一种以石墨烯为基材的导电珠光粉的制备方法和应用

摘要

本发明提供了一种具有珠光效果的导电涂料及其制备方法。以石墨烯为基材，在其表面包覆一层氯氧化铋晶体，形成导电珠光粉。在树脂基体中加入固化剂和10wt％～45wt％的上述导电珠光粉形成导电涂料，本发明方法制备出的具有珠光效果的导电涂料导电性能强，颜色稳定，能很好的与有机溶剂相容。

权利要求

1.一种以石墨烯为基材的导电珠光粉的制备方法，其特征在于:所述制备方法包括如下步骤:（1）称取6-10g无水硝酸铋放入烧杯中，然后滴加5.4-9mL的浓盐酸，使其充分溶解，得到铋盐溶液；

（2）将氧化石墨烯分散于200mL的去离子水中，开始搅拌加热至50-80℃，并用6mol/L盐酸溶液将该溶液调到pH=1，得到氧化石墨烯溶液；氧化石墨烯用量为去离子水质量的0.1-

0. 5%；

（3）将步骤（1）中的铋盐溶液慢慢地滴加到步骤（2）的氧化石墨烯溶液中，反应1- 3小时，得到氧化石墨烯基的珠光颜料分散液；

（4）保持温度不变，向步骤（3）的珠光颜料分散液中加入还原剂，继续搅拌加热0.5-2小时，冷却至室温，经洗涤抽滤，最后烘干，得到以石墨烯为基材的导电珠光粉；

所述导电珠光粉用于制备具有珠光效果的导电膜。

2.根据权利要求1所述的以石墨烯为基材的导电珠光粉的制备方法，其特征在于:步骤（4）所述的还原剂为硫化钠，还原剂与氧化石墨烯的质量比为1:0.5-10。

3.根据权利要求1所述的以石墨烯为基材的导电珠光粉的制备方法，其特征在于:所述导电膜的制备方法为:在树脂中加入固化剂和导电珠光粉，混合均匀，制得具有珠光效果的导电涂料，将所得导电涂料涂膜、干燥、制成导电膜。

4.根据权利要求3所述的以石墨烯为基材的导电珠光粉的制备方法，其特征在于:所述树脂为环氧树脂；所述固化剂为:间苯二胺。

5.根据权利要求3所述的以石墨烯为基材的导电珠光粉的制备方法，其特征在于:所述固化剂用量为树脂质量的1-4%，导电珠光粉用量为树脂质量的10-45 %。

6.根据权利要求3所述的以石墨烯为基材的导电珠光粉的制备方法，其特征在于:所述干燥温度为30-70℃。

说明书

一种以石墨烯为基材的导电珠光粉的制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明属于涂料制备领域，具体涉及一种以石墨烯为基材的导电珠光粉的制备方法及其在导电涂料中的应用。

背景技术

[0002] 导电涂料是涂料中的一种，是伴随现代科学技术而迅速发展起来的特种功能涂料。导电涂料由于其特殊的功能，可用于消除静电、电磁屏蔽、电加热和防腐蚀，在现代电子、建筑、运输和军事等各个领域得到了广泛的应用。

[0003] 近年来，人们在追求导电性能良好的同时，对涂料的应用美观上有了更高的追求，如制备出不同颜色的导电涂料等。使导电涂料能够具有珠光效果。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种以石墨烯为基材的导电珠光粉的制备方法，并将其用于制备具有珠光效果的新型导电涂料。

[0005] 本发明提供的导电珠光粉，是以石墨烯为基质，在其表面包覆一层氯氧化铋珠光晶体的导电材料，在制备过程中通过铋盐水解生成氯氧化铋，然后包覆在氧化石墨烯上，最后添加还原剂使氧化石墨烯转化为石墨烯，从而制得以石墨烯为基质的导电珠光颜料。

[0006] 本发明以石墨烯为基材的导电珠光粉的制备方法具体步骤如下：

[0007] (1)称取6～10g无水硝酸铋放入烧杯中，然后滴加5.4～9mL的浓盐酸,使其充分溶解，得到铋盐溶液。

[0008] (2)将一定量的氧化石墨烯分散于200mL的去离子水中，开始搅拌加热至50～80℃，并用6mol/L盐酸溶液将该溶液调到pH＝1，得到氧化石墨烯溶液；其中，氧化石墨烯用量为去离子水质量的0.1％～0.5％。

[0009] (3)将步骤(1)配置的铋盐溶液慢慢地滴加到步骤(2)的氧化石墨烯溶液中，反应1～3小时，得到氧化石墨烯基的珠光颜料分散液。

[0010] (4)保持温度不变，向步骤(4)的珠光颜料分散液中加入还原剂硫化钠，继续搅拌加热0.5～2小时，将氧化石墨烯还原为石墨烯，然后冷却至室温，开始洗涤抽滤，最后烘干，得到以石墨烯为基材的氯氧化铋导电珠光粉。其中，还原剂与氧化石墨烯的质量比为1：(0.5～10)。

