CN100466865C - 一种复合金属电热膜溶胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合金属电热膜溶胶，由下述组份按重量份制备而成：纳米级锡粉8～20份、三氯化锑4～10份、氯化亚锡1～4份、氯化金0.01～0.1份、四氯化锗0.01～0.1份、氯化银0.8～2份、氯化镍0.1～1份、氯化铜或氯化锌2～7份、氯化钠或氯化钾2～7份、去离子水24～60份、乙醇99.2～312份。该溶胶制成电热膜后不仅电热转换效率高而且使用寿命长，承受电压高、功率大。本发明还公开了制备上述溶胶的方法，该方法采用的是饱和溶液的制备方式和加热浓缩工艺，无废液排放，反应温度高、反应时间长、搅拌充分，由此制成的电热膜溶胶均匀度高，同质性好，提高了电热膜的结构致密度，延长了电热膜的使用寿命，整个过程绿色环保。

Description

一种复合金属电热膜溶胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及电热膜技术领域，尤其涉及一种复合金属电热膜溶胶；本发明还涉及制备这种溶胶的方法。

背景技术

电热膜是一种新型电热器件，因为水电隔离、快速省电等主要特点，在电加热领域得到了广泛地应用。一种公知的用粒径为16-18nm的二氧化锡、五氧化二锑、三氧化二铟和氧化物电阻调节剂为原料制成的电热膜，就具备上述特点。但是，用其制成的电加热膜，一般只能在220V以内、功率不大于10W/cm²的常规状态下使用约500h，使用寿命较短，使电热膜技术与终端产品的使用范围和使用效果受到限制。其原因是，由上述原料制备的电热膜溶胶或凝胶，在自然空气富氧的环境中热喷涂时，氧与金属离子反应生成金属氧化物半导体结晶体的同时，在热反应过程必然地在晶体的“晶格”中产生多余的氧离子，当温度下降或沉化以后或受电加热时，晶格中氧离子逐渐“逃逸”，逐渐出现过量的负离子空位现象，如果没有足量的活泼的金属离子给予空位填充，由于离子空位的原因会在一定的外应力下或晶体内应力作用下，逐渐产生“晶格”的堆积，进而逐渐造成同质面上的晶体电特性改变和不一致，当220Vac受电后会发生晶体应力释放或积聚变化，表现为当膜表面温度达到200℃以上或连续受电时间达数小时(有的设置30min)以后，局部出现打火击穿而导致电热膜报废。而且电热膜中所使用的金属锡需通过四氯化锡间接制，生产效率低，而且由于反应过程中产生氯化氢气体而污染环境。

其次，在上述溶胶或凝胶的配置过程中，反应温度、时间、搅拌充分度以及操作环节都存在缺陷，主要表现为反应温度过低、时间不足、搅拌不充分和除金属外的杂质等影响了膜的结构致密度、均匀度和同质性，进而影响了膜的寿命，约占50％的膜因此而寿命达不到500h。

另外，上述方法中每次操作都要产生大量的废液，如：离心后倒掉的含Cl^-的水、氨水、乙醇等的混合液，洗涤去除Cl^-的废水等，直接***到下水管道将造成一定程度的环境污染。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种电热转换效率高的复合金属电热膜溶胶，其不仅使用寿命长，而且承受电压高、功率大。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：一种复合金属电热膜溶胶，由下述组份按重量份制备而成：纳米级锡粉8～20份、三氯化锑4～10份、氯化亚锡1～4份、氯化金0.01～0.1份、四氯化锗0.01～0.1份、氯化银0.8～2份、氯化镍0.1～1份、氯化铜或氯化锌2～7份、氯化钠或氯化钾2～7份、去离子水24～60份、乙醇99.2～312份。

本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种制备上述复合金属电热膜溶胶的方法，通过该方法制备的复合金属电热膜溶胶使用寿命长，承受电压高、功率大，而且该方法本身不会产生大量废液，绿色环保。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：一种复合金属电热膜溶胶的方法，包括以下主要步骤：

