[發(fā)明專利]一種具有速熱性能的石墨烯復(fù)合紙的制備及其應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2019-08-07
• 公開（公告）號: CN110485209B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王海松;陳航;孟毅;程意;魯杰
• 申請（專利權(quán)）人: 大連工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: D21H27/00
• 分類號: D21H27/00;D21H11/12;D21F11/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 房艷萍;李馨

本發(fā)明涉及一種具有速熱性能的石墨烯復(fù)合紙頁的制備方法。其中加入的石墨烯種類有氧化還原石墨烯、生物質(zhì)石墨烯、市面上購買的石墨烯。氧化還原石墨烯是通過改進的Hummers法制備得到的，生物質(zhì)石墨烯是利用玉米秸稈制備得到的加入2％氧化還原石墨烯制得的紙頁在紅外燈的照射下紙頁溫度快速升高到120℃，加入2％生物質(zhì)石墨烯制得的紙頁在紅外燈的照射下溫度迅速升至90℃，加入2％市面上購買到的石墨烯制得的紙頁在紅外燈的照射下溫度迅速升至205℃。本發(fā)明中提到的方法原料成本低、綠色環(huán)保還做到了廢物利用，實驗試劑溫和，易于推廣至工廠量產(chǎn)，生產(chǎn)出的紙頁在食品包裝加熱方面有廣闊的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高性能特種紙產(chǎn)品領(lǐng)域，涉及一種具有速熱性能的石墨烯復(fù)合紙的制備方法，具體來說，是將石墨烯(包括氧化還原石墨烯和生物質(zhì)石墨烯)在抄紙過程中加入，制備具有紅外響應(yīng)的速熱功能紙。

背景技術(shù)

自從安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫二人因為發(fā)現(xiàn)被稱為最強功能材料二維石墨烯而共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎之后，石墨烯以其自身獨特的二維納米結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的物理化學(xué)以及生物性能在材料、化學(xué)、生物學(xué)等各個領(lǐng)域引發(fā)了強烈關(guān)注。短短十幾年，石墨烯新材料受到熱捧，相關(guān)產(chǎn)業(yè)如雨后春筍般產(chǎn)生了，到2016年我國石墨烯市場總體規(guī)模突破40億元。

石墨烯作為“材料之王”，是由碳原子以sp²雜化連接的單原子層構(gòu)成，基本結(jié)構(gòu)單元為有機材料中最穩(wěn)定的苯六元環(huán)，是目前所發(fā)現(xiàn)的最薄二維材料。在石墨烯最外層的每個原子都有一個未配對的電子，即不飽和鍵。單原子層石墨烯材料比表面積理論上可以達到2630g/m²，理論厚度0.35nm，相當(dāng)于一根頭發(fā)的20萬分之一的厚度。石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能(～1.5×10⁴cm²/V·s)電子移動快(1/300光速)，常溫下電阻率最低(10^-6Ω)，低于銅和銀，同時可耐受電流密度為1～2億A/cm2，是銅的100倍。導(dǎo)熱系數(shù)高達(～5300W/m·K)，高于碳納米管和金剛石。力學(xué)性能的理論彈性模量達到1000Gpa和拉伸強度可以達到125GPa，強度超過1TPa，是鋼鐵的100倍。石墨烯具有高透光率，幾乎透明，只吸收2.3％的光。還有一些其他性能，比如低溫可吸附氫，高性能傳感器功能。由于石墨烯的這些優(yōu)異的力學(xué)性能、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，同時又是納米級別的填充材料，還可以與多種集體材料形成多元復(fù)合材料，因此利用石墨烯制備出的復(fù)合材料既可以提高材料的性能，又可以擴大材料的應(yīng)用范圍。

在我們的日常生活當(dāng)中，對紙張有著不同性能的要求，便促使了特種紙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，例如抗酸、抗菌、疏油等特殊性能。另一方面，在生活中紙張的需求量很大，導(dǎo)致有關(guān)特種紙的研究與生產(chǎn)也變成了一類熱門產(chǎn)業(yè)和研究熱點。特種紙及紙板的消費量連續(xù)三年正增長，并且遙遙領(lǐng)先其它紙種的增長率，特別是在行業(yè)情況不景氣的情況下，需要把負增長的文化用紙轉(zhuǎn)型為特種紙。

在現(xiàn)今生活節(jié)奏越來越快的社會里，快餐文化在我們城市里極為盛行，在年輕人的生活方式里，快銷、電商、外賣已經(jīng)深入生活，街道、商場里隨處可見的漢堡店、快餐店，與此同時，餓了嗎已覆蓋全國2000個城市,加盟餐廳130萬家,用戶量達2.6億，市場廣闊。物流、淘寶推動了箱板紙的發(fā)展，我相信，餓了么和美團等外賣平臺也會對速熱食品包裝材料有所要求和需求。被稱為“新材料之王”的石墨烯作為新型材料還有很多未知的可能性，而造紙業(yè)是經(jīng)過千年傳承的傳統(tǒng)行業(yè)，需要新技術(shù)的支持以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。雖然石墨烯材料在實際生產(chǎn)中仍存在制備成本較高等困難，但隨著科學(xué)技術(shù)的突破和行業(yè)間的相互合作，基于石墨烯材料的特種紙的開發(fā)具有光明的前景。

本發(fā)明將二者結(jié)合，主要是通過將石墨烯添加到紙張中，制備具有智能速熱功能的特種紙，主要是利用石墨烯卓越的光學(xué)、熱學(xué)性能，石墨烯能吸收和輻射高達40％的遠紅外線，且可以把熱能轉(zhuǎn)換為電能，轉(zhuǎn)換率高達99％，制備紅外響應(yīng)的速熱食品包裝紙。

發(fā)明內(nèi)容