一种石墨烯电热薄膜及其制备方法和应用

本发明属于医疗器械，具体涉及一种石墨烯电热薄膜和其制备方法，以及其在促进伤口修复、预防腹腔黏连及促进毛发生长等中的应用。

背景技术：

1、石墨烯作为一种新型高分子材料，在通电情况下，可以通过碳原子的布朗运动将电能通过远红外辐射出来，这类射线的频率与人体内的细胞分子、水分子频率相一致时，引起生理效应、温热效应和共振效应，能量被人体组织吸收，从而促进血液循环，增强新陈代谢，减少炎症反应，增强人体免疫力和生物细胞组织的再生能力，达到防病治病的目的。因此，以石墨烯为原料之一的电热复合材料可以在通电条件下，将电能转化为远红外向四周辐射，同时向接触物体传递热能，产生一系列生物及物理功能。

2、石墨烯电热复合材料是当前极具市场前景的功能材料，在家居供暖、农业、航空、医疗等众多领域表现出巨大的优越性和发展空间。目前，市场上常见的石墨烯发热材料多属于刚性材料，限制了其应用；而少数的石墨烯柔性电热膜通常是将石墨烯通过浸涂、原位化学沉积、刷涂等方式附着在柔性基材表面，但该方法具有使用石墨烯含量高、价格昂贵，且易脱落等确定，不易于其商业应用。

3、而且，目前石墨烯电热复合材料普遍存在电能转化效率较低、辐射波长范围广、使用面积大等缺点，对于能够满足医疗用的小型化柔性可穿戴的石墨烯电热薄膜的研发尚无任何解决方案。

技术实现思路

1、针对现有技术中的问题，本发明提供了一种石墨烯电热薄膜及其制备方法，该电热薄膜具有石墨烯用量少，成本低，制备方法简单，电-热辐射转化效率高，弯曲角度大等优点，且在促进伤口修复、预防腹腔黏连以及促进毛发生长等方面具有积极作用，故在可穿戴医疗器械领域具备良好的应用前景。

2、本发明的方案具体如下：

3、本发明第一方面提供了一种石墨烯电热薄膜，该石墨烯电热薄膜包括电热复合材料层以及与该电热复合材料层上下表面粘结的纤维膜层，电热复合材料层具体由石墨烯复合悬浮液、复合树脂悬浮液、硅烷偶联剂及维生素c组成的均匀浆料固化所得；其中，

4、石墨烯复合悬浮液按重量份计，包括20～40份石墨烯纳米片悬浮液(固体含量为17～22％)、20～40份导电炭黑、2～4g份聚丙烯酸铵、2～4份十二烷基苯磺酸钠和2～4份硅油，石墨烯纳米片悬浮液的；

5、复合树脂悬浮液按重量份计，包括100～200份阻燃环氧树脂、20～40份固化剂、1.5～3份匀染剂、1～2份分散剂和1～2份有机硅消泡剂。

6、在上述石墨烯电热薄膜中，石墨烯电热薄膜上还粘贴有电极层，以便于为石墨烯电热薄膜供电，使其将电能转化为远红外辐射。

7、在上述石墨烯电热薄膜中，石墨烯复合悬浮液与复合树脂悬浮液、硅烷偶联剂和维生素c的重量比优选为1:1:0.01:0.06～0.1。

8、在上述石墨烯电热薄膜中，石墨烯纳米片悬浮液中的石墨烯为3～10层的少层石墨烯且其粒径为5～20μm，炭黑的粒径为5～30nm。

9、在上述石墨烯电热薄膜中，石墨烯复合悬浮液中的聚丙烯酰胺和十二烷基磺酸钠配合有助于石墨烯纳米片和炭黑的均匀分散，且与复合树脂悬浮液混合后，聚丙烯酰胺可与环氧树脂一起协同粘结石墨烯和炭黑。

10、在上述石墨烯电热薄膜中，阻燃环氧树脂可以为含n阻燃环氧树脂或/和含p阻燃环氧树脂；优选地，阻燃环氧树脂由50～100份的含n阻燃环氧树脂和50～100份的含p阻燃环氧树脂组成；环氧树脂在复合材料中起到粘合作用，并且可以避免电流过载后燃烧，有助于安全防火。

