纳米纤维素氧化石墨烯电热材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纳米纤维素氧化石墨烯电热材料及其制备方法，包括：基底；形成在基底上的发热层，其中，发热层含有石墨烯、氧化石墨烯、纳米纤维素；以及连接至发热层的电极。制备方法包括选取基底；选用涂料喷涂或是刷涂在基底的型面上形成第一绝缘层；将纳米纤维素和氧化石墨烯进行混合分散后得到混合体系；将石墨烯超声分散后与混合体系混合，继续超声分散后得到复合分散体系，将复合分散体系通过喷墨打印或喷涂或涂刷成膜方法涂布于第一绝缘涂层上形成发热层；设置电极与发热层连接；选用涂料喷涂或是刷涂在发热层上形成第二绝缘层后即制得纳米纤维素氧化石墨烯电热材料。

Nano cellulose graphene oxide electrothermal material and preparation method thereof

The invention provides a nano cellulose graphene oxide electrothermal material and a preparation method thereof, including a substrate, a heating layer formed on the substrate, wherein the heating layer contains graphene, graphene oxide and nano cellulose, and an electrode connected to the heating layer. The preparation method includes selecting the substrate, selecting the coating spraying or brushing to form the first insulating layer on the surface of the substrate, mixing and dispersing the Nano-cellulose and graphene oxide to get the mixed system, mixing the ultrasonic dispersing graphene with the mixed system, and continuing the ultrasonic dispersing to get the composite dispersing system and the composite component. The bulk system is sprayed on the first insulating coating by inkjet printing or spraying or coating to form a heating layer; the electrode is connected with the heating layer; and the Nano-cellulose graphene oxide electric heating material is prepared by spraying or brushing the coating to form a second insulating layer on the heating layer.

【技术实现步骤摘要】
纳米纤维素氧化石墨烯电热材料及其制备方法
本专利技术涉及纳米纤维素电热功能材料领域。更具体地说，本专利技术涉及一种具有疏水性、工作温度稳定及温度分布均匀的纳米纤维素氧化石墨烯电热材料及其制备方法。
技术介绍
