2.1碳系导电涂料碳系导电涂料是目前用量较大的一种功能涂料，具有成本低、质轻、结构高、无毒无害等优点。

用作碳系导电涂料的导电填料主要有石墨、石墨纤维、碳纤维、高温煅烧石油焦、各种炭黑以及碳化硅等。

特别是炭黑填充导电聚合物已被广泛应用，因为导电炭黑具有价格便宜、密度小、不易沉降、耐腐蚀性强等优点，但导电性相对较差；同时由于表面含有大量的极性基团，存在难分散、易絮凝等缺点，最简便而有效的解决方法之一是加入分散剂降低炭黑粒子间的吸引力及凝聚力，从而使其能均匀稳定地分散在基质中。

碳系导电涂料通常由导电填料、基体树脂、助剂和溶剂组成，经机械混合后将其涂覆于非导电体底材表面，形成一层特殊固化膜，从而产生导电效果。

根据现有的碳系导电涂料样品和研究报道中可知，基本都是采用增加导电填料含量的方法来提高涂料的导电性。

黄鹏波等[5]研究了三种钛酸酯偶联剂NTC-401、CT-136、JSC及两种硅烷偶联剂KH-550、KH-570对炭黑导电涂料导电性能的影响。

结果表明加入NTC-401、CT-136、JSC 后体系的电阻升高，而KH-550、KH-570降低了体系的电阻值，其中以加入质量分数为2.5%的KH-550效果最好。

喻冬秀等[6]研制了一种以丙烯酸酯类树脂为基料的改性碳纤维体系导电涂料，用单因素方法确定改性碳纤维/树脂质量比，偶联剂的种类、用量以及添加方式、涂料的固化工艺等方面对涂料电性能的影响关系，确定了制备碳纤维体系导电涂料的最佳工艺条件为：改性碳纤维/树脂质量比为0.7，钛酸酯偶联剂TMC-102采用预处理用量为1%(质量分数)和直接加入用量为1.5%(质量分数)相结合，制得的导电涂料综合性能较好；固化温度为50℃下固化20min，涂膜厚度为150μm时，其表面电阻率达到1.02Ω/sq。

甘玉生[7]用非金属导电涂料替代金属导电涂料进行了研究，选取硅溶胶作为载体，超细石墨和高结构炭黑按不同配比制备涂料；并对涂料的涂层厚度和表面电阻进行检测，筛选出适于制壳的配比；经不同钢种的工艺验证，这种涂料可分别适用于各种钢铁铸件的熔模铸造制壳，原料来源广泛，价格低廉。

2.2石墨导电涂料石墨是一种高导电层状材料，将其作为导电填料，并与导电聚合物复合可制备出导电性能优良的聚合物基复合材料。

石墨涂料以其良好的导电性、低廉的价格及操作工艺简单的特点，在彩管玻壳内外涂敷方面具有不可替代的位臵。

为使涂料涂层有良好的导电性，须经深加工制备高纯超微细石墨，才能满足需要。

天然石墨的晶体结构可分为晶质(鳞片状)和隐晶质(土状)两种。

在高倍镜下观察，鳞片石墨制成的涂片，石墨粒子之间相互重叠，粒子间无空隙，因此导电性能好；土状石墨粒子间虽排列紧密，但粒子外形很不规则，表面粗糙，与鳞片石墨相比导电性稍差，但仍可满足低阻内导电石墨涂料的要求。

近年来，随着纳米技术的发展，将石墨纳米材料与基体复合制得导电高分子材料正日益兴起；膨胀石墨作为新型导电填料，具有导电性好、摩擦损耗小、污染小等优点，而且膨胀石墨的加入可以大大提高高分子材料的导电性，降低其导电渗域滤值，因此在防静电涂料及导电高分子复合材料中具有重要的应用价值。