A、准备器皿和设备：电子天平；可加热的电搅拌器；带塞的三角烧瓶并称重；烧杯；黑红布瓶罩；避光的恒温箱；

B、准备原料：按所述配方称取纳米级锡粉、三氯化锑、氯化亚锡、氯化金、四氯化锗、氯化银、氯化镍、氯化铜或氯化锌、氯化钠或氯化钾、所述纳米级锡粉粒径在10nm以下，其他为分析纯；

按所述配方在烧杯中准备去离子水，在三角烧瓶里准备乙醇；

C、制备溶液：将称取的三氯化锑、氯化亚锡、氯化金、四氯化锗、氯化银、氯化镍、氯化铜或氯化锌、氯化钠或氯化钾倒入盛乙醇的三角烧瓶中，制备混合溶液；将盛有溶液的三角烧瓶在不加塞时放置在搅拌器上边加热、边搅拌，温度控制在80℃-85℃之间，充分溶解后即为乙醇溶液，并继续搅拌备用；

D、制备浆液：将纳米级锡粉倒入盛有去离子水的烧杯里，烧杯放置在搅拌器上边搅拌、边加热到100℃，直至混合成浆液；温度降低至80℃并继续搅拌备用；

E、制备溶胶：将纳米级锡粉浆液倒入搅拌中的乙醇溶液，并加盖黑红布瓶罩避光或在暗室里80℃保温，继续搅拌至少3小时；

F、称重检验：将所述溶胶称重，当前溶胶重量与累计原料的总重量之比达到1/2时即可停止搅拌；此时用红色灯光从三角***底部向上投射，溶胶为色泽均匀、透光、无沉淀、稳定的胶体；

G、将盛放溶胶的三角烧瓶加塞放置在避光的恒温箱内，在82℃±2℃下进行48小时陈化，以增强胶体的稳定性；至此所述的复合金属电热膜溶胶的制备工作完成。

采用了上述技术方案后，由于上述制备方法的反应温度高、反应时间长、搅拌充分，由此制成的电热膜溶胶均匀度高，同质性好，提高了电热膜的结构致密度，延长了电热膜的使用寿命。整个过程采用的是饱和溶液的制备方式和加热浓缩工艺，无废液排放，完全避免了因排放废液而造成的环境污染；在热喷涂时的挥发物基本是蒸汽，氯化氢气体极少，因而也降低了后续热喷涂工艺造成的空气污染。

通过上述方法制备的复合金属电热膜溶胶，其主要效果是：

1)、由于纳米级金属锡纯度可以达到100％，纳米态锡粒子原子活泼性极高，在结晶时可以完全生成稳定结构的二氧化锡晶体，不会产生“晶格”的堆积。无需通过四氯化锡间接制取金属锡，不仅提高了生产效率，而且完全避免了使用四氯化锡产生氯化氢的空气污染。

2)、根据锑具有准金属和非金属特性，在溶胶中加入锑，除了可改变金属膜的电阻外，还具有与锡形成金属间化合物而提高二氧化锡晶体的硬度和强度，提高了电热膜的电压和功率的承受能力。

3)、氯化亚锡、氯化金、四氯化锗、氯化银和氯化镍是填加剂的主相，氯化铜或氯化锌、氯化钠或氯化钾是填加剂的次相，其作用是调节电阻和红外频谱。掺入上述组份后，电热膜的红外共振主频的波长大于水吸热主频的波长，水对辐射热的吸收率增强，提高了电热转换效率。

具体实施方式

实施例1：一种复合金属电热膜溶胶，该溶胶的成分是以下列重量份的原料制备而成的：纳米级锡粉15份、三氯化锑7.5份、氯化亚锡3份、氯化金0.07份、四氯化锗0.07份、氯化银1.6份、氯化镍0.7份、氯化铜或氯化锌3份、氯化钠或氯化钾3份、去离子水45份、乙醇189.4份。该种配方的溶胶制成电热膜后，其承受电压强度为450Vac，承受功率强度25W/cm²，承受通电干烧发热的温度强度750℃。在膜功率强度25W/cm²、水流量0.5L/min、标准电压250Vac、膜层表面温度450℃下连续通电通水运行5000h无损坏。