[0011] 本发明通过铋盐水解的方法制备氯氧化铋，制备方法直接简便，利用静电吸附作用使氯氧化铋均匀的包覆在氧化石墨烯上。采用氯氧化铋作为珠光颜料，可以节约成本，同时，氯氧化铋本身是个半导体材料，几乎不导电，而将氯氧化铋和石墨烯复合后能带来好的导电性能。

[0012] 本发明还提供了以石墨烯为基材的导电珠光粉的应用，该导电珠光粉用于制备具有珠光效果的导电膜，其制备方法为，首先制备出以石墨烯为基质，在其表面包覆一层氯氧化铋的珠光颜料，形成具有珠光效果的导电材料(导电珠光颜料)，然后，将该导电珠光颜料和固化剂一起加入到树脂基材中，将它们混合均匀，制得具有珠光效果的导电涂料，然后将其涂膜，并干燥，最后制成导电膜。其中，固化剂的添加量为所述树脂基体质量的1wt％～4wt％，导电珠光颜料的添加量为所述树脂基体质量的1wt％～45wt％。

[0013] 具体方法为：

[0014] 将制备的以石墨烯为基材的导电珠光粉和固化剂一起加入到环氧树脂中，通过机械搅拌法使其混合均匀，制得具有珠光效果的导电涂料。然后将其涂膜，并在30～70℃条件下干燥，最后制成导电膜。

[0015] 其中，导电珠光颜料的添加量为所述树脂基体的1wt％～45wt％，采用的固化剂为芳族胺类中的间苯二胺，其添加量为所述树脂基体的1wt％～4wt％。

[0016] 有益效果：本发明所提供的具有珠光效果的导电涂料的制备方法，在制备导电珠光颜料时，采用的是氯氧化铋作为珠光粉，将氯氧化铋用来制备导电珠光颜料，具有操作简便、效率高、绿色环保、成本低等优点。将导电珠光颜料与树脂和固化剂混合后，制备出的具有珠光效果的导电涂料与其他导电粉制备出的导电涂料相比，不仅具有良好的抗静电性能，同时还具有高亮度的珠光效果，使涂料在具有优良导电性能的同时又具有美观性，这是目前其他涂料所不具备的性能。

[0017] 本发明采用氯氧化铋珠光颜料作为发光基质，氯氧化铋相对于云母而言，成本低且易溶于有机溶剂，同时氯氧化铋珠光颜料溶于有机溶剂制成涂料后，其珠光效果显著增强。

具体实施方式

[0018] 为了详细说明本发明的技术内容和所实现的目的，以下结合几个实施例对本发明作进一步详细说明。

[0019] 实施例1

[0020] 步骤1、以石墨烯为基材的氯氧化铋导电珠光颜料的制备：

[0021] (1)称取10g无水硝酸铋放入烧杯中，然后滴加9mL的浓盐酸,使其充分溶解。

[0022] (2)将0.3g氧化石墨烯分散于200mL的去离子水中，开始搅拌加热至70℃，并用6mol/L盐酸溶液将该溶液调到pH＝1。

[0023] (3)将配制好的铋盐溶液慢慢地滴加到上述氧化石墨烯溶液中，反应2小时，得到氧化石墨烯基的珠光颜料分散液。

[0024] (4)保持温度不变，向上述珠光颜料分散液中加入还原剂硫化钠，继续搅拌加热1小时，将氧化石墨烯还原为石墨烯，其中，还原剂与氧化石墨烯的质量比为1：5。然后冷却至室温，开始洗涤抽滤，最后烘干，得到所述的以石墨烯基材的氯氧化铋导电珠光颜料粉末，4
其电阻率为1.2×10Ω·cm，导电性能良好。同时，该导电珠光颜料的折射率由氯氧化铋本身的2.15转变成2.21，复合石墨烯后折射率有所升高。

[0025] 步骤2、一种具有珠光效果的新型导电膜的制备：

[0026] 将步骤1制备的导电珠光颜料和固化剂一起加入到环氧树脂中，其中，导电珠光颜料的添加量为所述树脂基体的20wt％，另外，采用的固化剂为间苯二胺，其添加量为所述树脂基体的2wt％。通过机械搅拌法使其混合均匀，然后将其涂膜，并在50℃条件下干燥，最后制成导电性能良好的导电膜，其电阻率为0.8×104Ω·cm。

