[发明专利]一种纳米纤维素电热膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种纳米纤维素电热膜及其制备方法，所述电热膜采用纳米纤维素、碳纳米管、石墨烯以及高分子导电聚合物混合制备得到复合膜，通过使用导电银胶将电极涂覆在复合膜两侧边缘，再使用含有温致变色材料的封装树脂对复合膜进行浸渍、冷预压、热压封装，得到柔性纳米纤维素电热膜。本发明的电热膜具有良好的电热稳定性和均匀性、绝缘性和防水性，并具有较低的系统电阻进而实现低电压供应，且同时具有温致变色功能，可以指示温度，在高温条件下起到预警提示作用。

技术领域

本发明涉及电热功能材料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种纳米纤维素电热膜及其制备方法。

背景技术

目前，基于焦耳热效应的柔性电热装置在微区域温度控制、医疗器械、除雾除霜、智能纺织品、热分析等许多领域引起了较大关注。已有很多研究采用碳纳米管(CNTs)和高分子树脂复合制备电热膜，如通过刮涂法制备碳纳米管填充全氟烷氧基电热膜；或采用预混合、后分散、铸塑、热固化等工艺，制备了碳纳米管-环氧复合电热膜，其具有快速的温度响应和电加热效率。

然而，碳纳米管因范德华力相互作用会引起强的团聚体，很难在聚合物基体中实现均匀分散，因此往往会在某些聚合物的内部出现分散不均匀的现象，且流体状的树脂会包覆碳纳米管表面，从而导致电热膜导电性能差，电热膜电阻较高，在相同功率密度下需要输入较高的电压，尤其会造成电热膜发热温度分布均匀性比较差的问题。

为改善碳纳米管在聚合物基体中的分散效果，已有研究通过酸碱处理对纳米管侧壁进行共价功能化改性或通过聚合物涂层进行非共价功能化改性，以解决碳纳米管在分散过程中团聚的问题；也有研究使用SiO₂颗粒等来改善碳纳米管在基体中的分布均匀性。但是这些方法均可能改变碳纳米管本征性能，削弱其导电性。聚合物通常需要有机溶剂，难降解，污染环境，且具有相对高的粘度，不利于碳纳米管的分散。此外，通过化学功能化改性虽可提高分散性，但也会大大增加碳纳米管的成本。

因此，该领域需要提出一种有效的分散制备方法来改善碳纳米管(CNTs)的团聚，降低电热膜的系统电阻，从而实现相同功率密度下的低电压供应，提高电热膜的稳定性和温度分布的均匀性，并实现多功能化。

发明内容

本发明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。

本发明的另一个目的是提供一种能够改善碳纳米管团聚，降低电热膜的系统电阻，提高稳定性和温度分布均匀性的纳米纤维素电热膜。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，本发明提供一种纳米纤维素电热膜，其中，包括：

由纳米纤维素和碳纳米管混合制备得到的复合膜或由纳米纤维素、碳纳米管、石墨烯和高分子导电聚合物混合制备得到的复合膜；

形成在所述复合膜两侧的电极；

包覆所述复合膜的绝缘封装层。

上述方案中，纳米纤维素起到了良好的自组装成膜及分散作用，很大程度地改善了碳纳米管的团聚作用，分散效果明显提高，且由于纳米纤维素的绿色天然与容易获取，具有很好的环境兼容性。通过添加少量的石墨烯，利用其二维片状结构，使石墨烯在纤维状的碳纳米管之间产生搭接作用；通过添加高分子导电聚合物，填充纤维素与碳纳米管之间的间隙。石墨烯和高分子导电聚合物的加入，能够有效地增加导电通路，降低系统电阻，从而实现在相同功率密度下电热膜的低电压供应，提高电热膜的稳定性和温度分布的均匀性。

优选的是，所述的纳米纤维素电热膜中，所述纳米纤维素为纳米纤丝纤维素、纤维素纳米晶、醋酸纤维素、细菌纤维素或羟乙基纤维素中的任意一种或多种。

优选的是，所述的纳米纤维素电热膜中，所述的高分子导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的任意一种或多种；