实施例2：一种复合金属电热膜溶胶，该溶胶的成分是以下列重量份的原料制备而成的：纳米级锡粉8份、三氯化锑4份、氯化亚锡1份、氯化金0.01份、四氯化锗0.01份、氯化银0.8份、氯化镍0.1份、氯化铜或氯化锌7份、氯化钠或氯化钾7份、去离子水24份、乙醇99.2份。其承受电压强度为250Vac，承受功率强度为10W/cm²。

实施例3：一种复合金属电热膜溶胶，该溶胶的成分是以下列重量份的原料制备而成的：纳米级锡粉20份、三氯化锑10份、氯化亚锡4份、氯化金0.1份、四氯化锗0.1份、氯化银2份、氯化镍1份、氯化铜或氯化锌2份、氯化钠或氯化钾2份、去离子水60份、乙醇312份。其承受电压强度为110Vac，承受功率强度为20W/cm²。

实施例4：一种复合金属电热膜溶胶，该溶胶的成分是以下列重量份的原料制备而成的：纳米级锡粉为14份、三氯化锑为7份、氯化亚锡2份、氯化金0.05份、四氯化锗0.05份、氯化银1份、氯化镍0.5份、氯化铜或氯化锌4份、氯化钠或氯化钾4份、去离子水42份、乙醇186份。其承受电压强度为250Vac，承受功率强度为15W/cm²。

实施例5：一种复合金属电热膜溶胶，该溶胶的成分是以下列重量份的原料制备而成的：纳米级锡粉为17份、三氯化锑为8份、氯化亚锡3份、氯化金0.08份、四氯化锗0.08份、氯化银2份、氯化镍1份、氯化铜或氯化锌3份、氯化钠或氯化钾3份、去离子水51份、乙醇201.6份。其承受电压强度为250Vac，承受功率强度为20W/cm²。

制备上述复合金属电热膜溶胶的方法，包括以下主要步骤：

A、准备器皿和设备：电子天平；可加热的电搅拌器；带塞的三角烧瓶并称重；烧杯；黑红布瓶罩；避光的恒温箱；

B、准备原料：按所述配方称取纳米级锡粉、三氯化锑、氯化亚锡、氯化金、四氯化锗、氯化银、氯化镍、氯化铜或氯化锌、氯化钠或氯化钾、所述纳米级锡粉粒径在10nm以下，其他为分析纯；

按所述配方在烧杯中准备去离子水，在三角烧瓶里准备乙醇；

C、制备溶液：将称取的三氯化锑、氯化亚锡、氯化金、四氯化锗、氯化银、氯化镍、氯化铜或氯化锌、氯化钠或氯化钾倒入盛乙醇的三角烧瓶中，制备混合溶液；将盛有溶液的三角烧瓶在不加塞时放置在搅拌器上边加热、边搅拌，温度控制在80℃-85℃之间，充分溶解后即为乙醇溶液，并继续搅拌备用；

D、制备浆液：将纳米级锡粉倒入盛有去离子水的烧杯里，烧杯放置在搅拌器上边搅拌、边加热到100℃，直至混合成浆液；温度降低至80℃并继续搅拌备用；

E、制备溶胶：将纳米级锡粉浆液倒入搅拌中的乙醇溶液，并加盖黑红布瓶罩避光或在暗室里80℃保温，继续搅拌至少3小时；

F、称重检验：将所述溶胶称重，当前溶胶重量与累计原料的总重量之比达到1/2时即可停止搅拌；此时用红色灯光从三角***底部向上投射，溶胶为色泽均匀、透光、无沉淀、稳定的胶体；

