一种组合物及石墨烯纳米片的制备方法与流程

本发明属于功能性涂料
技术领域：
，尤其涉及一种组合物及石墨烯纳米片的制备方法。
背景技术：
：随着5g时代的到来，智能手机、平板电脑、电话手表等电子产品智能化和复杂化程度越来越高，其中核心组件cpu、gpu的集成密度持续增大，虽然提供了强大又智能的使用功能，但巨大的功耗带来了发热量的急剧增加。持续发热导致器件温度的升高，严重影响产品的可靠性和稳定性，如设备运行速度减慢、器件故障，甚至引起安全问题，因此需要采用散热方案将这些器件产生的热量及时散发出去。目前，散热膜行业产品主要为天然石墨、人工石墨散热膜和高导热金属片；其中，传统的高导热金属片散热性能已经不能满足日益提高的散热需求，逐步被天然石墨、人工石墨散热膜取代，而天然石墨因为自身的微观结构等因素，散热效果较差；相对而言，人工石墨散热效果相对较好，目前性能比较好的方式是利用压延法来制备，主要采用聚酰亚胺薄膜碳化并石墨化后压延，或石墨纸高温热压处理，如：专利文献cn107010618a公布了一种制备高定向石墨烯散热膜的制备方法，通过氧化石墨烯高温烧结冷压的工艺，但存在复杂繁琐、成本高且定向效果较差的技术问题。因此，本发明提供了一种组合物及石墨烯纳米片的制备方法，用于解决现有技术中，散热膜存在着难以兼顾良好散热效果及制备工艺简便、成本低廉的技术缺陷，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。技术实现要素：本发明提供了一种组合物及石墨烯纳米片的制备方法，用于解决现有技术中，散热膜存在着难以兼顾良好散热效果及制备工艺简便、成本低廉的技术缺陷。本发明提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：石墨粉体、分散剂、消泡剂、流变剂、水性粘结树脂及成膜剂。优选地，以质量份计，所述组合物的原料包括：石墨粉体0.2～10份、分散剂0.1～5份、消泡剂0.05～0.3份、流变剂0.7～5份、水性粘结树脂20～60份及成膜剂1～4份。优选地，所述石墨粉体选自：膨胀石墨、鳞片石墨以及天然石墨片中的任意一种或多种；所述水性粘结树脂选自：水性聚氨酯、丙烯酸、环氧树脂、丁苯橡胶以及abs树脂中的任意一种或多种。优选地，所述分散剂选自：丙烯酸嵌段共聚物、聚乙烯醇以及聚甲基丙烯酸中的任意一种或多种。优选地，所述消泡剂选自：聚醚、有机硅以及矿物油中的任意一种或多种。优选地，所述流变剂选自：水性聚氨酯、丙烯酸以及羟乙基纤维素中的任意一种或多种。优选地，所述成膜剂选自：醇醚、丙烯酸以及聚氨酯中的任意一种或多种。本发明还提供了一种利用以上任意一项所述的组合物进行石墨烯纳米片制备的制备方法，所述制备方法为：步骤一、石墨烯浆料的制备：石墨粉体、分散剂、消泡剂和流变剂溶于水中后剪切，所述剪切完成后进行第一次均质，得石墨烯分散液，所述石墨烯分散液与水性粘结树脂和成膜剂混合，进行第二次均质，得石墨烯浆料；步骤二、成膜：采用刮刀涂膜的方式，将所述石墨烯浆料转移至柔性衬底的表面，干燥后分离所述柔性衬底，得石墨烯膜；步骤三、碳化及压延：所述石墨烯膜在真空或惰性气体保护气氛中热处理碳化，热处理完成后压延至密度大于1.7g/cm3，得产品。优选地，步骤一中，所述剪切的时间为1.5～5h，所述剪切的转速为600～3000r/min；步骤一中，所述第一次均质的压力为40～100mpa，所述第一次均质的时间为2～6h；步骤一中，所述第二次均质的压力为20～120mpa，所述第二次均质的时间为0.5～2h；步骤二中，所述柔性衬底选自：铝箔、铜箔、锡箔、pet薄膜以及pvc薄膜中的任意一种或多种，所述柔性衬底的厚度为0.125～0.275mm；步骤二中，所述刮刀涂膜的方法为：真空吸附柔性衬底的一面，保持刮刀与所述柔性衬底的间隙为200～1000μm，刮刀以6～10mm/s的移动速度将所述石墨烯浆料转移至所述柔性衬底的另一面。