應用石墨烯製備抗靜電層壓材料的方法
2023-06-20 14:02:41 3
專利名稱：應用石墨烯製備抗靜電層壓材料的方法
技術領域：
本發明涉及應用新型納米結構的石墨烯製備抗靜電層壓材料的方法，特指將石墨烯應用在製備抗靜電的三聚氰胺-甲醛預聚樹脂類層壓材料方面。
背景技術：
三聚氰胺-甲醛樹脂具有膠接強度高、固化速度快、耐水、耐熱、耐磨、耐化學腐蝕、無毒、自熄等優異性能，已廣泛應用為木材粘合劑、造紙溼強劑、皮革復鞣劑、塗料、紡織整理劑、電力工程塑料、浸漬劑等。但是，此樹脂的電絕緣性能非常好，其電阻值一般高達 IO12 IO14O，在加工和使用過程中，非常容易產生靜電，並且不容易消失，電荷的大量積聚會造成靜電危害，輕則妨礙包裝、吸塵，嚴重時還會產生著火和爆炸等事故；另外，三聚氰胺-甲醛樹脂固化後膠層易破裂、脆性強，不易搬動及包裝。要想擴大三聚氰胺-甲醛樹脂的應用範圍，提高其應用質量，就必須消除其靜電作用、改善其脆性、減少其破裂。為了消除三聚氰胺-甲醛樹脂材料的靜電作用，添加抗靜電劑是降低該樹脂材料表面電阻的有效方法，通過降低樹脂的表面電阻使樹脂材料迅速放電可防止靜電的積聚。 目前，國內外使用的抗靜電劑主要是表面活性劑型抗靜電劑、碳系填料抗靜電劑、金屬類填料抗靜電劑等。表面活性劑型抗靜電劑一般是在樹脂材料合成或加工過程中塗刷、噴灑於製品表面，由抗靜電劑的親水基吸附空氣中的水分子，以形成一層表面導電膜，從而消除產生的靜電，屬於外用型抗靜電劑。外用型抗靜電劑的主要優點是用量小，見效快，但難以實現均勻塗敷，受空氣溼度的影響較大，當空氣溼度低於50%時抗靜電效果很差，並且容易因摩擦、 洗滌而脫失，抗靜電耐久性差，只能提供暫時的或短期的抗靜電效果。同時，它也容易吸附空氣及周圍環境中的灰塵、粒子等，造成離子或化學汙染，並在制品表面形成油膩、沾汙的外觀。金屬類填料抗靜電劑包括金屬、金屬氧化物、金屬鹽等。例如，鎳、銅和鉻等金屬導電粉雖然導電性強，但價格昂貴，與預聚體相容性差，會導致所製品的力學性能下降較明顯，進而影響所制材料的彈性、柔性，在應用時有它的局限性。碳系填料抗靜電劑如導電炭黑、石墨顆粒、碳纖維，此類抗靜電劑穩定性好，價格低廉，在膠體中較難分散且填充量大，分散不均勻會導致所製品表面的抗靜電性能不均勻， 高填充量會使加工性能變差，降低了複合材料的力學性能，造成抗靜電粒子脫落，電阻率不易控制，重現性較差等。針對以上抗靜電劑存在的不足之處，本發明人發現，近期發現的新型納米材料一一石墨烯，具有優異的電學、力學性能，是目前已知世界上強度最高的材料，與其它導電填料抗靜電劑相比，它添加量少、分散性好；與表面活性劑型抗靜電劑相比，它能很好地適應環境，穩定性好，並在一定程度上改善了樹脂材料的脆性、減少了其破裂。混配過程中溶劑的加入顯著降低了樹脂的黏度，提高了樹脂的滲透性，非常適合於開發高抗靜電性能的層壓材料，是石墨烯納米材料邁向實際應用的一個重要方向。
發明內容
本發明的目的在於提供將新型納米結構的石墨烯摻雜於三聚氰胺-甲醛樹脂中以消除此樹脂應用過程中所帶來的靜電危害，從而使該樹脂滿足不同領域的需求。本發明的技術方案是應用新型納米結構石墨烯製備抗靜電層壓材料的方法。其特徵在於將石墨與溶劑的混合液進行超聲，製得石墨烯均分散液；三聚氰胺與甲醛縮聚成三聚氰胺-甲醛樹脂；在攪拌條件下，將石墨烯分散液添加到三聚氰胺-甲醛預聚樹脂中，混合均勻，形成抗靜電三聚氰胺-甲醛樹脂膠，將裝飾板用紙在所制抗靜電三聚氰胺-甲醛樹脂膠中充分浸漬，再將浸有樹脂、乾燥的紙層疊整齊(按裝飾板厚度確定層數)， 在加熱和壓力下將之與芯層結合，形成層壓板。本發明包括以下步驟
