專利名稱：應用石墨烯制備抗靜電層壓材料的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及應用新型納米結構的石墨烯制備抗靜電層壓材料的方法，特指將石墨烯應用在制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(yōu)異性能，已廣泛應用為木材粘合劑、造紙濕強劑、皮革復鞣劑、涂料、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(chǎn)生靜電，并且不容易消失，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(chǎn)生著火和爆炸等事故；另外，三聚氰胺-甲醛樹脂固化后膠層易破裂、脆性強，不易搬動及包裝。要想擴大三聚氰胺-甲醛樹脂的應用范圍，提高其應用質(zhì)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(nèi)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涂刷、噴灑于制品表面，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(chǎn)生的靜電，屬于外用型抗靜電劑。外用型抗靜電劑的主要優(yōu)點是用量小，見效快，但難以實現(xiàn)均勻涂敷，受空氣濕度的影響較大，當空氣濕度低于50%時抗靜電效果很差，并且容易因摩擦、 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(huán)境中的灰塵、粒子等，造成離子或化學污染，并在制品表面形成油膩、沾污的外觀。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，會導致所制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(wěn)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制品表面的抗靜電性能不均勻， 高填充量會使加工性能變差，降低了復合材料的力學性能，造成抗靜電粒子脫落，電阻率不易控制，重現(xiàn)性較差等。針對以上抗靜電劑存在的不足之處，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，近期發(fā)現(xiàn)的新型納米材料一一石墨烯，具有優(yōu)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(huán)境，穩(wěn)定性好，并在一定程度上改善了樹脂材料的脆性、減少了其破裂?；炫溥^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，非常適合于開發(fā)高抗靜電性能的層壓材料，是石墨烯納米材料邁向?qū)嶋H應用的一個重要方向。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供將新型納米結構的石墨烯摻雜于三聚氰胺-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(fā)明的技術方案是應用新型納米結構石墨烯制備抗靜電層壓材料的方法。其特征在于將石墨與溶劑的混合液進行超聲，制得石墨烯均分散液；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、干燥的紙層疊整齊(按裝飾板厚度確定層數(shù))， 在加熱和壓力下將之與芯層結合，形成層壓板。本發(fā)明包括以下步驟
(1)將石墨與溶劑按一定比例混合，經(jīng)超聲處理制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(zhì)量分數(shù)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，攪勻即制得抗靜電三聚氰胺-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(zhì)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于抗靜電三聚氰胺-甲醛樹脂膠中，待每張紙都浸漬足夠多樹脂后取出，滴掉多余的樹脂；
(4)將浸過膠的試驗紙放入真空干燥箱內(nèi)于80 140°C下烘干； (5 )將烘干的試驗紙取出，再重復步驟(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，覆蓋于芯層上，置于光滑的鋁合金板上，在油壓機上于135°C，0. 5 10. 3MPa下加熱15min，即制得抗靜電的層壓板。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、二甲基甲酰胺(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(zhì)量比為1/200 1/57。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)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(zhì)量。
附圖1是本發(fā)明的應用石墨烯制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(fā)明作進一步的說明。本發(fā)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-印制板表層絕緣電阻測試方法)。
