[发明专利]一种石墨烯水性电热膜涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型电热材料领域，具体地说涉及一种石墨烯水性电热膜涂料及其制备方法。

背景技术

电热膜供暖系统，是区别于以散热器、空调、暖气片为代表的点式供暖系统及以发热电缆为代表的线式供暖系统，在面式供暖领域采用现代宇航技术研发的低碳供暖高科技产品。

电热膜制热原理是产品在电场的作用下，发热体中的碳分子团产生“布朗运动”，碳分子之间发生剧烈的摩擦和撞击，产生的热能以远红外辐射和对流的形式对外传递，其电能与热能的转换率高达98%以上。碳分子的作用使系统表面迅速升温。将电热膜暖采暖系统安装在墙(地)面上，热能就会源源不断地均匀传递到房间的每一个角落。电热膜之所以能够对空间起到迅速升温的作用，就在于其100%的电能输入被有效地转换成了超过66%的远红外辐射能和33%的对流热能。电热膜因符合减排低碳的政策导向，其发展前景广阔。

电热膜的核心发热体是电热涂料，其质量的好坏直接决定了电热膜的产品力。目前国内市场上的电热膜多采用碳晶、碳浆等涂料，存在功率衰减严重，生产使用VOC（挥发性有机化合物）排放等严重缺点。

CN 107236382 A公开了一种水性电热涂料用组合物和水性电热涂料及其制备方法和由其制备得到的电热膜。所述水性电热涂料用组合物含有水性分散树脂、碳纳米管、石墨烯和纳米炭黑，其中，所述水性分散树脂、所述碳纳米管、所述石墨烯和所述纳米炭黑的含量的重量比为1:0.09-0.4:0.08-0.3:0.1-0.7。在由水性电热涂料制备电热膜的过程中，通过将碳纳米管、石墨烯和纳米炭黑复合应用，在发热层中搭建三维导电网络，从根本上解决电热膜功率衰减、生产使用排放等问题。但是其缺点在于石墨烯和纳米炭黑在水性涂料中分散性差，易团聚，从而影响导电等性能。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种石墨烯水性电热膜涂料及其制备方法。将本发明的涂料涂覆在发热体表面，使得发热体具有防水、防冲击、耐高温、绝缘、导热系数较高等特性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种石墨烯水性电热膜涂料，包括如下组分：水性树脂40~60wt%， 纳米石墨烯3～15wt%，硫酸钙晶须和氢化蓖麻油的混合物0.5~2.5wt%，聚苯胺0.5~1.5%wt%，聚噻吩0.5~1.5wt%，流平剂0.5~1.5wt%，消泡剂0.5~1.5wt%和水30~40wt%；以上组分质量分数之和为100%。

所述水性树脂为水性有机硅树脂、水性环氧树脂或水性聚氨酯树脂。

所述纳米石墨烯的粒径小于100nm。

所述硫酸钙晶须和氢化蓖麻油的重量比为2:1。

所述的流平剂为BYK-333，所述的消泡剂为BD-304。

一种制备如上任一项所述的石墨烯水性电热膜涂料的方法：将水性树脂和水先混合，形成混合溶液；然后往混合溶液中加入纳米石墨烯粉末，搅拌分散均匀；然后往混合溶液中继续加入聚苯胺、聚噻吩、流平剂、硫酸钙晶须和氢化蓖麻油的混合物和消泡剂，并充分搅拌均匀得到混合溶液，将混合溶液置于球磨机中进行球磨，球磨速度为400～600 r/min，球磨时间为4～6小时。

石墨烯是一种新型二维碳材料，每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，在石墨烯中势场作用下，载流子在狄拉克点附近具有狄拉克费米子的特性，载流子可以高度离域，因此具有优异的导电、导热性，是目前已知的电导率最高的材料，单层理论电阻率约10-6 Ω•cm，也是世界上最薄 (0.34nm)、最硬的片层状纳米材料，作为一种发热材料添加，容易在电热膜中形成一种导电网络连接，只需要添加少量的石墨烯，就能达到很好的导电效果，对成膜载体的结构影响很小，减少了生产、制造的难度，还使得发热体的导电性能具有更高的稳定性。但是石墨烯容易团聚，影响发热体的导电性。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1）本发明采用硫酸钙晶须和氢化蓖麻油的混合物（重量比为2:1）作为纳米石墨烯的分散剂，能够减少石墨烯在溶液中团聚，并能够避免出现石墨烯片层搭接不良和导电、导热网络形成不完善的缺陷，进而提高产品的导电性能和发热性能；

2）本发明在涂料中加入聚苯胺、聚噻吩，这两者均是导电高分子材料，具有金属和塑料两个特性，导电性和防腐性能优异，这两种材料在涂料中的添加极大提高了涂料的导电性和防腐性；