石墨烯电热材料具有较高的电热转换效率，升温响应快，可用于融雪除冰、除雾除霜、加热取暖、微电子器件加热保温及微区域加热分析等领域，是石墨烯应用的一个重要方向。目前，相关研究利用碳纤维与浆料进行复合得到基体材料，再将石墨烯与其他助剂混合成浆料按照预设工艺附着在基体材料之上，经过一系列固化、干燥得到石墨烯电热材料。该种工艺得到的石墨烯具有较好的柔韧性以及不易氧化等优点；此外，相关研究利用在高分子材料中添加碳纤维、石墨粉以及碳纳米管等颗粒制备出一种高分子电热材料。该类电热材料改进了高分子电热材料中导电颗粒混合不均导致的导电电阻值不稳定从而影响其保温效果的问题。该类电热材料具有较大的电阻值，较适用于低温加热，与人体亲密接触的加热保温装置；另外，相关研究也利用石墨烯气凝胶在惰性气氛中以一定的速率升温至一定温度后降温处理，得到一定密度和孔洞尺寸的石墨烯电热膜。该种制备方法得到一种基于石墨烯的压敏性电热膜。该压敏性电热膜包括石墨烯电热膜以及涂覆在高效压敏石墨烯电热膜上下两侧的绝缘保护层。该压敏电热膜能在不同的应力应变下作出快速电热响应，应力越大，电热响应饱和温度越高。该种技术制备工艺较为简单，制备的石墨烯基压敏电热材料性能优异，具有较快的电热响应。在生产中较适合大规模生产。在吸收剂再生以及催化骨架等方面具有广泛的应用。专利技术人之前也申请过一种纳米纤维素石墨烯复合电热膜及其绿色制备工艺的中国专利，该专利的申请号为2017104727432，该专利公开了使用石墨烯和纳米纤维素混合制成复合膜，该复合膜与电极和绝缘层贴合后就可以作为电热膜使用。该技术方案中，纳米纤维素与石墨烯共混时，在交联作用下，纳米纤维素相当于骨架组织托住石墨烯，但是单纯使用纳米纤维素作为骨架组织存在以下问题：纳米纤维素形成的空间网络骨架组织不明显，导致了石墨烯在纳米纤维素骨架组织中的分散程度不高，也导致了纳米纤维素和石墨烯交联混合形成的膜均匀度不高，进而使得制成的电热膜导热性能和稳定性不够好。同样上述的相关研究也存在石墨烯分散程度不高，温度不均匀，易吸水渗水，不利于工作过程的稳定性。此外，现有技术很少能适用于异型基底表面电热材料的制备。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种纳米纤维素氧化石墨烯电热材料，其中，包括：基底；可以根据需要选择不同的材料作为基底，如木板，铁板、塑料等形成在基底上的发热层，其中，所述发热层含有石墨烯、氧化石墨烯和纳米纤维素；氧化石墨烯与纳米纤维素混合分散后，能够交联形成立体网状的骨架结构，立体网状的骨架结构与传统方法中直接利用纳米纤维素生成的骨架结构相比，一方面增加了骨架结构的稳定性，另一方面立体网状的骨架结构中的空隙更加规则均匀，有助于提高石墨烯在骨架结构中的分散均匀度，使得制得的电热材料发热均匀度更高，进而提高了电热材料的力学性能和热稳定性。连接至所述发热层的电极，电极用于通电发热。优选的是，所述的纳米纤维素氧化石墨烯电热材料中，所述基底具有一定的型面，所述型面为曲面、圆弧面或平面。用于适应不同型面的基底。优选的是，所述的纳米纤维素氧化石墨烯电热材料中，还包括形成于所述基底与发热层之间的第一绝缘层，以及形成于所述发热层另一面的第二绝缘层，避免发热层漏电。优选的是，所述的纳米纤维素氧化石墨烯电热材料中，所述第一绝缘层和第二绝缘层为环氧树脂、聚氨酯、杂环聚合物、有机聚合物涂料，厚度为0.02～0.3mm。优选的是，所述的纳米纤维素氧化石墨烯电热材料中，所述电极长于第二绝缘层，短于第一绝缘层，使所述电极部分露出来，便于接电通电工作。优选的是，所述发热层中石墨烯的质量比为25％～65％，氧化石墨烯和纳米纤维素两者的质量占比为35％～75％；其中，所述氧化石墨烯占氧化石墨烯和纳米纤维素两者总质量的10％～60％。优选的是，所述的纳米纤维素氧化石墨烯电热材料中，所述发热层还包括疏水剂，所述疏水剂为含氟聚合物、含氟硅烷、氟化双疏性聚氨酯、纳米二氧化硅和全氟烷基甲基丙烯酸共聚物的混合溶液、蜂蜡和棕榈蜡的乳液混合物中任意一种，疏水剂添加量为发热层材料重量的0.08％～4.2％。一种纳米纤维素氧化石墨烯电热材料的制备方法，包括：选取基底；选用涂料喷涂或是刷涂在所述基底的型面上形成第一绝缘层；将纳米纤维素和氧化石墨烯进行混合分散后得到混合体系或将纳米纤维素、氧化石墨烯和疏水剂进行混合分散后得到混合体系；将石墨烯超声分散后与所述混合体系混合，继续超声分散后得到复合分散体系，将所述复合分散体系通过喷墨打印或喷涂或涂刷成膜方法涂布于所述第一绝缘涂层上形成发热层；充分利用氧化石墨烯和纳米纤维素之间相互交联形成立体网状，以及利用在水相体系中两者表面均呈现负电位特性，提高了石墨烯在体系中的分散均匀度及电热温度均匀度，增强了电热材料的力学性能和热稳定性，尤其是增强了对基底的附着力。设置电极与所述发热层连接；选用涂料喷涂或是刷涂在所述发热层上形成第二绝缘层后即制得所述纳米纤维素氧化石墨烯电热材料。