[发明专利]PTC石墨烯基导电油墨的制备方法及PTC石墨烯基导电油墨

说明书

本发明提供了一种PTC石墨烯基导电油墨的制备方法，按重量份计，包括以下步骤：制备钛量子点掺杂石墨烯分散液、制备钛量子点掺杂石墨烯‑炭黑色浆、制备PI改性聚乳酸混合液、制备聚乳酸‑钛量子点掺杂石墨烯基混合液及制备PTC石墨烯基导电油墨。该PI改性聚乳酸具有合适的玻璃化转变温度范围和粘附能力，一方面实现了PI改性聚乳酸在合适的温度范围进行玻璃化转变，另一方面也有助于提升油墨整体的抗剥离效果，特别是将该PTC石墨烯基导电油墨印刷于PI膜上时。本发明还提供了一种采用前述PTC石墨烯基导电油墨的制备方法制得的PTC石墨烯基导电油墨。

技术领域

本发明涉及油墨印刷技术领域，具体涉及一种PTC石墨烯基导电油墨的制备 方法，本发明还涉及通过上述PTC石墨烯基导电油墨的制备方法制备出的PTC石 墨烯基导电油墨。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子通过sp²杂化轨道形成六角形呈蜂巢晶格结构且只有 一层碳原子厚度的二维纳米材料。石墨烯的独特结构赋予其众多优异特性，如高 理论比表面积(2630m²/g)、超高电子迁移率(～200000cm²/v.s)、高热导率 (5300W/m.K)、高杨氏模量(1.0TPa)和高透光率(～97.7％)等。凭其结构和性能优势， 石墨烯在能源存储与转换器件、纳米电子器件、多功能传感器、柔性可穿戴电子、 电磁屏蔽、防腐等领域均有巨大应用前景。鉴于石墨烯的柔性和导电特性，将石 墨烯浆体加入到油墨中制备出一种导电油墨，进一步通过油墨喷涂、干燥制备成 石墨烯发热层，制成石墨烯发热体，具有生产过程快速、用料省、成本低等特点。

随着人们对美好和健康生活的向往，改进传统的供暖系统，寻找更加经济、 清洁的替代能源，发展新型的绿色低碳供暖系统刻不容缓。基于石墨烯红外发射 性能(波长为5～14微米的远红外线)的电加热取暖技术即石墨烯基红外发热油 墨及其红外发热体技术为解决上述问题提供了行之有效的解决方案。与传统的燃 煤、蒸汽、热风和电阻等取暖方法相比，石墨烯加热具有加热速度快、电-热转化 率高、自动控温、分区控制、加热稳定、加热过程无异响、热传导效率高、运行 费用低(每天每平米石墨烯电热膜的耗电量能够降至0.5度)、加热相对均匀、占 地面积小、投资与生产费用低、使用寿命长和工作效率高等诸多优点，更有利于 推广应用。用它代替传统加热设备，其节电效果尤其显著，一般可节电30％左右， 个别场合甚至可达60％～70％。

石墨烯红外加热壁画、壁纸、地板等器件中最为核心的部分即为石墨烯加热 板/功能层。现有技术中，一般通过将石墨烯制成石墨烯浆料、油墨或涂料，再通 过印刷方式制备成石墨烯发热涂层等。但这些方式制备的石墨烯发热涂层存在一 大致命缺陷：当石墨烯发热涂层出现局部温度过高时，例如短路等电流过载情况、 散热不均引起的局部温度过高等会破坏石墨烯发热涂层，甚至是引发火灾。中国 专利公告号为CN 107446408A公开了一种PTC石墨烯发热油墨，采用PTC功能材 料与导电填料混匀、研磨制备而成，其中导电填料可以是石墨烯或者石墨烯与石 墨粉、炭黑、碳纤维粉、碳纳米管中的一种或者多种的混合。但是这种PTC石墨 烯发热油墨由于导电填料与PTC功能材料随机混合、粘附，导致石墨烯发热油墨 的方阻较大、树脂玻璃化转变后电阻值难以恢复、长久使用导电填料容易析出、 导电油墨与基材粘附能力下降等等缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种PTC石墨烯基导电油墨的制备方法，本发明还 提供了一种由上述PTC石墨烯基导电油墨的制备方法制备出的PTC石墨烯基导电 油墨，PTC石墨烯基导电油墨印刷成膜后使用时，当石墨烯发热涂层出现局部温 度过高时，例如短路等电流过载情况、散热不均引起的局部温度过高等，会引起 PI改性聚乳酸因局部温度升高而玻璃化转变，由结晶态或者半结晶态树脂转变为 非结晶态，进而将导电膜中导电物质，例如钛量子点掺杂石墨烯、炭黑等，相互 拉开，增加PTC石墨烯基导电油墨印刷成膜的电阻，通过降低功率、产热来实现 保护导电膜的功能，也能有效防止火灾。当导电膜温度降低到一定程度后，PI改 性聚乳酸由非结晶态转变成结晶态或者半结晶态，拉近导电物质之间的距离，恢 复原始电阻和功率，实现可逆PTC保护。