實施例1
(1)石墨烯均分散液的制備
將0. 5g石墨粉加入40. OgNMP中，在250w下超聲6h，制得石墨烯的NMP均分散液。(2)三聚氰胺-甲醛預聚樹脂的制備
將三聚氰胺與甲醛以摩爾投料比1:2. 5發(fā)生縮聚反應，形成沉淀比為1:1(向ImL蒸餾水中慢慢滴入ImL樹脂產(chǎn)品，若混合物呈微混池，說明沉淀比達到1:1)的三聚氰胺-甲醛預聚樹脂。(3)抗靜電貼面板的制備
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，攪拌均勻即制得抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠。將一張3. OcmX3. Ocm的裝飾貼面板用紙浸漬于抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠中，待裝飾貼面板用紙浸漬了足夠多樹脂后取出，滴掉多余的樹脂，放入真空干燥箱內(nèi)烘干，溫度控制在(80 140)°C，烘干，將浸膠后的裝飾貼面板用紙與相同尺寸聚四氟乙烯塑料層疊并置于光滑的鋁合金板上，在油壓機上于135°C，IOMPa下加熱15min，即制得抗靜電層壓板，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)石墨烯均分散液的制備
將0. 5g天然鱗片石墨加入40. OgNMP中，在250w下超聲6h，制得石墨烯的NMP均分散液。(2)三聚氰胺-甲醛預聚樹脂的制備
將三聚氰胺與甲醛以摩爾投料比1:2. 5發(fā)生縮聚反應，形成沉淀比為1:1(向ImL蒸餾水中慢慢滴入ImL樹脂產(chǎn)品，若混合物呈微混池，說明沉淀比達到1:1)的三聚氰胺-甲醛預聚樹脂。(3)抗靜電貼面板的制備
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，攪拌均勻即制得抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠。將一張3. OcmX3. Ocm的裝飾貼面板用紙浸漬于抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠中，待裝飾貼面板用紙浸漬了足夠多樹脂后取出，滴掉多余的樹脂，放入真空干燥箱內(nèi)烘干，溫度控制在(80 140)°C，烘干，將浸膠后的裝飾貼面板用紙與相同尺寸聚四氟乙烯塑料層疊并置于光滑的鋁合金板上，在油壓機上于135°C，IOMPa下加熱15min，即制得抗靜電層壓板，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)石墨烯均分散液的制備
將0. 4g石墨粉加入40. OgNMP中，在250w下超聲6h，制得石墨烯的NMP均分散液。(2)三聚氰胺-甲醛預聚樹脂的制備
將三聚氰胺與甲醛以摩爾投料比1:2. 5發(fā)生縮聚反應，形成沉淀比為1:1(向ImL蒸餾水中慢慢滴入ImL樹脂產(chǎn)品，若混合物呈微混池，說明沉淀比達到1:1)的三聚氰胺-甲醛預聚樹脂。(3)抗靜電貼面板的制備
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，攪拌均勻即制得抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠。將一張3. OcmX3. Ocm的裝飾貼面板用紙浸漬于抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠中，待裝飾貼面板用紙浸漬了足夠多樹脂后取出，滴掉多余的樹脂，放入真空干燥箱內(nèi)烘干，溫度控制在(80 140)°C，烘干，將浸膠后的裝飾貼面板用紙與相同尺寸聚四氟乙烯塑料層疊并置于光滑的鋁合金板上，在油壓機上于135°C，IOMPa下加熱15min，即制得抗靜電層壓板，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)石墨烯均分散液的制備
將0. 5g石墨粉加入40. OgDMF中，在250w下超聲6h，制得石墨烯的DMF均分散液。(2)三聚氰胺-甲醛預聚樹脂的制備
將三聚氰胺與甲醛以摩爾投料比1:2. 5發(fā)生縮聚反應，形成沉淀比為1:1(向ImL蒸餾水中慢慢滴入ImL樹脂產(chǎn)品，若混合物呈微混池，說明沉淀比達到1:1)的三聚氰胺-甲醛預聚樹脂。(3)抗靜電貼面板的制備
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，攪拌均勻即制得抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠。將一張3. OcmX3. Ocm的裝飾貼面板用紙浸漬于抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠中，待裝飾貼面板用紙浸漬了足夠多樹脂后取出，滴掉多余的樹脂，放入真空干燥箱內(nèi)烘干，溫度控制在(80 140)°C，烘干，將浸膠后的裝飾貼面板用紙與相同尺寸聚四氟乙烯塑料層疊并置于光滑的鋁合金板上，在油壓機上于135°C，IOMPa下加熱15min，即制得抗靜電層壓板，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)石墨烯均分散液的制備
將0. 3g石墨粉加入43. Og甲醛水溶液中，在250W下超聲6h，制得石墨烯的甲醛溶液均分散液。(2)抗靜電貼面板的制備
