[发明专利]石墨烯导电高分子复合材料、其制备方法及由其得到的电热膜

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯技术领域，尤其涉及一种石墨烯导电高分子复合材料、其制备方法及由其得到的电热膜。

背景技术

石墨烯是一种新的纳米材料，具有独特的二维平面结构，完全由碳原子组成，有着很好的导电、导热、红外发射等方面的性质，近年来受到了各个行业的高度重视。根据实验室测试发现，石墨烯的红外发射率很高，超过了常见的碳纤维、碳晶等材料。从原理上讲，石墨烯作为加热材料，会有非常高的发热效率和红外发射率，是最佳的热辐射材料。

常见的石墨烯是以粉体或薄膜的形式存在，分别被称为粉体石墨烯和CVD石墨烯。粉体石墨烯主要以低密度蓬松粉末或水基/油基分散液形式存在，颗粒之间的结合力很差，不能采用直接方法得到高品质的薄膜。CVD石墨烯膜的制造工艺和成本较高，尚无法进行大面积薄膜的工业化制备，也不能应用在采暖类电热产品领域。因此，通过自组织、压膜等方式得到的纯石墨烯膜往往有着强度差、易破损、难加工的缺陷，不能大范围推广到大功率加热产品中。

为了能够获得成膜性和导电性良好的电热膜，参考目前碳晶膜的制备方法，通常会在粘稠浆料中加入高分子胶粘剂。但目前，绝大多数高分子材料都是绝热绝缘材料，其导电导热率比石墨烯低6-8个数量级，加入少量高分子有时还会大幅度降低石墨烯的导电性与导热性，破坏其在这些领域的价值。

导电高分子是一类特殊的高分子材料，有着长链型的共轭分子结构。这是唯一能够有较好导电性，同时兼具高分子的粘性、可加工性、成膜性的材料。初步实验证明，石墨烯和导电高分子的混合，能够综合两者的优点，保证石墨烯的导电性，同时具有较好的涂膜加工性质，解决了上述的石墨烯膜导电性和成膜性不可兼得的困难局面。

类似的专利申请包括CN101798462B(石墨烯/导电高分子复合膜及其制备方法)，其中采用氧化石墨烯与导电高分子进行混合，并在原位还原得到石墨烯导电高分子复合膜。该方法使用的氧化石墨烯存在明显的分散不均匀、原位还原不充分等问题，复合膜的强度与导电性无法保证。此外，申请号201310548994.6的专利申请(导电高分子-石墨烯纳米复合材料、其制备方法及用途)中，涉及了一种将导电高分子单体与石墨烯混合、并在原位聚合的材料。同样的，使用氧化石墨烯面临还原不充分导致的导电性偏低问题。专利CN104538086B(水性导电高分子-石墨烯分散液及其制备方法)中，以水性导电高分子作为石墨烯的分散剂，直接制备得到了导电高分子和石墨烯的混合物，但这种方法需要较长时间且需要高功率超声，得到的石墨烯浓度很低(1-10mg/ml)，不适合大多数导电导热应用中。

虽然目前专利及文献中已经报道了少数石墨烯与导电高分子形成的复合材料，但由于目前存在石墨烯导电高分子复合材料制备方法繁琐，设备复杂，涉及专用工艺方法和化学还原过程，过程中使用大量酸、碱类化学品，存在污染环境风险等问题，因此，如何提供一种通过便捷、绿色方法制备得到的高导电性、高功率且能够在低电压条件下工作的电热膜，这将是本领域目前亟待研究的重要课题。

发明内容

本发明提供了一种石墨烯导电高分子复合材料、其制备方法及由其得到的电热膜，该电热膜具有高导电性、高功率且能够在低电压条件下工作等优点，可在冬季采暖等领域有着巨大应用前景。

为了达到上述目的，本发明的一方面提供了一种石墨烯导电高分子复合材料，以质量份计，包括石墨烯0.1至10份，导电高分子0.1至20份，树脂5-40份，导电功能性组分10-40份，辅助功能性组分0.07-21份，其中，所述石墨烯通过物理法制备得到。

作为优选技术方案，以质量份计，包括石墨烯1-5份，导电高分子5-10份，树脂10-20份，导电功能性组分20-30份，辅助功能性组分0.7-3.5份。

作为优选技术方案，所述物理法包括球磨法、砂磨法、高速剪切法、高压均质分散法、电化学剥离法、液相剥离法中的至少一种，由所述物理法制备得到的石墨烯的层数为1-100层，其中，氧原子的含量低于5％，最高不超过10％。

作为优选技术方案，所述导电高分子是包括全部或部分结构中含有聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯和聚苯胺中的至少一种的共轭长链分子结构及其衍生物的高分子材料，其分子量为1000-100万，导电率为10^-2S/m到10⁶S/m。

作为优选技术方案，所述导电功能性组分包括炭黑、碳纳米管和石墨中的至少一种。

作为优选技术方案，所述树脂包括环氧树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、乙烯基醇类、聚氨酯和橡胶中的至少一种。