[发明专利]一种多功能石墨烯电热浆料和其制成的多功能电热膜及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种多功能石墨烯电热浆料和其制成的多功能电热膜及制备方法和应用。制备方法包括：（1）通过对石墨烯微片进行修饰改性，引入可诱导脂化、交联反应官能基团；（2）将修饰改性后的石墨烯与可脂化、交联反应乳液、各类助剂液相混合；诱导上述分散液发生原位酯化、交联反应形成石墨烯基均质电热浆料；（3）对电热浆料负载基体进行改性修饰，以增强电热浆料与基体材料界面性能；（4）将石墨烯电热浆料与不同基材结合制备电热产品。本发明石墨烯电热材料具有电阻率、使用电压、加热效率可调，兼具远红外发热、阻燃，可应用范围广泛、安全、节能等优点，可用于制造家居建材、人体护理、航空设备、医疗设备、运输管道、汽车等多种领域。

技术领域

本发明涉及一种多功能石墨烯电热浆料和其制成的多功能电热膜及制备方法和应用，属于电热材料领域。

背景技术

我国大气污染主要是煤烟型污染，近年来全国煤炭消费量，特别是冬季取暖用煤量居高不下。推行具有节省用地、有利环保、安全可靠、收费简易的电采暖技术，在节能、节约维修费用和管理开支方面，有着明显的优势。电热膜是一种通电后能自发热的薄膜材料，是由可导电发热的特种油墨，金属载流条，基体材料，保护层和温控、传感等部分构成，在建筑取暖、工业烘箱干燥、石油化工管道保温等领域有着广泛的应用前景。特种导电油墨赋予电热涂料导电性能，导电填料主要有金属合金类、碳材料等几类。金属系中金、银、铂导电性能优越，但价格昂贵，仅限用于军事及航天领域；铜、铝易氧化导致性能下降而限制了其用处；镍粉密度大、易沉底导致使用不便。碳材料具有质轻、无毒无害、不易氧化、价格低廉等优点，在电热涂料，特别是低温电热材料领域应用较多。

由单层碳原子层构成的二维晶体材料，石墨烯，是一种新兴的碳材料。其具有优异的电学性能 ( 室温下电子迁移率可达 2×105 cm²/Vs)，突出的导热性能(5000 W/mK)，超高的比表面积(2630 m²/g)等性能的同时，还兼具轻便、柔韧性好、可大面积使用、不易氧化等优点，具有比其它碳材料更加突出的远红外辐射性能，制成的加热元器件具有体感温度高、热舒适性好的特点，因此石墨烯具备成为优异电热材料的特点及潜力。

中国专利CN 105906832 A，CN 104219797 B，CN 104517664 B，CN 106255238 A等均使用氧化石墨烯作为主要导电发热材料，辅以不同填料、助剂，制备石墨烯基电热浆料及其电热膜器件，展现较优异的电热转化效率，发热速率和安全、环保、节能等优势。但由于氧化石墨烯晶体结构在制备阶段已被强氧化剂破坏，导电传热性能无法与本征石墨烯相比，需要通过化学还原才可恢复其晶体结构，这将加长电热浆料及其膜产品工艺路线，增加能耗与成本。中国专利CN 106304435 A，CN 105884251 A，CN 105898906 A等虽然使用了诸如机械剥离石墨烯等作为导电发热材料，但其制备过程均为将石墨烯原料与各类添加剂、助剂机械液相混合，依靠机械剪切力进行搅拌分散，核心发热材料石墨烯与各填料很大程度上依靠物理吸附与包裹，缺少化学键尺度的结合，在后续存储与使用过程中极易发生有效成分偏聚，制成器件后易造成局部过热，形成安全隐患。另外，现有专利技术均注重电热浆料的制备与相关工艺，对浆料载体基材的表面性质缺少关注，未能有效对基体材料表面进行相应预处理，增强浆料/基体界面结合力，特别是针对柔性电热器件，其在安装使用过程会面临不同程度弯曲，浆料与基体的界面结合力是决定其使用寿命与安全的关键因素。

发明内容

本发明提供了一种多功能石墨烯电热浆料，以原位脂化、交联等方式增强导电发热材料石墨烯与各填料、乳液结合性能，构建电热浆料与基材界面化学键合；具备电发热、红外发射、阻燃、电阻率、工作电压与发热功率可调等功能。

本发明还提供了该电热浆料的制备方法和应用。该电热浆料及其器件可应用于人体护理、航空设备、管道保温、医疗设备、家用电器、室内采暖、汽车等多种领域。

本发明还提供了由上述多功能石墨烯电热浆料制成的多功能电热膜及制备方法和应用。