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(fā)生縮聚反應，當反應預聚膠沉淀比達到1:1 (向ImL蒸餾水中慢慢滴入ImL樹脂產(chǎn)品，若混合物呈微混濁，說明沉淀比達到1:1)時，將反應膠倒入一潔凈表面皿中，再把一張3. OcmX3. Ocm 的裝飾貼面板用紙浸漬于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后取出，滴掉多余的樹脂，放入真空干燥箱內(nèi)烘干，溫度控制在(80 140) °C，烘干，將浸膠后的裝飾貼面板用紙與相同尺寸聚四氟乙烯塑料層疊并置于光滑的鋁合金板上，在油壓機上于135°C，IOMI^a下加熱15min，即制得抗靜電層壓板，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)石墨烯均分散液的制備
將0. 5g石墨粉加入40. OgNMP中，在250w下超聲6h，制得石墨烯的NMP均分散液。(2)三聚氰胺-甲醛預聚樹脂的制備將三聚氰胺與甲醛以摩爾投料比1:2. 5發(fā)生縮聚反應，形成沉淀比為1:1(向ImL蒸餾水中慢慢滴入ImL樹脂產(chǎn)品，若混合物呈微混池，說明沉淀比達到1:1)的三聚氰胺-甲醛預聚樹脂。(3)抗靜電貼面板的制備
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，攪拌均勻即制得抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠。將一張3. OcmX3. Ocm的裝飾貼面板用紙浸漬于抗靜電三聚氰胺-甲醛預聚樹脂膠中，待裝飾貼面板用紙浸漬了足夠多樹脂后取出，滴掉多余的樹脂，放入真空干燥箱內(nèi)烘干，溫度控制在(80 140)°C，烘干，將浸膠后的裝飾貼面板用紙與相同尺寸聚四氟乙烯塑料層疊并置于光滑的鋁合金板上，在油壓機上于135°C，IOMPa下加熱15min，即制得抗靜電層壓板，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-甲醛預聚樹脂的制備
將三聚氰胺與甲醛以摩爾投料比1:2. 5發(fā)生縮聚反應，形成沉淀比為1:1(向ImL蒸餾水中慢慢滴入ImL樹脂產(chǎn)品，若混合物呈微混池，說明沉淀比達到1:1)的三聚氰胺-甲醛預聚樹脂。(2)貼面板的制備
將4.9gNMP和IOg三聚氰胺-甲醛預聚樹脂直接混合，攪拌均勻即制得膠體樹脂。將一張3. OcmX3. Ocm的裝飾貼面板用紙浸漬于膠狀樹脂中，待裝飾貼面板用紙浸漬了足夠多樹脂后取出，滴掉多余的樹脂，放入真空干燥箱內(nèi)烘干，溫度控制在(80 140)°C，烘干， 將浸膠后的裝飾貼面板用紙與相同尺寸聚四氟乙烯塑料層疊并置于光滑的鋁合金板上，在油壓機上于135°C，IOMPa下加熱15min，即制得層壓板，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.應用石墨烯制備抗靜電層壓材料的方法，其特征在于按照下述步驟進行(1)將石墨與溶劑按一定比例混合，經(jīng)超聲處理制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(zhì)量分數(shù)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，攪勻即制得抗靜電三聚氰胺-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(zhì)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于抗靜電三聚氰胺-甲醛樹脂膠中，待每張紙都浸漬足夠多樹脂后取出，滴掉多余的樹脂；(4)將浸過膠的試驗紙放入真空干燥箱內(nèi)于80 140°C下烘干；(5 )將烘干的試驗紙取出，再重復步驟(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，覆蓋于芯層上，置于光滑的鋁合金板上，在油壓機上于135°C，0. 5 10. 3MPa下加熱15min，即制得抗靜電的層壓板。
2.根據(jù)權利要求1所述的應用石墨烯制備抗靜電層壓材料的方法，其特征在于其中步驟(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、化二甲基甲酰胺(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(zhì)量比為1/200 1/57。
全文摘要
本發(fā)明涉及應用石墨烯制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制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，制得石墨烯均分散液；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、干燥的紙層疊整齊，在加熱和壓力下將之與其它層結合，形成層壓板。本發(fā)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?nèi)矍璋?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(yōu)先權日2011年1月5日
發(fā)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