[发明专利]一种含石墨烯的柔性膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含有石墨烯的柔性膜及其制备方法。该石墨烯聚氨酯膜包括如下质量份的各组分：聚氨酯树脂60‑88.45份、石墨烯或石墨烯复合物0.5‑10份、碳系导电填料1‑15份、分散剂2‑10份、助剂0.5‑5份和溶剂。本发明改善了聚合物基体内部的导电网络结构；能够制得具有优异导电性能的发热材料，石墨烯的热辐射性能优异，其产生的辐射波长与人体的辐射波长接近，因此其产生的热能能够更好的被人体吸收，远红外加热效果好。

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种含有石墨烯的柔性膜及其制备方法。

背景技术

聚氨酯(简称PU)是指含有重复的氨基甲酸酯键(-NH-COO-)的高分子材料，将导电填料添加到聚氨酯中，可制得低电阻的PU复合材料，这种PU复合材料可应用于薄膜发热电极片、电加热片、电热膜供暖系统等领域。

目前，市售的电热材料产品主要包括：金属电热材料、非金属电热材料和碳系电热材料。金属电热材料工作时电热丝处于很高的温度，因此易在空气中发生氧化反应而烧断，安全性能较差；金属电热材料在使用时多为螺旋状态，通电时会产生感抗效应，产生部分可见光而使能量损耗，所以电热转换效率低。非金属电热材料也存在耐温性差、室温韧性差，高温环境下会因氧化而烧损，可加工性差的缺点，也限制了其发展应用。

碳系电热材料具有成本低、质轻、性能稳定等优点，正逐步取代金属电热材料和传统非金属电热材料而被广泛应用。常见碳系电热材料的导电填料包括炭黑、石墨和碳纤维，但是，相对石墨烯、碳纳米管等新型碳材料，炭黑、石墨和碳纤维的电阻率大，因而在电热材料中的添加量也较大，制得的发热材料较厚重，较硬而且不易弯曲。常用的碳系发热材料还存在耐洗涤性差的问题，不能洗涤或者只能部分洗涤，难以满足大多数的要求，限制了其应用。

石墨烯作为新型二维碳材料，具有优异的电学、力学、光学和热学等性能，这些性能决定了石墨烯在电加热领域具有广阔的应用前景。发明专利CN106832880A提供了一种石墨烯油性PU复合浆料及其制备方法和用途，该专利通过机械搅拌的工艺将石墨烯分散在油性PU中，得到复合浆料，这种工艺制得的复合浆料，石墨烯在PU树脂中的分散性不好。发明专利CN106954284A提出了一种基于石墨烯的可高效导热的电热膜及其制备方法，该专利首先制备由60％的混合粉体与40％的有机载体经搅拌、研磨而成的导电浆料，其中，混合粉体由6.4％～45％石墨烯、6.4％～45％导电炭黑以及32％～42％玻璃粉分散在15％～20％乙醇乙醇溶剂中混合球磨制备而成；有机载体由50％～64％松油醇、20％～30％脂类、4％～8％乙基纤维素、10％分散剂以及2％～5％松节油搅拌混合制备而成。然后将导电浆料均匀涂抹在底层绝缘材料上，再利用热压贴合法将上层绝缘材料贴合在涂有导电浆料的底层绝缘材料上，形成绝缘材料/导电浆料/绝缘材料复合结构的电加热膜。发明专利CN105906832A提出了一种石墨烯水性电热膜的制备方法，该发明通过对石墨烯进行表面处理，再与助剂、水性树脂等搅拌混合得到石墨烯电热膜浆料，最后将浆料涂覆到聚酯膜上形成石墨烯导电层，干燥后得到由石墨烯导电层与成膜载体组成的石墨烯电热膜。以上两篇专利中的电热膜制备工艺复杂，而且成膜均需要载体，这会致使电热膜柔性差，而且使用过程中需要施加较高的电压，限制了其应用。发明专利CN105504773A提出了一种具有导电性的聚氨酯薄膜及其制备方法，该专利的制备方法是首先将石墨烯和聚氨酯树脂在高剪切分散机中混合得到预分散体，再按一定的配比，与另一部分聚氨酯、溶剂以及助剂混合搅拌形成涂布工作浆，涂布于离型材料表面，经烘干、冷却、分离后得到具有导电性的聚氨酯薄膜，该专利中石墨烯的添加量大，高速剪切分散不能从本质上改善石墨烯在聚氨酯中的分散，所以制得的聚氨酯薄膜表面电阻高(10³-10⁵Ω)，难以用于电加热材料。发明专利CN105764169A提出了一种石墨烯电热布的制备方法及应用，该专利将石墨烯与纳米高分子材料、远红外无机纳米粉体混合，得到石墨烯基复合物；将石墨烯复合物分散在聚酯树脂或者PU树脂中，得到石墨烯改性远红外导电浆料；再以扎染、网印或者涂覆的方式将石墨烯改性远红外导电浆料与基体结合在一起，制备得到石墨烯电热布。该专利中使用的纳米高分子材料、无机纳米粉体存在耐温性差，在树脂基体中分散不均匀的缺点。