导电填料的形状对材料的导电性能有较大影响，一般认为导电粒子呈片状较好，球状较差。

因为片状粒子面接触较多，形成导电通道的几率大，而球状粒子之间是点接触，形成导电通道的几率要小得多。

王恒飞等[8]研制了以石墨为导电填料，苯丙乳液为基料的水性涂料。

分析了石墨、水的用量、固化温度与体积电阻率的关系以及涂层电阻与温度的关系。

结果表明：石墨质量分数在14%～20%，水质量分数在55%～65%，固化温度为70℃时，涂料的导电性能最好，电阻率为0.25Ω·cm。

张露露等[9]以自制的化学镀银鳞片石墨对传统的无溶剂型环氧玻璃鳞片涂料进行改性，制得了玻璃鳞片导电涂料。

研究了含不同质量分数化学镀银鳞片石墨的玻璃鳞片导电涂层的电阻、表干/实干时间、厚度、硬度、耐蚀性及其BSE照片。

结果表明，含有化学镀银石墨的玻璃鳞片涂料其表干/实干时间缩短、厚度增加，其硬度和耐蚀性均有所提高。

确定了化学镀银鳞片石墨在涂料中的最佳质量分数为30%。

杨超等[10]以水性叔氟乳液为基料，膨胀石墨为填料，并加入其他填料和助剂，制备了一种水性叔氟/膨胀石墨复合导电涂料。

从膨胀石墨质量分数、分散剂、温度等方面对导电性能的影响进行考察，研究表明添加的质量分数为26％较好，分散剂添加量约0.8％。

叔氟水性导电涂料具有较好的导电性，而且具备了比一般涂料更优异的耐候性、耐久性、耐化学药品性、防腐性和非黏附性及耐污染等性能，综合性能优良。

纳米石墨片在有机溶剂中的分散工艺研究摘要：采用超声分散法制备了稳定的纳米石墨片有机溶剂分散液。

考察了多种分散剂、分散剂含量以及树脂含量和超声时间对纳米石墨片分散效果的影响，并用扫描电镜及光学显微镜研究纳米石墨片在有机溶剂中的分散状态。

实验结果表明；加入不同分散剂得到的纳米石墨片分散液稳定性有很大差别，Disperbyk-163是比较理想的分散剂。

纳米石墨片分散液的稳定性随着分散剂含量的增加先升高后降低，随着树脂含量的增加及超声时间的延长而升高。

关键词：纳米石墨片；分散；超声波；树脂；膨胀石墨0.引言导电涂料一般是将金属粉末、金属氧化物、炭黑、石墨、碳纳米管等导电填料均匀地分散于溶剂及基体中，经过多种复合方式处理后形成具有导电功能的复合体系。

通过添加导电填料制得的复合性导电涂料电性能持久稳定，性能易调节[1]。

碳系导电涂料具有导电性好、导热性好、耐腐蚀性极高等优点，目前已成为导电涂料的重要分支[2]。

石墨因其来源丰富，价格低廉近年来受到广泛关注，研究较为活跃。

然而作为导电填料，天然石墨的填充量较大，以天然石墨为原料制得的纳米石墨片保持了天然石墨的晶体结构、导电性、稳定性等性能，以纳米级尺寸分散在基体中，通常具有很低的导电渗滤阈值[3]。

目前纳米石墨片的制备主要有氧化石墨还原法[4]和超声法[5]。

Stank2ovichS，等[6]通过剧烈氧化将石墨氧化成亲水的氧化石墨片，然后在水性介质中将氧化石墨片超声分散成厚度只有1nm左右的单分散纳米氧化石墨薄片，最后在聚苯乙烯磺酸钠存在的情况下，制备了纳米石墨片的稳定分散液。

GuohuaChen，等[7]通过在乙醇与水混合物中加入膨胀石墨并超声来制备纳米石墨片，所制得的纳米石墨片厚度为30～100nm，直径为5μm左右。

但是由于没有加入稳定剂，超声法制备的纳米石墨片很容易聚集并沉淀下来。

在加入分散剂和树脂的情况下超声分散是制备颜料和涂料的常用方法。

分散剂和树脂会使破碎后的颜料或涂料粒子稳定地分散于溶剂中。

为此，本研究利用传统的颜料分散工艺，采用超声分散法制备纳米石墨片的稳定分散液，通过加入分散剂和树脂，提高了溶剂对纳米石墨片的润湿性与分散稳定性，并对纳米石墨片在有机溶剂中的分散行为以及分散剂、树脂和超声时间对纳米石墨片在有机溶剂中分散性的影响进行了较为系统的研究。