(1)將石墨與溶劑按一定比例混合，經超聲處理製得石墨烯分散液備用；
(2)將三聚氰胺與甲醛按照摩爾投料比1:2.5，在80°C下縮聚形成三聚氰胺-甲醛樹脂備用，其中所述的甲醛為質量分數為37%甲醛水溶液；
(3)將步驟(1)所得石墨烯分散液按一定比例加入步驟(2)所得樹脂中，攪勻即製得抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠，其中所述的石墨烯與三聚氰胺-甲醛樹脂的質量比為 1/16000 1/160 ；
(3)將裁剪成一定尺寸大小的裝飾貼面板用試驗紙浸漬於抗靜電三聚氰胺-甲醛樹脂膠中，待每張紙都浸漬足夠多樹脂後取出，滴掉多餘的樹脂；
(4)將浸過膠的試驗紙放入真空乾燥箱內於80 140°C下烘乾； (5 )將烘乾的試驗紙取出，再重複步驟(3 )、( 4 ) 一次；
(6)將一張浸好抗靜電三聚氰胺-甲醛樹脂膠的試驗紙層疊整齊，覆蓋於芯層上，置於光滑的鋁合金板上，在油壓機上於135°C，0. 5 10. 3MPa下加熱15min，即製得抗靜電的層壓板。其中步驟(1)中所述的石墨為石墨粉或天然鱗片石墨；其中所述的溶劑為37%甲醛水溶液、二甲基甲醯胺(DMF)、#-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮、甲醇、乙醇中的一種或幾種；其中所述超聲處理的超聲功率為250w ；其中所述的石墨烯的厚度為5A lOnm，尺寸為IOOnm2 100 μ m2 ；其中所述的石墨烯與溶劑的質量比為1/200 1/57。本發明與現有技術相比，其顯著優點是摻雜了石墨烯的三聚氰胺-甲醛樹脂的面電阻由原來的IO12 IO14O下降到105仏消除了此樹脂在使用過程中所帶來的靜電危害，提高了它的應用質量。
附圖1是本發明的應用石墨烯製備抗靜電層壓材料的方法的流程示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的說明。本發明中將所制裝飾貼面板進行面電阻測試。面電阻的測試方法為絕緣電阻測試方法(參見GB-T4677. 1-1984-印製板表層絕緣電阻測試方法)。
實施例1
(1)石墨烯均分散液的製備
將0. 5g石墨粉加入40. OgNMP中，在250w下超聲6h，製得石墨烯的NMP均分散液。(2)三聚氰胺-甲醛預聚樹脂的製備
將三聚氰胺與甲醛以摩爾投料比1:2. 5發生縮聚反應，形成沉澱比為1:1(向ImL蒸餾水中慢慢滴入ImL樹脂產品，若混合物呈微混池，說明沉澱比達到1:1)的三聚氰胺-甲醛預聚樹脂。(3)抗靜電貼面板的製備
將步驟(1)所述4. 9g石墨烯均分散液(石墨烯的厚度為5A lOnm，尺寸為IOOnm2 IOOym2)和IOg三聚氰胺-甲醛預聚樹脂直接混合，攪拌均勻即製得抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠。將一張3. OcmX3. Ocm的裝飾貼面板用紙浸漬於抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠中，待裝飾貼面板用紙浸漬了足夠多樹脂後取出，滴掉多餘的樹脂，放入真空乾燥箱內烘乾，溫度控制在(80 140)°C，烘乾，將浸膠後的裝飾貼面板用紙與相同尺寸聚四氟乙烯塑料層疊並置於光滑的鋁合金板上，在油壓機上於135°C，IOMPa下加熱15min，即製得抗靜電層壓板，用絕緣電阻測試方法測其面電阻，實驗結果見表1。實施例2