[0027] 实施例2

[0028] 步骤1、以石墨烯为基材的氯氧化铋导电珠光颜料的制备：

[0029] (1)称取8g无水硝酸铋放入烧杯中，然后滴加7.2mL的浓盐酸,使其充分溶解。

[0030] (2)将0.6g氧化石墨烯分散于200mL的去离子水中，开始搅拌加热至70℃，并用6mol/L盐酸溶液将该溶液调到pH＝1。

[0031] (3)将配制好的铋盐溶液慢慢地滴加到上述氧化石墨烯溶液中，反应3小时，得到氧化石墨烯基的珠光颜料分散液。

[0032] (4)保持温度不变，向上述珠光颜料分散液中加入还原剂硫化钠，继续搅拌加热0.5小时，将氧化石墨烯还原为石墨烯，其中，还原剂与氧化石墨烯的质量比为1：10。然后冷却至室温，开始洗涤抽滤，最后烘干，得到所述的以石墨烯为基材的氯氧化铋导电珠光颜料粉末，其电阻率为3.7×104Ω·cm，导电率下降。此时，该导电珠光颜料的折射率由氯氧化铋本身的2.15转变成1.97，说明珠光颜料的亮度降低。

[0033] 步骤2、一种具有珠光效果的新型导电涂料的制备：

[0034] 将步骤1中所制备的导电珠光颜料和固化剂一起加入到环氧树脂中，其中，导电珠光颜料的添加量为所述树脂基体的20wt％，另外，采用的固化剂为芳族胺类中的间苯二胺，其添加量为所述树脂基体的2wt％。然后，通过机械搅拌法使其混合均匀，然后将其涂膜，并在50℃条件下干燥，最后制成导电膜，其电阻率为3.3×104Ω·cm。

[0035] 实施例3

[0036] 步骤1、以石墨烯为基材的氯氧化铋导电珠光颜料的制备：

[0037] (1)称取6g无水硝酸铋放入烧杯中，然后滴加5.4mL的浓盐酸，使其充分溶解。

[0038] (2)将0.1g氧化石墨烯分散于200mL的去离子水中，开始搅拌加热至50℃，并用6mol/L盐酸溶液将该溶液调到pH＝1。

[0039] (3)将配制好的铋盐溶液慢慢地滴加到上述氧化石墨烯溶液中，反应3小时，得到氧化石墨烯基的珠光颜料分散液。

[0040] (4)保持温度不变，向上述珠光颜料分散液中加入还原剂硫化钠，继续搅拌加热3小时，将氧化石墨烯还原为石墨烯，其中，还原剂与氧化石墨烯的质量比为1：2。然后冷却至室温，开始洗涤抽滤，最后烘干，得到所述的以石墨烯基材的氯氧化铋导电珠光颜料粉末，其电阻率为2.8×104Ω·cm。此时，该导电珠光颜料的折射率由氯氧化铋本身的2.15转变成2.08，说明珠光颜料的亮度有所降低。

[0041] 步骤2、一种具有珠光效果的新型导电涂料的制备：

[0042] 将步骤1中所制备的导电珠光颜料和固化剂一起加入到环氧树脂中，其中，导电珠光颜料的添加量为所述树脂基体的20wt％，另外，采用的固化剂为芳族胺类中的间苯二胺，其添加量为所述树脂基体的2wt％。然后，通过机械搅拌法使其混合均匀，然后将其涂膜，并在50℃条件下干燥，最后制成导电膜，其电阻率为2.4×104Ω·cm。

[0043] 实施例4

[0044] 此实施例中步骤1的导电珠光颜料的制备方法同实施例1中的制备方法。

[0045] 步骤2、一种具有珠光效果的新型导电涂料的制备：

[0046] 将步骤1中所制备的导电珠光颜料和固化剂一起加入到环氧树脂中，其中，导电珠光颜料的添加量为所述树脂基体的40wt％，另外，采用的固化剂为芳族胺类中的间苯二胺，其添加量为所述树脂基体的4wt％。然后，通过机械搅拌法使其混合均匀，然后将其涂膜，并在70℃条件下干燥，最后制成导电膜，其导电性能有所下降，电阻率为0.9×104Ω·cm。

[0047] 实施例5

[0048] 此实施例中步骤1的导电珠光颜料的制备方法采用的是实施例1中的制备方法。

[0049] 步骤2、一种具有珠光效果的新型导电涂料的制备：

[0050] 将步骤1中所制备的导电珠光颜料和固化剂一起加入到环氧树脂中，其中，导电珠光颜料的添加量为所述树脂基体的10wt％，另外，采用的固化剂为芳族胺类中的间苯二胺，其添加量为所述树脂基体的1wt％。然后，通过机械搅拌法使其混合均匀，然后将其涂膜，并在40℃条件下干燥，最后制成导电膜，其导电性能变弱，电阻率为2.2×104Ω·cm。

