一种复合炭基电热涂料的制备方法技术

本发明专利技术属于涂料制备技术领域，具体涉及一种复合炭基电热涂料的制备方法。本发明专利技术以聚丙烯腈和醋酸锌为原料得到多孔碳纳米纤维，再将其和贻贝粘蛋白液混合并加入儿茶酚氧化酶超声振荡得到反应滤渣，接着将反应滤渣和硝酸银溶液混合高温烧结，得到自制复合碳基填料，最后将自制复合碳基填料和树脂以及其他助剂共混剪切制得复合炭基电热涂料，本发明专利技术中氧化的多巴基团和未氧化的多巴基团之间交联形成高分子网状聚合物吸附在多孔碳纳米纤维的内部孔隙及表面，并具有金属离子螯合性，在金属银与多孔碳纳米纤维的界面之间，生成了一层炭纳米导带网络，增加了复合材料的导电率，本发明专利技术制得的电热涂料电热性能好，升温快，温度高，具有广阔的应用前景。

Preparation of a composite carbon based electrothermal coating

The invention belongs to the technical field of coating preparation, in particular to a preparation method of composite carbon based electric heating coating. In the invention, polyacrylonitrile and zinc acetate are used as raw materials to obtain porous carbon nanofibers, which are then mixed with mussel mucin solution and added with catechol oxidase for ultrasonic vibration to obtain reaction filter residue, then the reaction filter residue and silver nitrate solution are mixed and sintered at high temperature to obtain self-made composite carbon based filler, and finally the self-made composite carbon based filler is blended and sheared with resin and other auxiliaries to obtain composite In the invention, a polymer network polymer is formed by crosslinking the oxidized and unoxidized DOPA groups to adsorb on the internal pores and surfaces of the porous carbon nanofibers, and has metal ion chelation property. Between the interface of the metal silver and the porous carbon nanofibers, a carbon nanobelt network is formed, which increases the conductivity of the composite material The electric heating coating has good electric heating performance, fast temperature rise and high temperature, so it has a broad application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种复合炭基电热涂料的制备方法
本专利技术属于涂料制备
，具体涉及一种复合炭基电热涂料的制备方法。
技术介绍
近年来，传统电热材料如金属钨、钼、镍及其合金等，因耗材量大、使用寿命短、加工成形困难、工况不稳定等缺点逐渐被新型电热材料所取代。其中，电热膜作为加热元件的产品，在工业、农业等各个领域得到广泛应用。电热膜，又称金属氧化物电热膜。通过将导电涂料印刷在薄膜上，辅以金属载流条、导电银浆等材料制成。它具有熔点高、硬度大、电阻低、热效率高、化学稳定性好等特点。电热膜的核心发热体是电热涂料，其质量的好坏直接决定了电热膜的产品力。电热涂料作为功能涂料的一种，是在导电涂料的基础上开发的一种具有优异电热特性的新型功能涂料。它能像油漆一样覆着在需要加热的物体的表面或任意面上进行加热，由于可以直接覆着在基材表面，因此具有极高的热效率。