(1)石墨烯均分散液的製備
將0. 5g天然鱗片石墨加入40. OgNMP中，在250w下超聲6h，製得石墨烯的NMP均分散液。(2)三聚氰胺-甲醛預聚樹脂的製備
將三聚氰胺與甲醛以摩爾投料比1:2. 5發生縮聚反應，形成沉澱比為1:1(向ImL蒸餾水中慢慢滴入ImL樹脂產品，若混合物呈微混池，說明沉澱比達到1:1)的三聚氰胺-甲醛預聚樹脂。(3)抗靜電貼面板的製備
將步驟(1)所述4. 9g石墨烯均分散液(石墨烯的厚度為5A lOnm，尺寸為IOOnm2 IOOym2)和IOg三聚氰胺-甲醛預聚樹脂直接混合，攪拌均勻即製得抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠。將一張3. OcmX3. Ocm的裝飾貼面板用紙浸漬於抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠中，待裝飾貼面板用紙浸漬了足夠多樹脂後取出，滴掉多餘的樹脂，放入真空乾燥箱內烘乾，溫度控制在(80 140)°C，烘乾，將浸膠後的裝飾貼面板用紙與相同尺寸聚四氟乙烯塑料層疊並置於光滑的鋁合金板上，在油壓機上於135°C，IOMPa下加熱15min，即製得抗靜電層壓板，用絕緣電阻測試方法測其面電阻，實驗結果見表1。實施例3
(1)石墨烯均分散液的製備
將0. 4g石墨粉加入40. OgNMP中，在250w下超聲6h，製得石墨烯的NMP均分散液。(2)三聚氰胺-甲醛預聚樹脂的製備
將三聚氰胺與甲醛以摩爾投料比1:2. 5發生縮聚反應，形成沉澱比為1:1(向ImL蒸餾水中慢慢滴入ImL樹脂產品，若混合物呈微混池，說明沉澱比達到1:1)的三聚氰胺-甲醛預聚樹脂。(3)抗靜電貼面板的製備
5將步驟(1)所述6. Ig石墨烯均分散液(石墨烯的厚度為5A lOnm，尺寸為IOOnm2 IOOym2)和IOg三聚氰胺-甲醛預聚樹脂直接混合，攪拌均勻即製得抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠。將一張3. OcmX3. Ocm的裝飾貼面板用紙浸漬於抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠中，待裝飾貼面板用紙浸漬了足夠多樹脂後取出，滴掉多餘的樹脂，放入真空乾燥箱內烘乾，溫度控制在(80 140)°C，烘乾，將浸膠後的裝飾貼面板用紙與相同尺寸聚四氟乙烯塑料層疊並置於光滑的鋁合金板上，在油壓機上於135°C，IOMPa下加熱15min，即製得抗靜電層壓板，用絕緣電阻測試方法測其面電阻，實驗結果見表1。實施例4
(1)石墨烯均分散液的製備
將0. 5g石墨粉加入40. OgDMF中，在250w下超聲6h，製得石墨烯的DMF均分散液。(2)三聚氰胺-甲醛預聚樹脂的製備
將三聚氰胺與甲醛以摩爾投料比1:2. 5發生縮聚反應，形成沉澱比為1:1(向ImL蒸餾水中慢慢滴入ImL樹脂產品，若混合物呈微混池，說明沉澱比達到1:1)的三聚氰胺-甲醛預聚樹脂。(3)抗靜電貼面板的製備
