[發(fā)明專利]一種多功能石墨烯電熱漿料和其制成的多功能電熱膜及制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710850758.8
• 申請日: 2017-09-20
• 公開（公告）號: CN107682943B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王俊中;王聰偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所
• 主分類號: C08G18/75
• 分類號: C08G18/75;H05B3/14;H05B3/20
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發(fā)明公開了一種多功能石墨烯電熱漿料和其制成的多功能電熱膜及制備方法和應(yīng)用。制備方法包括：（1）通過對石墨烯微片進(jìn)行修飾改性，引入可誘導(dǎo)脂化、交聯(lián)反應(yīng)官能基團(tuán)；（2）將修飾改性后的石墨烯與可脂化、交聯(lián)反應(yīng)乳液、各類助劑液相混合；誘導(dǎo)上述分散液發(fā)生原位酯化、交聯(lián)反應(yīng)形成石墨烯基均質(zhì)電熱漿料；（3）對電熱漿料負(fù)載基體進(jìn)行改性修飾，以增強(qiáng)電熱漿料與基體材料界面性能；（4）將石墨烯電熱漿料與不同基材結(jié)合制備電熱產(chǎn)品。本發(fā)明石墨烯電熱材料具有電阻率、使用電壓、加熱效率可調(diào)，兼具遠(yuǎn)紅外發(fā)熱、阻燃，可應(yīng)用范圍廣泛、安全、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，可用于制造家居建材、人體護(hù)理、航空設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、運(yùn)輸管道、汽車等多種領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多功能石墨烯電熱漿料和其制成的多功能電熱膜及制備方法和應(yīng)用，屬于電熱材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

我國大氣污染主要是煤煙型污染，近年來全國煤炭消費(fèi)量，特別是冬季取暖用煤量居高不下。推行具有節(jié)省用地、有利環(huán)保、安全可靠、收費(fèi)簡易的電采暖技術(shù)，在節(jié)能、節(jié)約維修費(fèi)用和管理開支方面，有著明顯的優(yōu)勢。電熱膜是一種通電后能自發(fā)熱的薄膜材料，是由可導(dǎo)電發(fā)熱的特種油墨，金屬載流條，基體材料，保護(hù)層和溫控、傳感等部分構(gòu)成，在建筑取暖、工業(yè)烘箱干燥、石油化工管道保溫等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。特種導(dǎo)電油墨賦予電熱涂料導(dǎo)電性能，導(dǎo)電填料主要有金屬合金類、碳材料等幾類。金屬系中金、銀、鉑導(dǎo)電性能優(yōu)越，但價(jià)格昂貴，僅限用于軍事及航天領(lǐng)域；銅、鋁易氧化導(dǎo)致性能下降而限制了其用處；鎳粉密度大、易沉底導(dǎo)致使用不便。碳材料具有質(zhì)輕、無毒無害、不易氧化、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在電熱涂料，特別是低溫電熱材料領(lǐng)域應(yīng)用較多。

由單層碳原子層構(gòu)成的二維晶體材料，石墨烯，是一種新興的碳材料。其具有優(yōu)異的電學(xué)性能 ( 室溫下電子遷移率可達(dá) 2×105 cm²/Vs)，突出的導(dǎo)熱性能(5000 W/mK)，超高的比表面積(2630 m²/g)等性能的同時(shí)，還兼具輕便、柔韌性好、可大面積使用、不易氧化等優(yōu)點(diǎn)，具有比其它碳材料更加突出的遠(yuǎn)紅外輻射性能，制成的加熱元器件具有體感溫度高、熱舒適性好的特點(diǎn)，因此石墨烯具備成為優(yōu)異電熱材料的特點(diǎn)及潛力。

中國專利CN 105906832 A，CN 104219797 B，CN 104517664 B，CN 106255238 A等均使用氧化石墨烯作為主要導(dǎo)電發(fā)熱材料，輔以不同填料、助劑，制備石墨烯基電熱漿料及其電熱膜器件，展現(xiàn)較優(yōu)異的電熱轉(zhuǎn)化效率，發(fā)熱速率和安全、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)勢。但由于氧化石墨烯晶體結(jié)構(gòu)在制備階段已被強(qiáng)氧化劑破壞，導(dǎo)電傳熱性能無法與本征石墨烯相比，需要通過化學(xué)還原才可恢復(fù)其晶體結(jié)構(gòu)，這將加長電熱漿料及其膜產(chǎn)品工藝路線，增加能耗與成本。中國專利CN 106304435 A，CN 105884251 A，CN 105898906 A等雖然使用了諸如機(jī)械剝離石墨烯等作為導(dǎo)電發(fā)熱材料，但其制備過程均為將石墨烯原料與各類添加劑、助劑機(jī)械液相混合，依靠機(jī)械剪切力進(jìn)行攪拌分散，核心發(fā)熱材料石墨烯與各填料很大程度上依靠物理吸附與包裹，缺少化學(xué)鍵尺度的結(jié)合，在后續(xù)存儲(chǔ)與使用過程中極易發(fā)生有效成分偏聚，制成器件后易造成局部過熱，形成安全隱患。另外，現(xiàn)有專利技術(shù)均注重電熱漿料的制備與相關(guān)工藝，對漿料載體基材的表面性質(zhì)缺少關(guān)注，未能有效對基體材料表面進(jìn)行相應(yīng)預(yù)處理，增強(qiáng)漿料/基體界面結(jié)合力，特別是針對柔性電熱器件，其在安裝使用過程會(huì)面臨不同程度彎曲，漿料與基體的界面結(jié)合力是決定其使用壽命與安全的關(guān)鍵因素。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種多功能石墨烯電熱漿料，以原位脂化、交聯(lián)等方式增強(qiáng)導(dǎo)電發(fā)熱材料石墨烯與各填料、乳液結(jié)合性能，構(gòu)建電熱漿料與基材界面化學(xué)鍵合；具備電發(fā)熱、紅外發(fā)射、阻燃、電阻率、工作電壓與發(fā)熱功率可調(diào)等功能。

本發(fā)明還提供了該電熱漿料的制備方法和應(yīng)用。該電熱漿料及其器件可應(yīng)用于人體護(hù)理、航空設(shè)備、管道保溫、醫(yī)療設(shè)備、家用電器、室內(nèi)采暖、汽車等多種領(lǐng)域。

本發(fā)明還提供了由上述多功能石墨烯電熱漿料制成的多功能電熱膜及制備方法和應(yīng)用。