一种氧化石墨烯改性的电加热膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种氧化石墨烯改性的电加热膜及其制备方法和应用。一种氧化石墨烯改性的电加热膜的制备方法，所述电加热膜包括叠置的导电层和发热层；所述发热层是含氧化石墨烯的油墨经过辐照而形成的层；所述含氧化石墨烯的油墨至少包含氧化石墨烯、水、自由基捕捉剂和树脂粘结剂。本发明专利技术的制备方法不需要引入毒性较大的化学还原剂、固化剂，而且无需预处理，因此，该方法具有环保、工艺简单、生产效率高等优点。

Graphene oxide modified electric heating film and preparation method and application thereof

The invention provides an electric heating film modified by graphene oxide and a preparation method and application thereof. A method for the preparation of an electrically heated film modified with graphene oxide. The electric heating film consists of a stacked conductive layer and a heating layer; the heating layer is a layer of irradiated ink containing graphene oxide; the ink containing graphene contains at least the graphite oxide, water, free radical catcher and resin binder. . The preparation method of the invention does not need to introduce a large toxic chemical reducing agent and curing agent, and does not need to be pretreated. Therefore, the method has the advantages of environmental protection, simple process and high production efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯改性的电加热膜及其制备方法和应用
本专利技术涉及化工领域，尤其是涉及一种氧化石墨烯改性的电加热膜及其制备方法和应用。
技术介绍
传统电加热膜的原理是通过电阻丝通电加热，发热面积小，电热效率低，电阻丝长时间容易氧化，安全性低，寿命短。因此需要寻找一种安全性好的加热方式来替代传统的加热方式，以满足人们的生活需求。石墨烯是由碳原子以SP2杂化方式连接的单原子层构成，是目前发现的已知材料中最薄最牢固坚硬的材料。石墨烯特殊的结构使其蕴含了许多独特的物理和化学性质，使其具有优良的导电、导热性能，这些优异的性能使其在电子乃至加热领域有着巨大的应用价值。在现有技术中，专利申请CN104219797A公开了一种石墨烯电热膜的制备方法：首先采用氧化石墨烯成膜后，再对其进行还原，还原过程用到大量的化学还原剂，且毒性较大，操作工艺复杂。专利申请CN105906832A公开了一种石墨烯水性电热膜的制备方法：由于石墨烯表面呈现惰性状态，与其它介质的相互作用弱，且石墨烯片与片之间存在较强的范德华力，极易发生团聚，很难在纤维内部或表面均匀分散，不能把石墨烯的优良性能充分保留在复合材料中，因此该专利技术首先对石墨烯进行亲水性处理，再加入纤维素衍生物溶液进行预分散，虽然减少了化学试剂的使用，但要对石墨烯进行预处理，操作步骤复杂。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种氧化石墨烯改性的电加热膜的制备方法，所述的制备方法不需要引入毒性较大的化学还原剂、固化剂，而且无需预处理，因此，该方法具有环保、工艺简单、生产效率高等优点。为了实现以上目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种氧化石墨烯改性的电加热膜的制备方法，所述电加热膜包括叠置的导电层和发热层；所述发热层是含氧化石墨烯的油墨经过辐照而形成的层；所述含氧化石墨烯的油墨至少包含氧化石墨烯、水、自由基捕捉剂和树脂粘结剂。本专利技术的以上制备方法从以下几方面改善了工艺，提高了产品性能：一、采用氧化石墨烯代替石墨烯，从而省去了石墨烯预处理的步骤，简化了工艺，提高了生产效率。二、采用辐照还原氧化石墨烯的方式代替了现有的化学还原，从而解决了污染问题。具体地，辐照会使水电离出H·自由基、水合电子e-aq和OH·自由基，H·自由基和水合电子具有很强的还原作用，利用H·自由基和水合电子将氧化石墨烯还原为石墨烯，再利用自由基捕捉剂将OH·自由基去除。三、氧化石墨烯和树脂粘结剂形成的油墨能够形成稳定、具有一定机械强度的膜，本专利技术中氧化石墨烯和树脂粘结剂之间不仅仅为简单的物理混合，还有一部分氧化石墨烯和树脂粘结剂经过辐照后交联到一起，两者之间的交联不仅改善了氧化石墨烯在发热层上分布的均匀性，而且提高了膜的强度。四、引入氧化石墨烯提高电加热膜的散热性能，进而提高电热膜的热能利用效率。五、采用辐射固化的方式，将油墨固化成膜，不使用固化剂，减少了原材料消耗，降低了生产成本。综上所述，本专利技术不仅解决了现有电热膜中加入石墨烯存在的技术问题，而且还能提高电加热膜的导热性能，同时其它性能至少达到与现有产品同等的水平。本专利技术所用的原料——氧化石墨烯泛指任意方法制得的氧化石墨烯(名称定义参见石墨烯联盟标准T/CGIA001-2017)。以上制备方法还可以从以下方面改进，具体如下。优选地，所述辐照的剂量率为1-600KGy/h，优选采用钴-60(60Co)γ射线辐射源或电子加速器进行所述辐照。