1.实验部分1.1主要原料氯醋树脂(VYHH)：美国UCAR公司；分散剂(Disperbyk-163、Disperbyk-2050、Disperbyk-2150)：德国BYK公司；分散剂(CH-10S、CH-13B)：上海三正高分子材料有限公司；分散剂(Tilo5161)：镇江市天龙化工有限公司；天然石墨：青岛石墨公司；浓硫酸、浓硝酸：化学纯，丹东胜利化工有限公司；高锰酸钾：化学纯，哈尔滨市新达化工厂；乙二醇丁醚醋酸酯：化学纯，上海化学公司。

1.2主要设备超声波清洗机：KQ218，昆山市超声仪器有限公司；离心机：LD-5，金坛市荣华仪器制造有限公司；干燥箱：DHG-9070，浙江新丰医疗器械有限公司；马弗炉：RJX-4-13，哈尔滨龙江电炉厂；扫描电子显微镜：Mx2600，英国Camscan公司；光学显微镜：DMLP，德国LEICA 公司。

1.3样品制备1.3.1膨胀石墨的制备将一定量的天然石墨与高锰酸钾以及发烟硝酸混合均匀，然后加入草酸，在30℃进行插层反应30min。

上述原料的质量比为天然石墨∶高锰酸钾∶发烟硝酸∶草酸=1∶0.3∶2∶0.4。

将反应后的插层混合物用去离子水洗至中性，并在60℃下烘干，900℃高温下处理20s。

制得的膨胀石墨的膨胀倍率为300倍。

1.3.2纳米石墨片分散液的制备将一定量膨胀石墨加入溶剂中，配成质量分数为0.5%的悬浮液，加入一定量的树脂和分散剂，混合均匀后放入超声波清洗机中粉碎分散数小时即得纳米石墨片的分散液。

1.4分散稳定性的测定称取一定体积不同方法处理的分散悬浮液，臵入离心试管中按一定转速离心，试管上部为黑色溶液，下部为黑色沉淀，按式(1)计算沉降率[8]。

D=V后/V初×100%式(1)式中：D为沉降率；V初为初期溶液体积；V后为离心后纳米石墨片沉降体积。

1.5样品的表征采用Mx2600型扫描电镜和DMLP型光学显微镜对纳米石墨片在有机溶剂中的分散状态和形貌进行表征。

2.结果与讨论2.1分散剂种类对分散性的影响图1给出了分散剂的种类对体系分散稳定性的影响。

实验结果表明，CH-10S、CH-13B、Disperbyk-2150对纳米石墨片分散作用不明显，Disperbyk-2050、Tilo5161对纳米石墨片的分散效果较弱，以Disperbyk-163为分散剂时，沉降体积为仅3167%，远低于其他分散剂。

图1 不同分散剂对纳米石墨片分散性的影响图2 纳米石墨片分散在有机溶液中的光学显微镜照片图3 纳米石墨片分散在有机溶液中的扫描电镜照片图2和图3是以Disperbyk-163为分散剂时，纳米石墨片分散在有机溶剂中的光学显微镜和扫描电镜照片。

由图2和图3可以看出纳米石墨片(厚度为16～20nm，直径为5～10μm)均匀地分散在有机溶剂中，相互间不发生团聚。

分散剂Disperbyk-163是一种相对分子质量为17000的嵌段共聚物，包括亲颜料端的胺基和亲溶剂端的酯基和羧基。

由于膨胀石墨在制备过程中经过高温处理，石墨片的边缘会发生氧化而引入—OH和—COOH等官能团。

这些极性官能团会和Disperbyk-163的胺基通过氢键相互作用使分散剂稳定地锚接在石墨片表面，而分散剂的亲溶剂端伸展在溶剂中，一方面提高纳米石墨片在溶剂中的浸润性，另一方面提供空间位阻。

在研究过程中发现如果只加分散剂而不加树脂，在超声的情况下，膨胀石墨会被破碎成厚度为30～50nm，直径为5～10μm石墨片，但是这些石墨片会发生絮凝而沉降。

由于石墨是由碳的六元环组成的共轭π键结构，因此石墨片层间的范德华作用力很强，单纯的分散剂提供的空间位阻不足以克服这种范德华力而阻止纳米石墨片的絮凝。