[发明专利]一种石墨烯复合碳基水性电热油墨及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电热油墨的制备技术领域，尤其是涉及一种石墨烯复合碳基水性电热油墨及其制备方法。

背景技术

在国家大的政策背景下，“煤改电”已经进入实质性阶段，所以用环保能源代替煤进行采暖是发展趋势，其中电能是首选。远红外辐射电热膜替代现阶段的水暖用于采暖，具有节能环保、安装简单、形式多样、保健理疗等优势。市场上常见的远红外辐射电热膜是由电热油墨、金属载流条经印刷、加工、热压在绝缘基材薄膜间制成。其中形成导电发热涂层的电热油墨是这类产品的技术关键。

现有的电热油墨大多是以有机溶剂及贵金属电热微粒所组成，价格昂贵，污染大，而且除银粉以外的其他金属粉很容易氧化而降低电热性。而纯碳粉的有机电热油墨虽然成本低廉，但存在环境污染大、电热稳定性较差、电热辐射率低等问题，大大限制了其在采暖形式上的应用。

专利CN 103468057 A和专利CN 105001716 A公开了一种石墨烯导电油墨，但其体系为溶剂型，在制备过程中会对环境造成污染。现阶段也有一批水性的电热油墨，但是其附着力达不到溶剂型油墨的效果，出现附着力差、柔韧性不好的问题。如专利CN 105694594 A和专利CN 105906832 A采用化学处理过的石墨烯作为唯一的导电加热主体，会在使用过程中出现再石墨化，导致电功率衰减。专利CN 104693897 A采用了功能化石墨烯复合材料是石墨烯的碳复合材料，与本专利的功能化石墨烯有本质区别。专利CN201710211519采用石墨烯、碳管及炭黑组建三维结构，解决石墨烯的再石墨化、电性能衰减的问题，但其只采用了普通的石墨烯，而且制备时间达到40h以上，还需加温反应，在附着力、电热辐射率等实际应用性能上也没有给出具体的数据。因石墨烯的含氧量大小、所含功能团种类直接影响其材料的导电散热性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种没有金属存在，使其安全环保、电热性能稳定、不易氧化的石墨烯复合碳基水性电热油墨及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种石墨烯复合碳基水性电热油墨，由下述质量分数的组分组成：

水性树脂粘合剂：40-60％；

电热填料：15-30％；

功能化石墨烯：1-15％；

水：10-30％；

助剂：3-15％。

具体地，所述功能化石墨烯的性能指标要求为：至少含有氨基、羧基、硝基、氟化功能团中的一种，氧含量在3％以下，片层数量在1-5层，片径在1-5μm。

具体地，所述水性树脂粘合剂选自水性丙烯酸树脂、水性聚酯树脂、水性氟碳树脂、水性硅树脂中的一种或几种的复配。

具体地，所述电热填料选自粒径范围在1-20μm的炭黑、导电炭黑、碳纳米管、碳纤维的一种或几种的复配。

具体地，所述助剂包括消泡剂、增稠剂、分散剂、润湿剂、流平剂、附着力增强剂。

上述石墨烯复合碳基水性电热油墨的制备方法，步骤如下：将水性树脂粘合剂、电热填料、水、除增稠剂外的助剂按质量份数比例添加到搅拌罐中，充分分散1-3h后转移进研磨机，研磨3-5h达到10-20μm细度后，根据不同印刷方式用增稠剂调节粘度到2000-8000mPa·s得到石墨烯复合碳基水性电热油墨。

具体地，所述印刷方式为丝网印刷或凹版印刷，丝网印刷调节粘度至5000-8000mPa·s；凹版印刷调节粘度至2000-3000mPa·s。

具体地，所述印刷方式采用的基材为PET薄膜、PI板、棉布、纤维、无纺布或纸张。

本发明具有以下有益效果：本发明的油墨利用功能化石墨烯中特定基团与树脂的高复配性，提高了体系的稳定均匀性，从而改进水性油墨剥离力差、弯折性能不好的问题，同时丰富的导电散热功能团使电热辐射率提高到75％以上。本发明的油墨属于全碳系油墨，没有金属存在，安全环保、电热性能稳定、不易氧化、制备方法简单，易于批量化生产。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

下述实施例中所使用的实验方法均为常规方法，所用的试剂及设备均可从商业途径得到。

下述实施例中所使用的功能化石墨烯是采用自主研发的石墨烯，经过功能化改性后得到的符合要求的功能化石墨烯：至少含有氨基、羧基、硝基、氟化功能团中的一种，氧含量在3％以下、片层数量在1-5层，片径在1-2μm。