优选地，步骤三中，所述热处理的温度为800～2700℃，所述热处理的时间为1～4h；步骤三中，所述压延的压力为10mpa～800mpa。综上所述，本发明提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：石墨粉体、分散剂、消泡剂、流变剂、水性粘结树脂及成膜剂。本发明还提供了一种利用上述组合物进行石墨烯纳米片制备的制备方法，为：石墨烯浆料的制备、成膜和碳化及压延。本发明提供的技术方案中，组合物中含有水性粘结树脂，可将是模型纳米片紧密粘合，有效提高后续制得的石墨烯纳米片的柔韧性、致密性及抗拉伸性能；同时，成本低廉，制备方法简单便捷且无污染；进一步地，与市售同类散热产品相比，本发明提供的技术方案制得的产品散热性能有显著提升。本发明提供的一种组合物及石墨烯纳米片的制备方法，解决了现有技术中，散热膜存在着难以兼顾良好散热效果及制备工艺简便、成本低廉的技术缺陷。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本发明实施例提供的一种石墨烯纳米片制备方法的流程示意图。具体实施方式本发明实施例提供了一种组合物及石墨烯纳米片的制备方法，用于解决现有技术中，散热膜存在着难以兼顾良好散热效果及制备工艺简便、成本低廉的技术缺陷。下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。为了更详细说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种组合物及石墨烯纳米片的制备方法，进行具体地描述。实施例1本发明为制备石墨烯纳米片产品1的具体实施例。石墨烯浆料的制备：3kg石墨粉体、2kg分散剂、0.23kg消泡剂和2kg流变剂溶于10l水中，以600～3000r/min的转速剪切1.5～5h后，以40～100mpa的压力均质2～6h，得石墨烯分散液1，石墨烯分散液1与30kg水性粘结树脂和2kg成膜剂混合，以20～120mpa的压力均质0.5～2h，得石墨烯浆料1；本实施例中，石墨粉体为膨胀石墨，水性粘结树脂为水性聚氨酯，分散剂为丙烯酸嵌段共聚物，消泡剂为聚醚，流变剂为丙烯酸，成膜剂为醇醚。成膜：采用刮刀涂膜的方式，将石墨烯浆料1转移至柔性衬底的表面，干燥后分离柔性衬底，得石墨烯膜；本实施例中，柔性衬底为铝箔，柔性衬底的厚度为0.125～0.275mm；刮刀涂膜的方法为：用真空泵将柔性衬底吸附于涂膜机表面，真空吸附柔性衬底的一面，保持刮刀与柔性衬底的间隙为200～1000μm，刮刀以6～10mm/s的移动速度将石墨烯浆料1转移至柔性衬底的另一面；干燥后采用物理剥离的方式将石墨烯膜与柔性衬底剥离。碳化及压延：石墨烯膜1在真空或惰性气体保护气氛中，以800～2700℃热处理碳化1～4h，热处理完成后以10mpa～800mpa的压力压延至密度大于1.9g/cm3，得石墨烯纳米片产品1。实施例2本发明为制备石墨烯纳米片产品2的具体实施例。石墨烯浆料的制备：10kg石墨粉体、5kg分散剂、0.3kg消泡剂和3.5kg流变剂溶于10l水中，以600～3000r/min的转速剪切1.5～5h后，以40～100mpa的压力均质2～6h，得石墨烯分散液2，石墨烯分散液2与50kg水性粘结树脂和3kg成膜剂混合，以20～120mpa的压力均质0.5～2h，得石墨烯浆料2；本实施例中，石墨粉体为膨胀石墨，水性粘结树脂为丙烯酸，分散剂为丙烯酸嵌段共聚物，消泡剂为矿物油，流变剂为水性聚氨酯，成膜剂为醇醚。