[0051] 对比实施例1

[0052] 步骤1、以石墨烯为基材的氯氧化铋导电珠光颜料的制备：

[0053] (1)称取10g无水硝酸铋放入烧杯中，然后滴加9mL的浓盐酸,使其充分溶解。

[0054] (2)将0.3g氧化石墨烯分散于200mL的去离子水中，开始搅拌加热至70℃，并用6mol/L盐酸溶液将该溶液调到pH＝1。

[0055] (3)将配制好的铋盐溶液慢慢地滴加到上述氧化石墨烯溶液中，反应2小时，得到氧化石墨烯基的珠光颜料分散液。

[0056] (4)不添加还原剂，然后冷却至室温，开始洗涤抽滤，最后烘干，得到所述的以石墨烯基材的氯氧化铋导电珠光颜料粉末，其电阻率为5.7×105Ω·cm，导电性能差，此时导电珠光颜料的折射率由氯氧化铋本身的2.15变为1.87，与添加还原剂时相比，说明不添加还原剂使该导电材料的亮度有所降低。

[0057] 步骤2、一种具有珠光效果的新型导电涂料的制备：

[0058] 将步骤1中所制备的导电珠光颜料和固化剂一起加入到环氧树脂中，其中，导电珠光颜料的添加量为所述树脂基体的20wt％，另外，采用的固化剂为芳族胺类中的间苯二胺，其添加量为所述树脂基体的2wt％。然后，通过机械搅拌法使其混合均匀，然后将其涂膜，并在50℃条件下干燥，最后制成导电膜，其导电性能并没有多大改变，电阻率为5.2×105Ω·cm。

[0059] 对比实施例2

[0060] 步骤1、以石墨烯为基材的云母钛导电珠光颜料的制备：

[0061] (1)称取10g云母钛珠光粉分散于200mL的去离子水中，使其充分溶解开始搅拌加热至70℃，并用6mol/L盐酸溶液将该溶液调到pH＝1。

[0062] (2)将0.3g氧化石墨烯加入上述分散液中，反应2小时，得到氧化石墨烯基的珠光颜料分散液。

[0063] (3)保持温度不变，向上述珠光颜料分散液中加入还原剂硫化钠，继续搅拌加热1小时，将氧化石墨烯还原为石墨烯，其中，还原剂与氧化石墨烯的质量比为1：5。然后冷却至室温，开始洗涤抽滤，最后烘干，得到所述的以石墨烯基材的氯氧化铋导电珠光颜料粉末，其电阻率为4.7×104Ω·cm，导电性能差。此时，该导电珠光颜料的折射率由云母钛本身的2.52转变成2.61，说明珠光颜料的亮度有所升高。

[0064] 步骤2、一种具有珠光效果的新型导电膜的制备：

[0065] 将步骤1制备的导电珠光颜料和固化剂一起加入到环氧树脂中，其中，导电珠光颜料的添加量为所述树脂基体的20wt％，另外，采用的固化剂为间苯二胺，其添加量为所述树脂基体的2wt％。通过机械搅拌法使其混合均匀，然后将其涂膜，并在50℃条件下干燥，最后制成导电性能良好的导电膜，其电阻率为4.5×104Ω·cm。

[0066] 对比实施例3

[0067] 步骤1、以五氧化二钒为基材的氯氧化铋导电珠光颜料的制备：

[0068] (1)称取10g无水硝酸铋放入烧杯中，然后滴加9mL的浓盐酸,使其充分溶解。

[0069] (2)将0.3g五氧化二钒分散于200mL的去离子水中，开始搅拌加热至70℃，并用6mol/L盐酸溶液将该溶液调到pH＝1。

[0070] (3)将配制好的铋盐溶液慢慢地滴加到上述五氧化二钒水溶液中，反应2小时，得到五氧化二钒基的珠光颜料分散液，然后冷却至室温，开始洗涤抽滤，最后烘干，得到所述的以石墨烯基材的氯氧化铋导电珠光颜料粉末，其电阻率为8.9×104Ω·cm，导电性能差。此时，该导电珠光颜料的折射率由氯氧化铋本身的2.15转变成2.18，说明珠光颜料的亮度有所升高，但幅度不大。

[0071] 步骤2、一种具有珠光效果的新型导电膜的制备：

[0072] 将步骤1制备的导电珠光颜料和固化剂一起加入到环氧树脂中，其中，导电珠光颜料的添加量为所述树脂基体的20wt％，另外，采用的固化剂为间苯二胺，其添加量为所述树脂基体的2wt％。通过机械搅拌法使其混合均匀，然后将其涂膜，并在50℃条件下干燥，最后制成导电性能良好的导电膜，其电阻率为8.7×104Ω·cm。