將步驟(1)所述4. 9g石墨烯均分散液(石墨烯的厚度為5A lOnm，尺寸為IOOnm2 IOOym2)和IOg三聚氰胺-甲醛預聚樹脂直接混合，攪拌均勻即製得抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠。將一張3. OcmX3. Ocm的裝飾貼面板用紙浸漬於抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠中，待裝飾貼面板用紙浸漬了足夠多樹脂後取出，滴掉多餘的樹脂，放入真空乾燥箱內烘乾，溫度控制在(80 140)°C，烘乾，將浸膠後的裝飾貼面板用紙與相同尺寸聚四氟乙烯塑料層疊並置於光滑的鋁合金板上，在油壓機上於135°C，IOMPa下加熱15min，即製得抗靜電層壓板，用絕緣電阻測試方法測其面電阻，實驗結果見表1。實施例5
(1)石墨烯均分散液的製備
將0. 3g石墨粉加入43. Og甲醛水溶液中，在250W下超聲6h，製得石墨烯的甲醛溶液均分散液。(2)抗靜電貼面板的製備
將26. 7g三聚氰胺加入步驟(1)所得石墨烯的甲醛溶液均分散液中，80°C下發生縮聚反應，當反應預聚膠沉澱比達到1:1 (向ImL蒸餾水中慢慢滴入ImL樹脂產品，若混合物呈微混濁，說明沉澱比達到1:1)時，將反應膠倒入一潔淨表面皿中，再把一張3. OcmX3. Ocm 的裝飾貼面板用紙浸漬於抗靜電預聚樹脂膠中，待裝飾貼面板用紙浸漬了足夠多樹脂後取出，滴掉多餘的樹脂，放入真空乾燥箱內烘乾，溫度控制在(80 140) °C，烘乾，將浸膠後的裝飾貼面板用紙與相同尺寸聚四氟乙烯塑料層疊並置於光滑的鋁合金板上，在油壓機上於135°C，IOMI^a下加熱15min，即製得抗靜電層壓板，用絕緣電阻測試方法測其面電阻，實驗結果見表1。實施例6
(1)石墨烯均分散液的製備
將0. 5g石墨粉加入40. OgNMP中，在250w下超聲6h，製得石墨烯的NMP均分散液。(2)三聚氰胺-甲醛預聚樹脂的製備將三聚氰胺與甲醛以摩爾投料比1:2. 5發生縮聚反應，形成沉澱比為1:1(向ImL蒸餾水中慢慢滴入ImL樹脂產品，若混合物呈微混池，說明沉澱比達到1:1)的三聚氰胺-甲醛預聚樹脂。(3)抗靜電貼面板的製備
將步驟(1)所述4. Ig石墨烯均分散液(石墨烯的厚度為5A lOnm，尺寸為IOOnm2 IOOym2)和IOg三聚氰胺-甲醛預聚樹脂直接混合，攪拌均勻即製得抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠。將一張3. OcmX3. Ocm的裝飾貼面板用紙浸漬於抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠中，待裝飾貼面板用紙浸漬了足夠多樹脂後取出，滴掉多餘的樹脂，放入真空乾燥箱內烘乾，溫度控制在(80 140)°C，烘乾，將浸膠後的裝飾貼面板用紙與相同尺寸聚四氟乙烯塑料層疊並置於光滑的鋁合金板上，在油壓機上於135°C，IOMPa下加熱15min，即製得抗靜電層壓板，用絕緣電阻測試方法測其面電阻，實驗結果見表1。對照例
(1)三聚氰胺-甲醛預聚樹脂的製備
將三聚氰胺與甲醛以摩爾投料比1:2. 5發生縮聚反應，形成沉澱比為1:1(向ImL蒸餾水中慢慢滴入ImL樹脂產品，若混合物呈微混池，說明沉澱比達到1:1)的三聚氰胺-甲醛預聚樹脂。(2)貼面板的製備