电热涂料因无毒无害，安全持久，性能优良，与电暖器相比，具有使用寿命长、省电、方便、安全可靠等优点，在生产和生活的各个方面都有着广泛的应用前景，如用于建筑取暖、工业烘箱干燥、石油化工管道保温等。随着科技工业的不断发展，对于功能性涂料的性能要求不断提高。目前市面上使用广泛的电热涂料是一种将炭黑、石墨等碳系材料为导电剂，均匀分散于有机载体中，同时以涂覆、丝印、凹印等方式施涂于PET、环氧玻纤板、陶瓷面板等绝缘性基材上，再以导电载流条作为两端电极，在电极两端施加电压，从而稳定发热的功能涂料。电热填料赋予电热涂料电热性能，电热填料主要有金属系、碳系等几类。金属系具有很好的导电性，但是都比较容易氧化，这会严重影响涂料的导电性能，进而影响涂料的发热效果，其中金属粉中的金粉、银粉虽然不会被氧化但是成本很高，严重限制其实际应用，此外由于金属粉的密度比较大，涂料会有沉降的问题；碳系填料具有质轻、无毒无害、不易氧化、价格低廉等优点，在国内外电热涂料均应用较多，但碳系电热性能与金属仍具有差距，电阻率较银、铜、镍、铝等金属大，致使碳系电热涂料升温较慢、温度不高而难以广泛应用。若通过增大导电填料的含量来降低电阻值，则会导致涂层的附着力下降，影响涂层的使用寿命。目前市场上公开了几种电热涂料专利，它们主要是采用碳粉和石墨作为填料，存在的问题是这些电热涂料的电阻都在几十欧姆以上，若进一步增大导电填料含量来降低电阻，则涂层的附着力变差，实际使用时发热效率相对较低，需要较高的电压（高于36伏安全电压），不利于实际应用。现有技术中的电热涂料大多都存在表面发热温度不高，升温速率慢，发热温度不均匀，发热效率低，最高温度不到200℃，耐热性和耐老化性能较差，使用时间长易发生功率衰退，工作寿命比较短等缺陷，严重制约了电热涂料的快速发展和在许多领域的应用。因此，提供一种能够解决上述问题的电热涂料是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题，针对目前电热涂料中碳系填料具有质轻、无毒无害、不易氧化、价格低廉等优点，但碳系电热性能与金属仍具有差距，电阻率较大，致使碳系电热涂料升温较慢、温度不高而难以广泛应用的缺陷，提供了一种复合炭基电热涂料的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：复合炭基电热涂料的具体制备步骤为：称取自制复合碳基填料、环氧树脂、邻苯二甲酸二丁酯、硬脂酸和环己酮混合后放入高速剪切乳化机中，以2000～3000r/min的转速高速剪切分散处理10～20min后，出料即得复合炭基电热涂料；自制复合碳基填料的制备步骤为：（1）将贻贝粘蛋白和去离子水混合后得到贻贝粘蛋白液，将多孔碳纳米纤维和贻贝粘蛋白液混合后倒入烧杯中，用浓度为0.1mol/L氢氧化钠溶液调节pH至7.5～8.0，得到混合液；（2）将上述得到的混合液和儿茶酚氧化酶混合后装入超声振荡仪中，超声振荡反应，反应结束后过滤分离得到反应滤渣；（3）将上述反应滤渣和浓度为1mol/L的硝酸银溶液混合，摇床振荡浸渍3～5h，浸渍结束后过滤分离得到浸渍滤饼，再将浸渍滤饼放入烧结炉中，在氮气保护下烧结处理，烧结结束后得到自制复合碳基填料；多孔碳纳米纤维的制备步骤为：（1）称取聚丙烯腈和醋酸锌，混合得到混合物，将混合物和N，N-二甲基甲酰胺混合后装入烧杯，并将烧杯移入水浴锅中，在60～70℃下搅拌3～4h，得到黄色粘稠液；（2）将上述黄色粘稠液装入静电纺丝设备中，在针头上施加10～11kV的电压，并以一块接地的不锈钢板作为负极接收屏，距离针头15cm，并控制注射泵流量为0.3mL/h，喷射成丝，得到复合纳米纤维；（3）将上述得到的复合纳米纤维放入电阻炉中，在空气中预氧化处理，预氧化处理结束后，在氩气氛围下保温炭化，炭化结束后将炭化产物依次放入浓度为3mol/L的硝酸溶液和去离子水中分别浸泡1～2h，浸泡结束后干燥，得到多孔碳纳米纤维。复合炭基电热涂料的具体制备步骤中，按重量份数计，自制复合碳基填料为40～50份、环氧树脂为70～80份、邻苯二甲酸二丁酯为5～10份、硬脂酸为5～10份、环己酮为50～100份。自制复合碳基填料的制备步骤（1）中，贻贝粘蛋白和去离子水的质量比为1:5，多孔碳纳米纤维和贻贝粘蛋白液的质量比为1:10。自制复合碳基填料的制备步骤（2）中，混合液和儿茶酚氧化酶的质量比为50:1，超声振荡反应的频率为25～30kHz，超声振荡反应的时间为3～4h。自制复合碳基填料的制备步骤（3）中，反应滤渣和浓度为1mol/L的硝酸银溶液的质量比为1:10，烧结处理的温度为400～500℃，烧结处理的时间为4～6h。多孔碳纳米纤维的制备步骤（1）中，聚丙烯腈和醋酸锌的质量比为3:2，混合物和N，N-二甲基甲酰胺的质量比为1:3。多孔碳纳米纤维的制备步骤（3）中，预氧化处理的温度为200～300℃，预氧化处理的时间为1～2h，保温炭化的温度为800～900℃，保温炭化的时间为2～3h。