合物、聚硅氧烷聚合物、苯乙烯、乙烯、丁烯、其共聚物及其混合物。一般而言，這些聚合物可為通過本領域技術人員已知的任意方法制得的這些類型的任意聚合物。這樣的聚合物可為溶劑型、水溶性或水可分散、可乳化，或具有有限的水溶性。此外，聚合物可以溶膠凝膠體系提供，可以核-殼聚合物體系提供，或可以粉末形式提供。在某些實施方式中，聚合物是在包含水和/或有機溶劑的連續相中的分散體，例如乳液聚合物或非水性分散體。除樹脂和石墨烯碳顆粒組分以外，根據本專利技術某些實施方式的涂料或其他材料可包括常規地添加至涂層或墨水組合物的額外組分，例如交聯劑、顏料、調色劑(tint)、流動助劑、消泡劑、分散劑、溶劑、UV吸收劑、催化劑和表面活性劑。熱固性或可固化涂料組合物通常包含具有與自身或交聯劑有反應性的官能團的成膜聚合物或樹脂。成膜樹脂上的官能團可選自任意各種反應性官能團，包括例如羧酸基團、胺基團、環氧基團、羥基、硫醇基團、氨基甲酸酯基團、酰胺基團、脲基團、異氰酸酯基團(包括封閉的異氰酸酯基團和三-烷基氨基甲酰基三嗪)、硫醇基團、苯乙烯基團、酸酐基團、乙酰乙酸酯丙烯酸酯、脲二酮及其組合。熱固性涂料組合物通常包含交聯劑，其可選自例如氨基塑料、多異氰酸酯(包括封閉的異氰酸酯)、多環氧化物、β-羥基烷基酰胺、多元酸、酸酐、有機金屬酸官能材料、多胺、聚酰胺及任意上述的混合物。適宜的多異氰酸酯包括多官能異氰酸酯。多官能多異氰酸酯的實例包括脂肪族二異氰酸酯(如六亞甲基二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯)、和芳香族二異氰酸酯(例如甲苯二異氰酸酯和4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯)。多異氰酸酯可以封閉的或未封閉的。其他適宜的多異氰酸酯的實例包括異氰尿酸酯三聚體、脲基甲酸酯和二異氰酸酯的脲二酮。市售的多異氰酸酯的實例包括Bayer公司出售的DESMODURN3390和Rhodia公司出售的TOLONATEHDT90。適宜的氨基塑料包括胺和/或酰胺與醛的縮合物。例如，三聚氰胺與甲醛的縮合物是適宜的氨基塑料。適宜的氨基塑料在本領域中是熟知的。適宜的氨基塑料公開于例如美國專利號6,316，119第5欄第45-55行中，其以引用的方式并入本文中。在某些實施方式中，樹脂可自交聯。自交聯意指樹脂含有能夠與自身反應的官能團(例如烷氧基硅烷基團)或反應產物含有共反應性的官本文檔來自技高網...

【技術保護點】
共分散體，其包含：溶劑；至少一種聚合物型分散劑；和共分散于該溶劑和該聚合物型分散劑中的至少兩種類型的石墨烯碳顆粒。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.07.22 US 14/337,4271.共分散體，其包含：溶劑；至少一種聚合物型分散劑；和共分散于該溶劑和該聚合物型分散劑中的至少兩種類型的石墨烯碳顆粒。2.權利要求1的共分散體，其中一種類型的石墨烯碳顆粒包括熱產生的石墨烯碳顆粒。3.權利要求2的共分散體，其中該熱產生的石墨烯碳顆粒占該石墨烯碳顆粒總量的4重量％至40重量％。4.權利要求2的共分散體，其中該熱產生的石墨烯碳顆粒占該石墨烯碳顆粒總量的10重量％至30重量％。5.權利要求1的共分散體，其中石墨烯碳顆粒與該聚合物型分散劑的重量比為1:10至10:1。6.權利要求1的共分散體，其中該至少一種聚合物型分散劑包含：a)與羧酸反應的錨固嵌段，該錨固嵌段包括(甲基)丙烯酸縮水甘油基酯、(甲基)丙烯酸3,4-環氧基環己基甲基酯、(甲基)丙烯酸2-(3,4-環氧基環己基)乙基酯、烯丙基縮水甘油基醚或其混合物，該羧酸包括3-羥基-2-萘甲酸、對-硝基苯甲酸、己酸、2-乙基己酸、癸酸和/或十一烷酸；和b)包含至少一種(甲基)丙烯酸烷基酯的至少一個尾部嵌段。7.權利要求6的共分散體，其中該錨固嵌段包含(甲基)丙烯酸縮水甘油基酯。8.權利要求7的共分散體，其中該至少一個尾部嵌段包含至少兩種(甲基)丙烯酸烷基酯。9.權利要求7的共分散體，其中該至少一個尾部嵌段包含甲氧基聚(丙二醇)單(甲基)丙烯酸酯。10.權利要求1的共分散體，其進一步包含至少一種成膜樹脂。11.權利要求10的共分散體，其中該至少一種成膜樹脂包括環氧樹脂、丙烯酸類聚合物、聚酯聚合物、聚氨酯聚合物、聚酰胺聚合物、聚醚聚合物、雙酚A基環氧聚合物、聚硅氧烷聚合物、苯乙烯、乙烯、丁烯、其共聚物或其組合。12.權利要求10的共分散體，其中由該共...

【專利技術屬性】
技術研發人員：E·L·戴克，C·B·內蒂格，N·R·瓦尼爾，洪正宏，
申請(專利權)人：PPG工業俄亥俄公司，
類型：發明
國別省市：美國,US