將4.9gNMP和IOg三聚氰胺-甲醛預聚樹脂直接混合，攪拌均勻即製得膠體樹脂。將一張3. OcmX3. Ocm的裝飾貼面板用紙浸漬於膠狀樹脂中，待裝飾貼面板用紙浸漬了足夠多樹脂後取出，滴掉多餘的樹脂，放入真空乾燥箱內烘乾，溫度控制在(80 140)°C，烘乾， 將浸膠後的裝飾貼面板用紙與相同尺寸聚四氟乙烯塑料層疊並置於光滑的鋁合金板上，在油壓機上於135°C，IOMPa下加熱15min，即製得層壓板，用絕緣電阻測試方法測其面電阻， 實驗結果見表1。表權利要求
1.應用石墨烯製備抗靜電層壓材料的方法，其特徵在於按照下述步驟進行(1)將石墨與溶劑按一定比例混合，經超聲處理製得石墨烯分散液備用；(2)將三聚氰胺與甲醛按照摩爾投料比1:2.5，在80°C下縮聚形成三聚氰胺-甲醛樹脂備用，其中所述的甲醛為質量分數為37%甲醛水溶液；(3)將步驟(1)所得石墨烯分散液按一定比例加入步驟(2)所得樹脂中，攪勻即製得抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠，其中所述的石墨烯與三聚氰胺-甲醛樹脂的質量比為 1/16000 1/160 ；(3)將裁剪成一定尺寸大小的裝飾貼面板用試驗紙浸漬於抗靜電三聚氰胺-甲醛樹脂膠中，待每張紙都浸漬足夠多樹脂後取出，滴掉多餘的樹脂；(4)將浸過膠的試驗紙放入真空乾燥箱內於80 140°C下烘乾；(5 )將烘乾的試驗紙取出，再重複步驟(3 )、( 4 ) 一次；(6)將一張浸好抗靜電三聚氰胺-甲醛樹脂膠的試驗紙層疊整齊，覆蓋於芯層上，置於光滑的鋁合金板上，在油壓機上於135°C，0. 5 10. 3MPa下加熱15min，即製得抗靜電的層壓板。
2.根據權利要求1所述的應用石墨烯製備抗靜電層壓材料的方法，其特徵在於其中步驟(1)中所述的石墨為石墨粉或天然鱗片石墨；其中所述的溶劑為37%甲醛水溶液、化二甲基甲醯胺(DMF)、#-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮、甲醇、乙醇中的一種或幾種；其中所述超聲處理的超聲功率為250w;其中所述的石墨烯的厚度為5A lOnm，尺寸為IOOnm2 IOOym2 ；其中所述的石墨烯與溶劑的質量比為1/200 1/57。
全文摘要
本發明涉及應用石墨烯製備抗靜電層壓材料的方法，涉及應用新型納米結構的石墨烯製備抗靜電層壓材料的方法。其步驟為對石墨與溶劑的混合液進行超聲，製得石墨烯均分散液；三聚氰胺與甲醛縮聚成三聚氰胺-甲醛樹脂；在攪拌條件下，將石墨烯均分散液與三聚氰胺-甲醛樹脂混合均勻，形成導電的三聚氰胺-甲醛樹脂膠，將裝飾板用紙在所制抗靜電三聚氰胺-甲醛樹脂膠中充分浸漬，再將浸有樹脂、乾燥的紙層疊整齊，在加熱和壓力下將之與其它層結合，形成層壓板。本發明通過在三聚氰胺-甲醛樹脂中添加石墨烯分散液的方法，使樹脂裝飾層壓板的面電阻達到105Ω，而純三聚氰胺-甲醛樹脂裝飾層壓板的面電阻高達1012～1014Ω。
文檔編號B32B37/10GK102166866SQ201110000779
公開日2011年8月31日 申請日期2011年1月5日 優先權日2011年1月5日
發明者何光裕, 孫小強, 李丹, 汪信, 章燕, 紀立新, 耿榮偉, 陳海群 申請人:常州大學