CN108329679A - 一种无溶剂石墨烯电热薄膜的制备方法 - Google Patents

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陶冶
费培
储富强
陶永新
王刚
袁超
郭冰
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    • C08K9/02—Ingredients treated with inorganic substances

Abstract

本发明公开了一种无溶剂石墨烯电热薄膜的制备方法，包括如下步骤：（1）、采用物理法剥离的石墨烯微片，通过等离子体处理方式得到改性石墨烯；（2）、将改性石墨烯与硅烷偶联剂、分散剂、TPU颗粒在高温共混设备中进行共混；（3）、将共混均匀的熔融状的石墨烯/TPU由螺杆机T型淋膜头淋膜于离型载体上，冷却剥离离型载体后即得无溶剂石墨烯电热薄膜。本发明用无溶剂法制备的石墨烯电热薄膜初粘力较低，经过熟化完全固化后，层间剥离强度及热封强度很好，这种工艺生产的电热薄膜耐湿性防潮性都很好。

Description

一种无溶剂石墨烯电热薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种无溶剂石墨烯电热薄膜的制备方法，属于石墨烯材料技术领域。
背景技术
石墨烯电热薄膜是用一定的技术方法制备的可以通电制热的薄膜。通常有两种形态：一是CVD法生长出来的透明电热薄膜，另外一种是粉体制备的灰黑色不透明薄膜。目前制备石墨烯电热薄膜的常用技术有丝网印刷，CVD法生长，抽滤法等，丝印厚度难以精确控制，CVD法成本高，抽滤法不适合大规模生产。涂覆和丝印可低成本，连续，大规模的工业化生产，但是涂覆和丝印的所用电热浆料含有有机溶剂，干燥过程中，有机溶剂挥发，造成环境污染，另一方面环境温度对有机溶剂的挥发有影响，容易导致电热膜的电阻不稳定。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种无溶剂石墨烯电热薄膜的制备方法，制备过程中不添加有机溶剂，因而在生产过程中，没有溶剂挥发，不会对环境产生污染，有利于清洁化生产。另一方面，无溶剂法制备电热薄膜，产品质量稳定性高，电阻稳定。
本发明的技术方案如下：
一种无溶剂石墨烯电热薄膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）、采用物理法剥离的石墨烯微片，通过等离子体处理方式得到改性石墨烯；
（2）、将改性石墨烯与硅烷偶联剂、分散剂、TPU颗粒在高温共混设备中进行共混；
（3）、将共混均匀的熔融状的石墨烯/TPU由螺杆机T型淋膜头淋膜于离型载体上，冷却剥离离型载体后即得无溶剂石墨烯电热薄膜。
上述步骤（1）中等离子处理方式的如下：
（a）、将石墨烯微片均匀平铺在表面皿上，放入等离子体处理仪；
（b）、先打开真空泵，使真空度达到5 pa以下；
（c）、再通入气体，调节流量使真空度达到10pa～50 pa；
（d）、调节放电功率，打开高频电源进行辉光放电，在达到预设的处理时间后，关闭高频电源，取出石墨烯微片，得到改性石墨烯。
上述步骤（c）中的气体为氨、二氧化碳、二氧化硫、臭氧、空气中的一种。
上述步骤（2）中改性石墨烯与硅烷偶联剂、分散剂、TPU颗粒的配比为：10～20：1～5：5～10：50～70，上述配比为质量比。
上述步骤（2）中高温共混设备中的温度控制在120～170度。
上述步骤（3）中淋膜温度控制在70～140度。
上述步骤（3）中的离型载体为离型纸或离型膜。
本发明所达到的有益效果：
本发明用无溶剂法制备的石墨烯电热薄膜初粘力较低，经过熟化完全固化后，层间剥离强度及热封强度很好，这种工艺生产的电热薄膜耐湿性防潮性都很好。
附图说明
图1是等离子处理方式流程图；
图2是等离子体处理仪结构示意图。
图3是臭氧处理的石墨烯微片与未改性的石墨烯微片的红外对比图。
图4是不同官能团改性后的石墨烯微片与未改性的石墨烯微片在去离子水中分散性的对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种无溶剂石墨烯电热薄膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）、采用物理法剥离的石墨烯微片，通过等离子体处理方式得到改性石墨烯；等离子处理时间为10-30分钟。
如图1、图2所示，上述步骤（1）中等离子处理方式的如下：
（a）、将石墨烯微片均匀平铺在表面皿上，放入等离子体处理仪；
（b）、先打开真空泵，使真空度达到5 pa以下；
（c）、再通入气体，调节流量使真空度达到10pa～50pa；气体为氨、二氧化碳、二氧化硫、臭氧、空气中的一种。
（d）、调节放电功率，打开高频电源进行辉光放电，在达到预设的处理时间后，关闭高频电源，取出石墨烯微片，得到改性石墨烯。
（2）、将改性石墨烯与硅烷偶联剂、分散剂、TPU颗粒在高温共混设备中进行共混；高温共混设备中的温度控制在120～170度。
改性石墨烯与硅烷偶联剂、分散剂、TPU颗粒的配比为：10～20：1～5：5～10：50～70，上述配比为质量比。
（3）、将共混均匀的熔融状的石墨烯/TPU由螺杆机T型淋膜头淋膜于离型载体上，淋膜温度控制在70-140度。冷却剥离离型载体后即得无溶剂石墨烯电热薄膜。离型载体为离型纸或离型膜。
实施例1：
一种无溶剂的石墨烯电热薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将质量配比为15：2：8：75的物理法剥离的石墨烯微片与硅烷偶联剂、分散剂、TPU颗粒在高温共混设备中进行共混，温度为150度。
