一种石墨烯发热浆料和其制成的石墨烯发热膜及制备方法与流程

本发明涉及发热材料，具体涉及一种石墨烯发热浆料和其制成的石墨烯发热膜及其制备方法。

背景技术：

1、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。因此，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。

2、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。而碳材料具有质轻、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。

3、在碳材料中，石墨烯是一种由单层碳原子层构成的二维晶体材料，其具有优异的电学性能，突出的导热性能，超高的比表面积等性能的同时，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。

4、但现有技术中的石墨烯材料由于其较大的比表面积和片层之间的范德华力，使得它分散性较差、容易团聚，进而导致制得的石墨烯发热浆料在基材、填料上的分散均匀性差，使制得的发热膜表面导电均匀性较差，电热温度不均匀，影响发热膜的实用性；并且现有技术中的石墨烯发热膜的热稳定性和电热性能仍有待提高。

5、因此，目前亟需一种导电均匀性高、表面电热温度分布均匀，并且热稳定性强、电热性能高的石墨烯发热浆料和其制成的石墨烯发热膜。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种导电均匀性高、表面电热温度分布均匀，并且热稳定性强、电热性能高的石墨烯发热浆料和其制成的石墨烯发热膜及制备方法。

2、技术方案：

3、一方面，本发明提供一种石墨烯发热浆料，包含改性石墨烯、消泡剂、阻燃剂和溶剂；

4、所述改性石墨烯通过氟碳表面活性剂与氧化石墨烯反应制得；

5、所述氟碳表面活性剂具有如下式a所示结构：

6、

7、进一步地，所述氟碳表面活性剂通过以下步骤制备：在反应器中，加入全氟辛烷磺酰氯、二异丙基氨基三甲基硅烷和三乙胺，加热至140-160℃，搅拌回流反应4-6小时后，冷却、洗涤、干燥后制得所述氟碳表面活性剂。

8、本发明中的氟碳表面活性剂，基于其氟碳链中氟原子较大的电负荷和单键键能，使其具有优异的表面活性和热稳定性，进而可以增强石墨烯发热浆料的热稳定性。

9、进一步地，所述全氟辛烷磺酰氯和二异丙基氨基三甲基硅烷的摩尔比为1.1-1.2：1。

10、进一步地，所述改性石墨烯通过以下步骤制备：

11、(1)将氧化石墨烯超声分散在n,n-二甲基甲酰胺中，制得氧化石墨烯分散液；

12、(2)在反应器中，加入氧化石墨烯分散液和氟碳表面活性剂，超声处理30-50分钟后加入水合肼，搅拌均匀后转移至反应釜中，将反应釜加热至120-130℃，反应2-3小时后抽滤、洗涤、干燥制得所述改性石墨烯。

13、本发明中添加氟碳表面活性剂与氧化石墨烯反应制得的改性石墨烯，氟碳表面活性剂可以通过范德华力和氢键的作用吸附在氧化石墨烯表面，减弱石墨烯片层间的作用力，增强其分散性避免团聚，并且其结构中的硅烷结构可以提高氟碳表面活性剂的表面活性，进一步增强石墨烯的分散性。

14、进一步地，所述氧化石墨烯和氟碳表面活性剂的质量比为1：1.5-2。

15、进一步地，所述消泡剂选自硅油、硬脂酰胺或硬脂酸铝中的一种；所述阻燃剂选自三氧化二锑、氢氧化镁或氢氧化铝中的至少一种；所述溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺、甲苯、异丙醇或水中的一种。