辐照剂量对氧化石墨烯(GO)的还原程度、GO在发热层上的分布以及GO与树脂粘结剂之间的连接强度有重要影响，经筛选，较适宜的辐照剂量为1-600KGy/h，更优选100-300KGy/h，例如1KGy/h、10KGy/h、20KGy/h、50KGy/h、100KGy/h、150KGy/h、200KGy/h、250KGy/h、300KGy/h、350KGy/h、400KGy/h、450KGy/h、500KGy/h、550KGy/h、600KGy/h等。在实际操作时，可能无法实现恒定的辐照剂量，允许有一定范围的波动。通常辐照的辐射源没有限制，例如常用的-60(60Co)γ射线辐射源或电子加速器，或者铯-137、铱-192的α放射源、γ放射源等，优选-60(60Co)γ射线辐射源或电子加速器。优选地，所述含氧化石墨烯的油墨中，氧化石墨烯的浓度为1％-15％，优选5％-10％；本专利技术中所述的浓度“％”指每100mL溶液中所含的溶质的重量g。优选地，所述氧化石墨烯的油墨中，水和自由基捕捉剂的重量比为1-10:1。氧化石墨烯的浓度、水和自由基捕捉剂的重量比对发热层的微观结构和宏观结构都有影响，因此反映到产品上，不仅对电热膜的导热率有影响，对其它影响也有影响。为获得较佳的综合性能，氧化石墨烯的浓度优选为1％-15％，例如1％、5％、7％、9％、10％、13％、15％等；水和自由基捕捉剂的重量比为1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1等。优选地，所述含氧化石墨烯的油墨中，氧化石墨烯和树脂粘结剂的重量比为1:3-12。氧化石墨烯和树脂粘结剂之间的配比对油墨的成膜性和电热膜的导电性有影响，经考察，两者优选的重量比为1:3-12，例如1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12等。优选地，所述自由基捕捉剂为醇、胺和酮中的一种或多种；所述醇优选选自甲醇、乙醇和异丙醇中的一种或多种；例如醇，胺，酮，醇与胺的混合，醇与酮的混合，或胺与酮的混合，或醇、胺和酮三者的混合。其中，所述醇优选选自甲醇、乙醇和异丙醇中的一种或多种；例如甲醇，乙醇，异丙醇，甲醇与乙醇的混合，甲醇与异丙醇的混合，乙醇与异丙醇的混合，或甲醇、乙醇和异丙醇三者的混合。以上方案中，优选异丙醇。所述胺优选选自乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种，例如乙醇胺，二乙醇胺，三乙醇胺，乙醇胺与二乙醇胺的混合，乙醇胺与三乙醇胺的混合，乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺三者的混合；以上方案中，优选三乙醇胺。所述酮为丙酮或丁酮或两者的混合。优选地，所述树脂粘结剂为环氧树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂中的一种或几种，优选环氧树脂。经考察，当选用环氧树脂作为粘结剂时，不仅能提高膜的机械强度，而且可以提高石墨烯和树脂的交联度。另外，可任意选择环氧树脂的类型。优选地，所述油墨还包含光引发剂、交联剂和稀释剂中的至少一种，例如只加入光引发剂，或只加入交联剂，或只加入稀释剂，或同时加入光引发剂和交联剂，或同时加入光引发剂和稀释剂，或同时加入稀释剂和交联剂，或同时加入光引发剂、交联剂和稀释剂。辐射固化是利用高能电子轰击油墨分子，使其双键断裂，分解成自由基或离子，从而引发体系的双键聚合反应，固化成膜。辐射固化技术是一项节能和环保型的新技术，它完全符合“3E原则”，辐射固化工艺不仅能保证涂层厚度，并有优良的性能，而且减少原材料消耗，有利于降低经济成本。具体的辐射固化方式与树脂粘结剂的类型相关，大部分树脂发生自由基聚合，少部分发生阳离子聚合，还有少部分既发生自由基聚合又发生阳离子聚合，因此在实际制备过程中，可根据树脂的类型选择是否加入光引发剂。稀释剂主要用于调节油墨的黏度，以匹配相应的成膜工艺(涂布、印刷、浸渍等)。交联剂可以增加氧化石墨烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化石墨烯改性的电加热膜的制备方法，其特征在于，所述电加热膜包括叠置的导电层和发热层；所述发热层是含氧化石墨烯的油墨经过辐照而形成的层；所述含氧化石墨烯的油墨至少包含氧化石墨烯、水、自由基捕捉剂和树脂粘结剂。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯改性的电加热膜的制备方法，其特征在于，所述电加热膜包括叠置的导电层和发热层；所述发热层是含氧化石墨烯的油墨经过辐照而形成的层；所述含氧化石墨烯的油墨至少包含氧化石墨烯、水、自由基捕捉剂和树脂粘结剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述辐照的剂量率为1-600KGy/h，优选采用钴-60(60Co)γ射线辐射源或电子加速器进行所述辐照。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氧化石墨烯的油墨中，氧化石墨烯的浓度为1％-15％，优选5％-10％；优选的，所述氧化石墨烯的油墨中，水和自由基捕捉剂的重量比为1-10:1；优选地，所述含氧化石墨烯的油墨中，氧化石墨烯和树脂粘结剂的重量比为1:3-12。4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述自由基捕捉剂为醇、胺和酮中的一种或多种；所述醇优选选自甲醇、乙醇和异丙醇中的一种或多种；所述胺优选选自乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种，优选三乙醇胺；所述酮优选为丙酮或丁酮或两者的混合。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述树脂粘结剂为环氧树脂、丙烯酸树脂和有机硅树脂中的一种或几种，优选环氧树脂。6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐地源，张金柱，张娟娟，梁蒙蒙，
申请(专利权)人：山东省圣泉生物质石墨烯研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37