步骤2：将共混一段时间后的熔融状的石墨烯TPU由螺杆机T型淋膜头淋膜于离型载体上，淋膜温度在120度，即得无溶剂石墨烯电热薄膜。
实施例2：
一种无溶剂的石墨烯电热薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：采用物理法剥离的石墨烯微片，在氨气等离子体氛围下处理约30分钟后得到改性胺基石墨烯；
步骤2：将质量配比为15：2：8：75的改性胺基石墨烯与硅烷偶联剂、分散剂、TPU颗粒在高温共混设备中进行共混，温度为150度。
步骤3：将共混一段时间后的熔融状的石墨烯TPU由螺杆机T型淋膜头淋膜于离型载体上，淋膜温度在120度，即得无溶剂石墨烯电热薄膜。
实施例3：
一种无溶剂的石墨烯电热薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：采用物理法剥离的石墨烯微片，在二氧化碳等离子体氛围下处理约30分钟后得到改性羧基石墨烯；
步骤2：将质量配比为15：2：8：75的改性胺基羧基石墨烯与硅烷偶联剂、分散剂、TPU颗粒在高温共混设备中进行共混，温度为150度。
步骤3：将共混一段时间后的熔融状的石墨烯TPU由螺杆机T型淋膜头淋膜于离型载体上，淋膜温度在120度，冷却后剥离离型载体可得无溶剂石墨烯电热薄膜。
实施例4：
一种无溶剂的石墨烯电热薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：采用物理法剥离的石墨烯微片，在臭氧等离子体氛围下处理约30分钟后得到改性氧化石墨烯；
步骤2：将质量配比为15：2：8：75的改性氧化石墨烯与硅烷偶联剂、分散剂、TPU颗粒在高温共混设备中进行共混，温度为150度。
步骤3：将共混一段时间后的熔融状的石墨烯TPU由螺杆机T型淋膜头淋膜于离型载体上，淋膜温度在120度，冷却后剥离离型载体可得无溶剂石墨烯电热薄膜。
本发明的臭氧改性石墨烯微片和未改性的石墨烯微片的IR图是用PE 公司的Paragon 1000 型红外光谱仪进行测定的，测试试样为粉体。
图3是在臭氧等离子体下改性前和改性后的红外吸收光谱。经过臭氧等离子体处理后，出现了三个明显的峰，分别在3500 cm-1处，1633 cm-1和在1378 cm-1处。3500 cm-1处的较宽的峰对应于石墨烯中的羟基峰以及吸收的水分子中的羟基，数据显示经过等离子体的处理后，羟基峰更明显，石墨烯微片晶粒细化，在转移过程中更容易吸附空气中的水分子，使原本只亲油不亲水的石墨烯微片增加了亲水性。1633 cm-1处的峰是C=O键的伸缩振动引起的，1378 cm-1处的峰是由C-H键伸缩振动引起，这两个峰在未处理的石墨烯微片中都是没有的，由此可知，在低温臭氧等离子体的作用下，石墨烯部分C-C键断开，转而形成了亲水性更好的C=O键和C-OH键等sp3类型的杂化键。
如图4所示，经过实施例2-4等离子体处理之后的石墨烯的微片，在去离子水中的分散性明显好于实施例1未改性的石墨烯微片。在后续用无溶剂法制备石墨烯电热薄膜的过程中，改性的石墨烯微片与TPU的相容性会更好，制备出来的电热薄膜稳定性更好，寿命更长。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种无溶剂石墨烯电热薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）、采用物理法剥离的石墨烯微片，通过等离子体处理方式得到改性石墨烯；
（2）、将改性石墨烯与硅烷偶联剂、分散剂、TPU颗粒在高温共混设备中进行共混；
（3）、将共混均匀的熔融状的石墨烯/TPU由螺杆机T型淋膜头淋膜于离型载体上，冷却剥离离型载体后即得无溶剂石墨烯电热薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种无溶剂石墨烯电热薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中等离子处理方式的如下：
（a）、将石墨烯微片均匀平铺在表面皿上，放入等离子体处理仪；
（b）、先打开真空泵，使真空度达到5 pa以下；
（c）、再通入气体，调节流量使真空度达到10pa～50pa；
（d）、调节放电功率，打开高频电源进行辉光放电，在达到预设的处理时间后，关闭高频电源，取出石墨烯微片，得到改性石墨烯。
3.根据权利要求2所述的一种无溶剂石墨烯电热薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（c）中的气体为氨、二氧化碳、二氧化硫、臭氧、空气中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种无溶剂石墨烯电热薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中改性石墨烯与硅烷偶联剂、分散剂、TPU颗粒的配比为：10～20：1～5：5～10：50～70，上述配比为质量比。
5.根据权利要求1所述的一种无溶剂石墨烯电热薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中高温共混设备中的温度控制在120～170度。
6.根据权利要求1所述的一种无溶剂石墨烯电热薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中淋膜温度控制在70～140度。
7.根据权利要求1所述的一种无溶剂石墨烯电热薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中的离型载体为离型纸或离型膜。
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