[發明專利]一種碳納米管-水溶性聚合物復合柔性電熱薄膜、制備方法及其用途

有效

• 申請號: 201310062282.3
• 申請日: 2013-02-27
• 公開（公告）號: CN103173003A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 曾志輝;金灝;張忠;高鋒
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: C08L75/04
• 分類號: C08L75/04;C08K9/04;C08K7/00;C08K3/04;H05B3/10
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

技術領域

本發明涉及一種柔性電熱薄膜及其制備方法，尤其涉及一種碳納米管-聚合物復合柔性電熱薄膜及其制備方法，所述復合電熱薄膜使用水分散的碳納米管與水溶性聚合物制備而得。

背景技術

自從碳納米管被發現以來，以其優異的力學、熱學、電學等性質受到廣泛的研究應用。其中以碳納米管作為添加劑改性高聚物性質是研究熱點之一。在碳納米管聚合物基復合材料中，主要存在碳納米管分散不均及碳納米管與高聚物材料界面結合能力低等主要問題。為提高碳納米管分散性及碳納米管與高聚物的界面結合性能，往往對碳納米管進行表面改性。其中比較常見的如對碳納米管進行強酸處理，在碳納米管表面接枝親水性官能團，從而取得水溶性碳納米管。這種方法處理過程中產生的廢酸等往往對環境造成污染破壞，增加了處理回收成本，并且由于是化學功能化碳納米管，會對碳納米管表面結構造成較大的破壞，影響碳納米管本征的力學、電學等性質，如造成碳納米管聚合物復合材料的電學性質降低，不利于在電學方面的使用。而另一種方法是使用表面活性劑對碳納米管進行表面修飾，使碳納米管分散在水溶液或者有機溶劑中，由于表面活性劑表面修飾改性碳納米管，沒有對碳納米管表面結構造成破壞，使得碳納米管的理化性質得以保持，如碳納米管表面共軛結構的完整使其電學性質得以保持，能更好地提高制備的碳納米管復合材料的電導率等電學性質。

近年來由于環境友好的理念日漸深入人心，以水作為溶劑的水溶性聚合物逐漸受到人們的重視，例如早在2003年美國膠黏劑中水溶性已占62%。水溶性聚合物以水代替了有機溶劑，不僅可以滿足無VOC(揮發性有機化合物)排放的環保要求，而且廉價安全，同時可以得到與有機溶劑型相似的形態，在基本不改變有機溶劑型使用工藝前提下保持有機溶劑型的產品性能。水溶性聚合物綜合性能優良并且安全環保，因而其應用范圍涉及涂料，粘接料，灌裝材料等許多領域，在建筑、家具、皮革、紡織、汽車、印刷等部門使用越來越普遍，已成為新興領域。

電熱材料是指通過自身電阻將電能轉換為熱能的一種材料，主要包括金屬及半導體等。然而傳統的金屬或半導體電熱材料由于具有室溫下不易變形、電阻率過小易導致過熱、密度較大、人體親和性低甚至可能有害等缺點而受到使用限制。因此開發出一種質輕、柔性、人體親和性高的電熱材料成為迫切需要。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種碳納米管-水溶性聚合物復合柔性電熱薄膜，所述復合柔性電熱薄膜低電壓下能快速發熱升溫，具有良好的柔性，可任意彎曲，并可通過調節碳納米管含量以及復合柔性電熱薄膜的尺寸得到具有不同發熱升溫效果的碳納米管-水溶性聚合物復合柔性電熱薄膜。

為了達到上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種碳納米管-水溶性聚合物復合柔性電熱薄膜，所述電熱薄膜包括水溶性聚合物基體以及分散于基體中的碳納米管。

所述碳納米管優選為表面活性劑修飾的碳納米管，表面活性劑修飾的碳納米管在水溶性聚合物基體中形成大量導電網絡結構，不同碳納米管含量的電熱薄膜具有不同的電阻率，通過調節電阻率以及電熱薄膜尺寸得到具有不同發熱升溫效果的碳納米管-水溶性聚合物復合柔性電熱薄膜。

所述碳納米管可以為單壁碳納米管（SWNTs）、雙壁碳納米管（DWNTs）和多壁碳納米管（MWNTs）中的任意一種或者至少兩種的混合物。所述混合物例如MWNTs和DWNTs的混合物，DWNTs和SWNTs的混合物，MWNTs和SWNTs的混合物，MWNTs、DWNTs和SWNTs的混合物。

所述電熱薄膜由水溶性聚合物基體以及分散于基體中的表面活性劑修飾的碳納米管組成，以電熱薄膜的質量為100wt%計，所述表面活性劑修飾的碳納米管的質量為0~95wt%，不包括0wt%，優選4~90wt%，進一步優選8~85wt%。所述表面活性劑修飾的碳納米管的質量為2wt%、5wt%、10wt%、15wt%、20wt%、25wt%、30wt%、40wt%、50wt%、60wt%、70wt%、75wt%、80wt%、85wt%、90wt%、92wt%、94wt%。

電熱薄膜中的碳納米管的質量可調（0~95wt%，不包括0wt%），可以實現高碳納米管含量聚合物基復合材料的制備。