成膜：采用刮刀涂膜的方式，将石墨烯浆料2转移至柔性衬底的表面，干燥后分离柔性衬底，得石墨烯膜；本实施例中，柔性衬底为铜箔，柔性衬底的厚度为0.125～0.275mm；刮刀涂膜的方法为：用真空泵将柔性衬底吸附于涂膜机表面，真空吸附柔性衬底的一面，保持刮刀与柔性衬底的间隙为200～1000μm，刮刀以6～10mm/s的移动速度将石墨烯浆料2转移至柔性衬底的另一面；干燥后采用物理剥离的方式将石墨烯膜与柔性衬底剥离。碳化及压延：石墨烯膜2在真空或惰性气体保护气氛中，以800～2700℃热处理碳化1～4h，热处理完成后以10mpa～800mpa的压力压延至密度大于2.5g/cm3，得石墨烯纳米片产品2。实施例3本发明为制备石墨烯纳米片产品3的具体实施例。石墨烯浆料的制备：0.2kg石墨粉体、0.5kg分散剂、0.05kg消泡剂和0.7kg流变剂溶于10l水中，以600～3000r/min的转速剪切1.5～5h后，以40～100mpa的压力均质2～6h，得石墨烯分散液3，石墨烯分散液3与20kg水性粘结树脂和1kg成膜剂混合，以20～120mpa的压力均质0.5～2h，得石墨烯浆料3；本实施例中，石墨粉体为天然石墨片，水性粘结树脂为环氧树脂，分散剂为丙烯酸嵌段共聚物，消泡剂为有机硅，流变剂为丙烯酸，成膜剂为聚氨酯。成膜：采用刮刀涂膜的方式，将石墨烯浆料3转移至柔性衬底的表面，干燥后分离柔性衬底，得石墨烯膜；本实施例中，柔性衬底为锡箔，柔性衬底的厚度为0.125～0.275mm；刮刀涂膜的方法为：用真空泵将柔性衬底吸附于涂膜机表面，真空吸附柔性衬底的一面，保持刮刀与柔性衬底的间隙为200～1000μm，刮刀以6～10mm/s的移动速度将石墨烯浆料3转移至柔性衬底的另一面；干燥后采用物理剥离的方式将石墨烯膜与柔性衬底剥离。碳化及压延：石墨烯膜3在真空或惰性气体保护气氛中，以800～2700℃热处理碳化1～4h，热处理完成后以10mpa～800mpa，热处理完成后以xxmpa的压力压延至密度大于1.7g/cm3，得石墨烯纳米片产品3。实施例4本发明为制备石墨烯纳米片产品4的具体实施例。石墨烯浆料的制备：5kg石墨粉体、1kg分散剂、0.3kg消泡剂和5kg流变剂溶于10l水中，以600～3000r/min的转速剪切1.5～5h后，以40～100mpa的压力均质2～6h，得石墨烯分散液4，石墨烯分散液4与40kg水性粘结树脂和4kg成膜剂混合，以20～120mpa的压力均质0.5～2h，得石墨烯浆料4；本实施例中，石墨粉体为鳞片石墨，水性粘结树脂为丁苯橡胶，分散剂为聚乙烯醇，消泡剂为有机硅，流变剂为羟乙基纤维素，成膜剂为聚氨酯。成膜：采用刮刀涂膜的方式，将石墨烯浆料4转移至柔性衬底的表面，干燥后分离柔性衬底，得石墨烯膜；本实施例中，柔性衬底为pet薄膜，柔性衬底的厚度为0.125～0.275mm；刮刀涂膜的方法为：用真空泵将柔性衬底吸附于涂膜机表面，真空吸附柔性衬底的一面，保持刮刀与柔性衬底的间隙为200～1000μm，刮刀以6～10mm/s的移动速度将石墨烯浆料4转移至柔性衬底的另一面；干燥后采用物理剥离的方式将石墨烯膜与柔性衬底剥离。碳化及压延：石墨烯膜4在真空或惰性气体保护气氛中，以800～2700℃热处理碳化1～4h，热处理完成后以10mpa～800mpa的压力压延至密度大于2.1g/cm3，得石墨烯纳米片产品4。实施例5本发明为制备石墨烯纳米片产品5的具体实施例。