16、进一步地，所述石墨烯发热浆料通过以下步骤制备：

17、(1)在反应器中，加入溶剂和改性石墨烯，超声分散至均匀，制得分散液；

18、(2)向步骤(1)的分散液中加入消泡剂和阻燃剂，搅拌均匀后制得所述石墨烯发热浆料；

19、按总质量分数为100％计，所述各组分的质量百分含量为：

20、改性石墨烯     10-15％

21、消泡剂         0.5-2％

22、阻燃剂         0.5-2％

23、余量为溶剂。

24、另一方面，本发明还提供一种石墨烯发热膜，包含基材和石墨烯发热浆料；

25、所述基材选自pvc膜、pet膜或eva膜中的一种；

26、所述石墨烯发热浆料选自上述任意一项的石墨烯发热浆料。

27、本发明中通过增强石墨烯的分散性使其可以均匀分散在基材、填料中，提高石墨烯发热膜的导电均匀性，进而可以增强其表面电热温度均匀性，提高电热性能。

28、上述石墨烯发热膜的制备方法，包括以下步骤：将石墨烯发热浆料通过丝网印刷涂覆在基材上，形成石墨烯发热层，干燥后制得所述石墨烯发热膜。

29、进一步地，所述石墨烯发热层厚度为20-50μm。

30、有益效果：

31、(1)本发明提供的石墨烯发热浆料和其制成的石墨烯发热膜，通过添加改性石墨烯，可以增强石墨烯的分散性，有效避免其易团聚的问题，并且可以提高浆料的热稳定性，进而使制得的石墨烯发热膜导电均匀性高、表面电热温度分布均匀，并且热稳定性强、电热性能高。

32、(2)本发明提供的石墨烯发热浆料中添加氟碳表面活性剂与氧化石墨烯反应制得的改性石墨烯，氟碳表面活性剂可以通过范德华力和氢键的作用吸附在氧化石墨烯表面，减弱石墨烯片层间的作用力，增强其分散性避免团聚，并且其结构中的硅烷结构可以提高氟碳表面活性剂的表面活性，进一步增强石墨烯的分散性。

33、(3)本发明提供的石墨烯发热浆料中通过添加改性石墨烯，通过增强石墨烯的分散性使其可以均匀分散在基材、填料中，提高石墨烯发热膜的导电均匀性，进而可以增强其表面电热温度均匀性，提高电热性能。

34、(4)本发明提供的石墨烯发热浆料中通过氟碳表面活性剂对氧化石墨烯进行改性，基于其氟碳链中氟原子较大的电负荷和单键键能，使其具有优异的表面活性和热稳定性，进而可以增强石墨烯发热浆料的热稳定性。

技术特征：

1.一种石墨烯发热浆料，其特征在于，包含改性石墨烯、消泡剂、阻燃剂和溶剂；

2.根据权利要求1所述的石墨烯发热浆料，其特征在于，所述氟碳表面活性剂通过以下步骤制备：在反应器中，加入全氟辛烷磺酰氯、二异丙基氨基三甲基硅烷和三乙胺，加热至140-160℃，搅拌回流反应4-6小时后，冷却、洗涤、干燥后制得所述氟碳表面活性剂。

3.根据权利要求2所述的石墨烯发热浆料，其特征在于，所述全氟辛烷磺酰氯和二异丙基氨基三甲基硅烷的摩尔比为1.1-1.2：1。

4.根据权利要求1所述的石墨烯发热浆料，其特征在于，所述改性石墨烯通过以下步骤制备：

5.根据权利要求4所述的石墨烯发热浆料，其特征在于，所述氧化石墨烯和氟碳表面活性剂的质量比为1：1.5-2。

6.根据权利要求1所述的石墨烯发热浆料，其特征在于，所述消泡剂选自硅油、硬脂酰胺或硬脂酸铝中的一种；所述阻燃剂选自三氧化二锑、氢氧化镁或氢氧化铝中的至少一种；所述溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺、甲苯、异丙醇或水中的一种。

7.根据权利要求1所述的石墨烯发热浆料，其特征在于，所述石墨烯发热浆料通过以下步骤制备：

8.一种石墨烯发热膜，其特征在于，包含基材和石墨烯发热浆料；

9.权利要求8所述石墨烯发热膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将石墨烯发热浆料通过丝网印刷涂覆在基材上，形成石墨烯发热层，干燥后制得所述石墨烯发热膜。

10.根据权利要求9所述的石墨烯发热膜的制备方法，其特征在于，所述石墨烯发热层厚度为20-50μm。

技术总结
本发明公开了一种石墨烯发热浆料和其制成的石墨烯发热膜及其制备方法。所述石墨烯发热浆料包含改性石墨烯、消泡剂、阻燃剂和溶剂；所述改性石墨烯通过氟碳表面活性剂与氧化石墨烯反应制得；所述氟碳表面活性剂具有如下式A所示结构。本发明提供的石墨烯发热浆料和其制成的石墨烯发热膜，通过添加改性石墨烯，可以增强石墨烯的分散性，有效避免其易团聚的问题，并且可以提高浆料的热稳定性，进而使制得的石墨烯发热膜导电均匀性高、表面电热温度分布均匀，并且热稳定性强、电热性能高。

技术研发人员：黄庆,曹达平,曹新金,鲍计萍
受保护的技术使用者：江西省极热科技集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19