G、将盛放溶胶的三角烧瓶加塞放置在避光的恒温箱内，在82℃±2℃下进行48小时陈化，以增强胶体的稳定性；至此所述的复合金属电热膜溶胶的制备工作完成。

Claims (5)

1、一种复合金属电热膜溶胶，其特征在于：该溶胶的成分是以下列重量份的原料制备而成的：纳米级锡粉8～20份、三氯化锑4～10份、氯化亚锡1～4份、氯化金0.01～0.1份、四氯化锗0.01～0.1份、氯化银0.8～2份、氯化镍0.1～1份、氯化铜或氯化锌2～7份、氯化钠或氯化钾2～7份、去离子水24～60份、乙醇99.2～312份。

2、如权利要求1所述的一种复合金属电热膜溶胶，其特征在于：该溶胶的成分是以下列重量份的原料制备而成的：纳米级锡粉15份、三氯化锑7.5份、氯化亚锡3份、氯化金0.07份、四氯化锗0.07份、氯化银1.6份、氯化镍0.7份、氯化铜或氯化锌3份、氯化钠或氯化钾3份、去离子水45份、乙醇189.4份。

3、如权利要求1所述的一种复合金属电热膜溶胶，其特征在于：该溶胶的成分是以下列重量份的原料制备而成的：纳米级锡粉8份、三氯化锑4份、氯化亚锡1份、氯化金0.01份、四氯化锗0.01份、氯化银0.8份、氯化镍0.1份、氯化铜或氯化锌7份、氯化钠或氯化钾7份、去离子水24份、乙醇99.2份。

4、如权利要求1所述的一种复合金属电热膜溶胶，其特征在于：该溶胶的成分是以下列重量份的原料制备而成的：纳米级锡粉20份、三氯化锑10份、氯化亚锡4份、氯化金0.1份、四氯化锗0.1份、氯化银2份、氯化镍1份、氯化铜或氯化锌2份、氯化钠或氯化钾2份、去离子水60份、乙醇312份。

5、制备如权利要求2或3或4所述的一种复合金属电热膜溶胶的方法，包括以下主要步骤：

A、准备器皿和设备：电子天平；可加热的电搅拌器；带塞的三角烧瓶并称重；烧杯；黑红布瓶罩；避光的恒温箱；

B、准备原料：按所述配方称取纳米级锡粉、三氯化锑、氯化亚锡、氯化金、四氯化锗、氯化银、氯化镍、氯化铜或氯化锌、氯化钠或氯化钾、所述纳米级锡粉粒径在10nm以下，其他为分析纯；

按所述配方在烧杯中准备去离子水，在三角烧瓶里准备乙醇；

C、制备溶液：将称取的三氯化锑、氯化亚锡、氯化金、四氯化锗、氯化银、氯化镍、氯化铜或氯化锌、氯化钠或氯化钾倒入盛乙醇的三角烧瓶中，制备混合溶液；将盛有溶液的三角烧瓶在不加塞时放置在搅拌器上边加热、边搅拌，温度控制在80℃-85℃之间，充分溶解后即为乙醇溶液，并继续搅拌备用；

D、制备浆液：将纳米级锡粉倒入盛有去离子水的烧杯里，烧杯放置在搅拌器上边搅拌、边加热到100℃，直至混合成浆液；温度降低至80℃并继续搅拌备用；

E、制备溶胶：将纳米级锡粉浆液倒入搅拌中的乙醇溶液，并加盖黑红布瓶罩避光或在暗室里80℃保温，继续搅拌至少3小时；

F、称重检验：将所述溶胶称重，当前溶胶重量与累计原料的总重量之比达到1/2时即可停止搅拌；此时用红色灯光从三角***底部向上投射，溶胶为色泽均匀、透光、无沉淀、稳定的胶体；

G、将盛放溶胶的三角烧瓶加塞放置在避光的恒温箱内，在82℃±2℃下进行48小时陈化，以增强胶体的稳定性；至此所述的复合金属电热膜溶胶的制备工作完成。