11、在上述石墨烯电热薄膜中，固化剂用于增进环氧树脂固化，可选用酰胺基胺类室温固化型，如具体可采用651型等；匀染剂具有促进渗透作用，本发明优选采用聚氧乙烯醚类表面活性剂作为匀染剂；分散剂主要用于增加油性以及水性组分在同一体系中的相容性，如可采用psi-500硅烷偶联剂。

12、在上述石墨烯电热薄膜中，粘结在电热复合材料层上下表面的纤维膜层可以为聚酯纤维膜。

13、在上述石墨烯电热薄膜中，石墨烯电热薄膜的厚度优选为50～300μm，且石墨烯电热薄膜的最大直径优选为2～30cm。

14、本发明第二方面提供了制备上述石墨烯电热薄膜的方法，具体包括如下操作：

15、(1)石墨烯复合悬浮液的制备：将20～40份石墨烯纳米片悬浮液、20～40份导电炭黑、2～4g份聚丙烯酸铵、2～4份十二烷基苯磺酸钠和2～4份硅油依次加入200份水中，混匀后离心过滤去除90％体积的水；

16、(2)复合树脂悬浮液的制备：将100～200份阻燃环氧树脂、20～40份固化剂、1.5～3份匀染剂、1～2份分散剂和1～2份有机硅消泡剂混匀，并调节ph至8.0～8.5；

17、(3)将石墨烯复合悬浮液和复合树脂悬浮液混合并添加硅烷偶联剂、维生素c，搅拌混合后研磨，再将所得浆料涂布于两层纤维膜间，固化即得。

18、在上述制备方法中，步骤(1)中混匀各组分的处理条件优选为：于12000～15000转/分钟的搅拌转速下，搅拌混匀0.5～0.8h。另外，步骤(1)中加入过量水是便于各材料混匀，但为了与复合树脂悬浮液混合还需浓缩去除多余的水分；石墨烯复合悬浮液添加的硅油起到降低表面张力、减少搅拌摩擦力和疏水作用，除了有助于均匀混合外，还有利于后续去除多余水分。

19、在上述制备方法中，步骤(2)中混匀各组分的处理条件优选为：于1000～1500转/分钟的搅拌转速下，搅拌混匀0.5～1h。

20、在上述制备方法中，步骤(3)中搅拌混合的操作参数优选为：于12000～15000转/分钟的搅拌转速下，搅拌1～1.2h；研磨具体可采用三辊研磨机进行研磨，以便于将混合料研磨为均匀细腻的浆料。

21、在上述制备方法中，将复合树脂悬浮液的ph调至微碱性(8.0～8.5)，有助于石墨烯复合悬浮液与复合树脂悬浮液形成的混合体系中材料的交联，有助于石墨烯在树脂中的均匀分散。具体地，本发明一实施例中采用二乙基三胺作为ph调节剂。

22、在上述制备方法中，步骤(3)中添加的维生素c能够对混合浆料进行温和、缓慢的还原，避免交联反应过程中氧化基团的产生，有利于减少氧化石墨烯的产生，使得石墨烯片间π-π共价堆叠，形成有序的层状结构；同时维生素c阻碍疏水表面的快速形成，有利于硅烷偶联剂促进石墨烯复合悬浮液和复合树脂悬浮液交联；另外维生素c还能够通过消除浆料中酸性残留物来避免对人体皮肤的损害。

23、在上述制备方法中，步骤(3)中的固化条件优选为：110～130℃烘干20～24h。

24、本发明第三方面提供了本发明制备的石墨烯电热薄膜在可穿戴产品中的应用，尤其是在可穿戴医疗器械产品中的应用，如本发明的实施例数据表明，本发明制备的石墨烯电热薄膜能有效促进大鼠腹壁伤口愈合，预防大鼠术后腹腔粘连以及促进大鼠腹部毛发生长。

25、相对于现有技术，本发明的有益效果为：

26、本发明合成的石墨烯电热薄膜小巧轻便，厚度为50～300μm，最大直径为2～30cm，可弯曲角度达～90°，具有可穿戴应用前景。而且该石墨烯电热薄膜制备流程简单，成本低廉，反应条件温和，电-热辐射转化效率高达83％，辐射远红外波长范围为5～15μm，具有良好的生物学应用前景，适于推广使用。