石墨烯浆料的制备：7kg石墨粉体、3kg分散剂、0.1kg消泡剂和4kg流变剂溶于10l水中，以600～3000r/min的转速剪切1.5～5h后，以40～100mpa的压力均质2～6h，得石墨烯分散液5，石墨烯分散液5与60kg水性粘结树脂和3kg成膜剂混合，以20～120mpa的压力均质0.5～2h，得石墨烯浆料5；本实施例中，石墨粉体为鳞片石墨，水性粘结树脂为abs树脂，分散剂为聚甲基丙烯酸，消泡剂为聚醚，流变剂为水性聚氨酯，成膜剂为丙烯酸。成膜：采用刮刀涂膜的方式，将石墨烯浆料5转移至柔性衬底的表面，干燥后分离柔性衬底，得石墨烯膜；本实施例中，柔性衬底为pvc薄膜，柔性衬底的厚度为0.125～0.275mm；刮刀涂膜的方法为：用真空泵将柔性衬底吸附于涂膜机表面，真空吸附柔性衬底的一面，保持刮刀与柔性衬底的间隙为200～1000μm，刮刀以6～10mm/s的移动速度将石墨烯浆料5转移至柔性衬底的另一面；干燥后采用物理剥离的方式将石墨烯膜与柔性衬底剥离。碳化及压延：石墨烯膜5在真空或惰性气体保护气氛中，800～2700℃热处理碳化1～4h，热处理完成后以10mpa～800mpa的压力压延至密度大于2.3g/cm3，得石墨烯纳米片产品5。实施例6本实施例为测定实施例1～5制得的产品1～5散热效果的实施例。测定产品1～产品5的散热结果，所得结果请参阅表1。表1从表1中可以得出，与已公开的市售同类产品的热导率数据相比，本发明提供的技术方案制得的产品，热导率显著高于市售同类产品，具有良好的散热性能。实施例7本实施例为测定实施例1～5制得的产品1～5柔韧性、致密性及抗拉伸性能的实施例。测定产品1～产品5的柔韧性、抗拉伸性能及密度，所得结果请参阅表2。表2样品耐屈挠循环(次)密度(g/cm3)拉伸强度(mpa)产品1>50001.9619产品2>50002.5427产品3>50001.8117产品4>50002.1722产品5>50002.4026从表2可以得出，与市售同类产品相比，本发明提供的技术方案制得的产品，其密度、耐屈挠循环次数及拉伸强度与市售同类产品相当，可满足使用需求。从上述实施例可以得出，本发明提供的技术方案，具有以下优点：1、本发明提供的技术方案中，采用物理剥离法将廉价石墨石墨转化成石墨烯纳米片，成本低、工艺简单、无污染；2、本发明提供的技术方案中，制备的石墨烯膜中含有粘结树脂，将石墨烯纳米片紧紧的粘合在一起，碳化压延后赋予散热膜很好的致密性、柔韧性、抗拉伸性能；3、现有技术中，许多散热膜采用氧化石墨烯还原制备石墨烯，其工艺、用料复杂，成本高；本发明中，采用廉价石墨原料和简单的制备方法，其工艺简单、成本低廉，适合本领域范围内大规模推广；4、现有技术中，采用聚酰亚胺、石墨纸制备散热膜时，成本极高，聚酰亚胺烧结过程中会产生大量焦油，对环境保护不利，且人工石墨的拉伸强度和柔性低，处理不当则容易断裂或损坏；本发明中，原料成本低，制备工艺无污染。综上所述，本发明提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：石墨粉体、分散剂、消泡剂、流变剂、水性粘结树脂及成膜剂。本发明还提供了一种利用上述组合物进行石墨烯纳米片制备的制备方法，为：石墨烯浆料的制备、成膜和碳化及压延。本发明提供的技术方案中，组合物中含有水性粘结树脂，可将是模型纳米片紧密粘合，有效提高后续制得的石墨烯纳米片的柔韧性、致密性及抗拉伸性能；同时，成本低廉，制备方法简单便捷且无污染；进一步地，与市售同类散热产品相比，本发明提供的技术方案制得的产品散热性能有显著提升。本发明提供的一种组合物及石墨烯纳米片的制备方法，解决了现有技术中，散热膜存在着难以兼顾良好散热效果及制备工艺简便、成本低廉的技术缺陷。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12