[发明专利]一种具有速热性能的石墨烯复合纸的制备及其应用

说明书

本发明涉及一种具有速热性能的石墨烯复合纸页的制备方法。其中加入的石墨烯种类有氧化还原石墨烯、生物质石墨烯、市面上购买的石墨烯。氧化还原石墨烯是通过改进的Hummers法制备得到的，生物质石墨烯是利用玉米秸秆制备得到的加入2％氧化还原石墨烯制得的纸页在红外灯的照射下纸页温度快速升高到120℃，加入2％生物质石墨烯制得的纸页在红外灯的照射下温度迅速升至90℃，加入2％市面上购买到的石墨烯制得的纸页在红外灯的照射下温度迅速升至205℃。本发明中提到的方法原料成本低、绿色环保还做到了废物利用，实验试剂温和，易于推广至工厂量产，生产出的纸页在食品包装加热方面有广阔的应用。

技术领域

本发明属于高性能特种纸产品领域，涉及一种具有速热性能的石墨烯复合纸的制备方法，具体来说，是将石墨烯(包括氧化还原石墨烯和生物质石墨烯)在抄纸过程中加入，制备具有红外响应的速热功能纸。

背景技术

自从安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫二人因为发现被称为最强功能材料二维石墨烯而共同获得2010年诺贝尔物理学奖之后，石墨烯以其自身独特的二维纳米结构和优良的物理化学以及生物性能在材料、化学、生物学等各个领域引发了强烈关注。短短十几年，石墨烯新材料受到热捧，相关产业如雨后春笋般产生了，到2016年我国石墨烯市场总体规模突破40亿元。

石墨烯作为“材料之王”，是由碳原子以sp²杂化连接的单原子层构成，基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，是目前所发现的最薄二维材料。在石墨烯最外层的每个原子都有一个未配对的电子，即不饱和键。单原子层石墨烯材料比表面积理论上可以达到2630g/m²，理论厚度0.35nm，相当于一根头发的20万分之一的厚度。石墨烯具有优良的导电性能(～1.5×10⁴cm²/V·s)电子移动快(1/300光速)，常温下电阻率最低(10^-6Ω)，低于铜和银，同时可耐受电流密度为1～2亿A/cm2，是铜的100倍。导热系数高达(～5300W/m·K)，高于碳纳米管和金刚石。力学性能的理论弹性模量达到1000Gpa和拉伸强度可以达到125GPa，强度超过1TPa，是钢铁的100倍。石墨烯具有高透光率，几乎透明，只吸收2.3％的光。还有一些其他性能，比如低温可吸附氢，高性能传感器功能。由于石墨烯的这些优异的力学性能、导电和导热性能，同时又是纳米级别的填充材料，还可以与多种集体材料形成多元复合材料，因此利用石墨烯制备出的复合材料既可以提高材料的性能，又可以扩大材料的应用范围。

在我们的日常生活当中，对纸张有着不同性能的要求，便促使了特种纸产业的发展，例如抗酸、抗菌、疏油等特殊性能。另一方面，在生活中纸张的需求量很大，导致有关特种纸的研究与生产也变成了一类热门产业和研究热点。特种纸及纸板的消费量连续三年正增长，并且遥遥领先其它纸种的增长率，特别是在行业情况不景气的情况下，需要把负增长的文化用纸转型为特种纸。

在现今生活节奏越来越快的社会里，快餐文化在我们城市里极为盛行，在年轻人的生活方式里，快销、电商、外卖已经深入生活，街道、商场里随处可见的汉堡店、快餐店，与此同时，饿了吗已覆盖全国2000个城市,加盟餐厅130万家,用户量达2.6亿，市场广阔。物流、淘宝推动了箱板纸的发展，我相信，饿了么和美团等外卖平台也会对速热食品包装材料有所要求和需求。被称为“新材料之王”的石墨烯作为新型材料还有很多未知的可能性，而造纸业是经过千年传承的传统行业，需要新技术的支持以实现可持续发展。虽然石墨烯材料在实际生产中仍存在制备成本较高等困难，但随着科学技术的突破和行业间的相互合作，基于石墨烯材料的特种纸的开发具有光明的前景。

本发明将二者结合，主要是通过将石墨烯添加到纸张中，制备具有智能速热功能的特种纸，主要是利用石墨烯卓越的光学、热学性能，石墨烯能吸收和辐射高达40％的远红外线，且可以把热能转换为电能，转换率高达99％，制备红外响应的速热食品包装纸。

发明内容