本专利技术的有益技术效果是：（1）本专利技术首先以聚丙烯腈和醋酸锌为原料，经过静电纺丝后炭化并用硝酸和水浸泡去除氧化锌，从而得到多孔碳纳米纤维，接着将多孔碳纳米纤维和贻贝粘蛋白液混合后调节到碱性，并加入儿茶酚氧化酶超声振荡反应得到反应滤渣，接着将反应滤渣和硝酸银溶液混合浸渍后高温烧结，得到自制复合碳基填料，最终将自制复合碳基填料和树脂以及其他助剂共混剪切分散制得复合炭基电热涂料，本专利技术首先以聚丙烯腈和醋酸锌为原料，经过静电纺丝后炭化并用硝酸和水浸泡去除氧化锌，从而得到多孔碳纳米纤维，接着将多孔碳纳米纤维和贻贝粘蛋白液混合后使得贻贝粘蛋白吸附固着在多孔碳纳米纤维的内部孔隙中，并在碱性和儿茶酚氧化酶的作用下，使得贻贝粘蛋白多巴基团中的酚羟基氧化成醌，氧化的多巴基团和未氧化的多巴基团之间交联形成高分子网状聚合物吸附在多孔碳纳米纤维的内部孔隙及表面，并且形成的这层高分子网状聚合物具有金属离子螯合性，将经贻贝粘蛋白液处理后的多孔碳纳米纤维和硝酸银溶液混合，利用高分子网状聚合物的金属离子螯合性吸附固着大量的银离子在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合炭基电热涂料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：/n称取自制复合碳基填料、环氧树脂、邻苯二甲酸二丁酯、硬脂酸和环己酮混合后放入高速剪切乳化机中，以2000～3000r/min的转速高速剪切分散处理10～20min后，出料即得复合炭基电热涂料；/n所述自制复合碳基填料的制备步骤为：/n（1）将贻贝粘蛋白和去离子水混合后得到贻贝粘蛋白液，将多孔碳纳米纤维和贻贝粘蛋白液混合后倒入烧杯中，用浓度为0.1mol/L氢氧化钠溶液调节pH至7.5～8.0，得到混合液；/n（2）将上述得到的混合液和儿茶酚氧化酶混合后装入超声振荡仪中，超声振荡反应，反应结束后过滤分离得到反应滤渣；/n（3）将上述反应滤渣和浓度为1mol/L的硝酸银溶液混合，摇床振荡浸渍3～5h，浸渍结束后过滤分离得到浸渍滤饼，再将浸渍滤饼放入烧结炉中，在氮气保护下烧结处理，烧结结束后得到自制复合碳基填料；/n所述多孔碳纳米纤维的制备步骤为：/n（1）称取聚丙烯腈和醋酸锌，混合得到混合物，将混合物和N，N-二甲基甲酰胺混合后装入烧杯，并将烧杯移入水浴锅中，在60～70℃下搅拌3～4h，得到黄色粘稠液；/n（2）将上述黄色粘稠液装入静电纺丝设备中，在针头上施加10～11kV的电压，并以一块接地的不锈钢板作为负极接收屏，距离针头15cm，并控制注射泵流量为0.3mL/h，喷射成丝，得到复合纳米纤维；/n（3）将上述得到的复合纳米纤维放入电阻炉中，在空气中预氧化处理，预氧化处理结束后，在氩气氛围下保温炭化，炭化结束后将炭化产物依次放入浓度为3mol/L的硝酸溶液和去离子水中分别浸泡1～2h，浸泡结束后干燥，得到多孔碳纳米纤维。/n...

【技术特征摘要】
1.一种复合炭基电热涂料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
称取自制复合碳基填料、环氧树脂、邻苯二甲酸二丁酯、硬脂酸和环己酮混合后放入高速剪切乳化机中，以2000～3000r/min的转速高速剪切分散处理10～20min后，出料即得复合炭基电热涂料；
所述自制复合碳基填料的制备步骤为：
（1）将贻贝粘蛋白和去离子水混合后得到贻贝粘蛋白液，将多孔碳纳米纤维和贻贝粘蛋白液混合后倒入烧杯中，用浓度为0.1mol/L氢氧化钠溶液调节pH至7.5～8.0，得到混合液；
（2）将上述得到的混合液和儿茶酚氧化酶混合后装入超声振荡仪中，超声振荡反应，反应结束后过滤分离得到反应滤渣；
（3）将上述反应滤渣和浓度为1mol/L的硝酸银溶液混合，摇床振荡浸渍3～5h，浸渍结束后过滤分离得到浸渍滤饼，再将浸渍滤饼放入烧结炉中，在氮气保护下烧结处理，烧结结束后得到自制复合碳基填料；
所述多孔碳纳米纤维的制备步骤为：
（1）称取聚丙烯腈和醋酸锌，混合得到混合物，将混合物和N，N-二甲基甲酰胺混合后装入烧杯，并将烧杯移入水浴锅中，在60～70℃下搅拌3～4h，得到黄色粘稠液；
（2）将上述黄色粘稠液装入静电纺丝设备中，在针头上施加10～11kV的电压，并以一块接地的不锈钢板作为负极接收屏，距离针头15cm，并控制注射泵流量为0.3mL/h，喷射成丝，得到复合纳米纤维；
（3）将上述得到的复合纳米纤维放入电阻炉中，在空气中预氧化处理，预氧化处理结束后，在氩气氛围下保温炭化，炭化结束后将炭化产物依次放入浓度为3mol/L的硝酸溶液和去离子水中分别浸泡1～2h，浸泡结束后干燥，得到多孔碳纳米纤维。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗苗苗，
申请(专利权)人：罗苗苗，
类型：发明
国别省市：河南;41