优选的是，所述的纳米纤维素氧化石墨烯电热材料的制备方法中，具体包括以下步骤：步骤一、选取基底，在基底经过涂刷表面活性剂干燥以后，在基底表面喷涂或涂刷涂料形成第一绝缘层，涂布量为50～200g/m2，并置于真空干燥箱中70～90℃烘干3～6h；步骤二、将铜箔或铜片粘附于基底绝缘涂层之上制成电极，或将导电涂料或导电胶体通过印刷或涂覆于第一绝缘层上经干燥后形成电极；步骤三、将氧化石墨烯、纳米纤维素两者混合液或者将氧化石墨烯、纳米纤维素及疏水剂三者混合液配置成浓度为0.1～2mg/ml的水分散液，在300～1000W功率下超声分散10～70min后得到混合体系；步骤四、制备浓度为0.1～3mg/ml的石墨烯水分散液，在500～1000W功率下超声分散10～70min得到石墨烯水分散液，石墨烯占发热层材料重量的25％～65％；步骤五、将所述混合体系与所述石墨烯水分散液混合，在300～1200W功率下超声20～100min得到复合分散体系；步骤六、将所述复合分散体系喷墨打印或喷涂或涂刷于所述第一绝缘层上，涂印量为4～26g/m2，再置于真空干燥箱中50～80℃干燥6～24h，形成发热层；步骤七、根据预设的有效发热面形状及尺寸，采用砂纸手工或机械打磨除去多余的发热层；步骤八、在所述发热层表面喷涂或涂刷第二绝缘层，涂布量为50～200g/m2，并置于真空干燥箱中70～90℃烘干3～6h，得到电热材料；步骤九、将所得电热材料进行淬火处理，以其额定功率的1.5～2.5倍通电2～12h后，部分去除石墨烯和氧化石墨烯薄片上的缺陷基团，提高导电性能，形成结构较为稳定、功率较为稳定的纳米纤维素氧化石墨烯电热材料。优选的是，所述的纳米纤维素氧化石墨烯电热材料的制备方法中，所述氧化石墨烯占纳米纤维素和氧化石墨烯两者总重的比例为10％～60％，所述纳米纤维素和氧化石墨烯两者占所述发热层质量的35％～75％；如使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米纤维素氧化石墨烯电热材料，其中，包括：基底；形成在基底上的发热层，其中，所述发热层含有石墨烯、氧化石墨烯和纳米纤维素；连接至所述发热层的电极。

【技术特征摘要】
1.一种纳米纤维素氧化石墨烯电热材料，其中，包括：基底；形成在基底上的发热层，其中，所述发热层含有石墨烯、氧化石墨烯和纳米纤维素；连接至所述发热层的电极。2.如权利要求1所述的纳米纤维素氧化石墨烯电热材料，其中，所述基底具有一定的型面，所述型面为曲面、圆弧面或平面。3.如权利要求2所述的纳米纤维素氧化石墨烯电热材料，其中，还包括形成于所述基底与发热层之间的第一绝缘层，以及形成于所述发热层另一面的第二绝缘层。4.如权利要求3所述的纳米纤维素氧化石墨烯电热材料，其中，所述第一绝缘层和第二绝缘层为环氧树脂、聚氨酯、杂环聚合物、有机聚合物涂料，厚度为0.02～0.3mm。5.如权利要求4所述的纳米纤维素氧化石墨烯电热材料，其中，所述电极长于第二绝缘层，短于第一绝缘层，使所述电极部分露出来，便于接电通电。6.如权利要求1所述的纳米纤维素氧化石墨烯电热材料，其中，所述发热层中石墨烯的质量占比为25％～65％，氧化石墨烯和纳米纤维素的质量占比为35％～75％；其中，所述氧化石墨烯占氧化石墨烯和纳米纤维素两者总质量的10％～60％。7.如权利要求1所述的纳米纤维素氧化石墨烯电热材料，其中，所述发热层还包括疏水剂，所述疏水剂为含氟聚合物、含氟硅烷、氟化双疏性聚氨酯、纳米二氧化硅和全氟烷基甲基丙烯酸共聚物的混合溶液、蜂蜡和棕榈蜡的乳液混合物中任意一种；所述疏水剂添加量为发热层重量的0.08％～4.2％。8.一种纳米纤维素氧化石墨烯电热材料的制备方法，其中，包括：选取基底；选用涂料喷涂或是刷涂在所述基底的型面上形成第一绝缘层；将纳米纤维素和氧化石墨烯进行混合分散后得到混合体系或者将氧化石墨烯、纳米纤维素及疏水剂进行混合分散后得到混合体系；将石墨烯超声分散后与所述混合体系混合，继续超声分散后得到复合分散体系，将所述复合分散体系通过喷墨打印或喷涂或涂刷成膜方法涂布于所述第一绝缘涂层上形成发热层；设置电极与所述发热层连接；选用涂料喷涂或是刷涂在所述发热层上形成第二绝缘层后即制得所述纳米纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁全平，邵闯，李心璞，苏初旺，程芳超，朱贞谕，欧阳土龙，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45