CN111356252A

CN111356252A - 电热膜、导电银浆以及电热膜的制备方法

Info

Publication number: CN111356252A
Application number: CN202010257837.XA
Authority: CN
Inventors: 谢合义; 郭桂山; 王允军
Original assignee: Suzhou Xingshuo Nanotech Co Ltd
Current assignee: Suzhou Xingshuo Nanotech Co Ltd
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2020-06-30

Abstract

本申请公开了一种电热膜、导电银浆以及电热膜的制备方法。导电膜包括：薄膜，所述薄膜为含有碳材料与聚乙烯的混合物；印刷电极，设置在所述薄膜的表面上，所述印刷电极为含有银材料与聚酰胺树脂的混合物。采用聚乙烯基质的发热薄膜与基于聚酰胺树脂的印刷电极之间的附着性好，且印刷电极耐弯折性好。

Description

电热膜、导电银浆以及电热膜的制备方法

技术领域

本申请属于发热膜领域，涉及一种电热膜、导电银浆以及电热膜的制备方法。

背景技术

电加热技术具有清洁能源、热转换效率高、铺装设计方便等显著优点，在现代建筑、采暖工程、装饰装修等领域得到广泛的应用。在各种电加热技术中，发热膜具有许多传统的电热元件不具备的优点而受到广泛的应用，比如具有面状发热、不易损坏、外型可变性强等。

在各种电热膜中，基于碳材料如石墨烯、导电炭黑等的电热膜具有低电阻、高导热性、高耐热稳定性等优点。常见的一种采用碳材料的电热膜结构，包括：发热薄膜以及设置在发热薄膜上的电极，其中发热薄膜中的聚合物基质材料可以为聚乙烯、聚丙烯、以及聚对苯二甲酸乙二醇酯等。在聚乙烯基质材料的发热薄膜上开发具有强附着力，以及耐弯折的电极具有重要的意义。

发明内容

本申请的目的，在于提供一种电热膜、导电银浆以及电热膜的制备方法，以在聚乙烯基质材料的发热薄膜上制备具有强附着力，以及耐弯折的电极。

根据本申请的一个方面，提供一种电热膜，包括：

薄膜，所述薄膜为含有碳材料与聚乙烯的混合物；

印刷电极，设置在所述薄膜的表面上，所述印刷电极为含有银材料与聚酰胺树脂的混合物。

优选地，所述碳材料包括石墨烯、碳纤维、碳纳米管、导电石墨或者导电炭黑。

优选地，所述银材料包括片状银粉，银纳米颗粒或者银纳米线。

优选地，所述印刷电极中还含有增稠剂。

根据本申请的一个方面，提供一种导电银浆，其特征在于，包括：银材料、聚酰胺树脂、以及有机溶剂。

优选地，所述有机溶剂包括N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、C3～C10的一元醇、二羧酸脂、二乙二醇***醋酸酯、二丙二醇甲醚醋酸酯或者乙二醇丁醚。

优选地，所述导电银浆还包括增稠剂，所述增稠剂为聚酰胺蜡粉，聚乙烯蜡粉或者气相二氧化硅。

根据本申请的一个方面，提供一种电热膜的制备方法包括步骤：

提供薄膜，所述薄膜为分散有碳材料的聚乙烯；

在所述薄膜的表面上印刷如上所述的导电银浆。

有益效果：

(1)本申请提供的电热膜中，采用聚乙烯基质的发热薄膜与基于聚酰胺树脂的印刷电极之间的附着性好，且印刷电极耐弯折性好；

(2)本申请中提供的导电银浆，非常适合于在掺杂碳材料的聚乙烯基质的发热薄膜上制备电极，制备过程简单，对发热薄膜的表面附着性要求低。

附图说明

图1是本申请一个实施方式中电热膜的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式，对本申请实施例中的技术方案进行详细地描述。应注意的是，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部实施方式。

本文中使用的术语仅用于描述具体实施方式的目的且不意图为限制性的。如果未另外定义，说明书中的所有术语(包括技术和科学术语)可如本领域技术人员通常理解的那样定义。常用字典中定义的术语应被解释为具有与它们在相关领域的背景和本公开内容中的含义一致的含义，并且不可以理想方式或者过宽地解释，除非清楚地定义。此外，除非明确地相反描述，措辞“包括”和措辞“包含”当用于本说明书中时表明存在所陈述的特征、区域、整体、步骤、操作、要素、和/或组分，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、区域、整体、步骤、操作、要素、组分、和/或其集合。因此，以上措辞将被理解为意味着包括所陈述的要素，但不排除任何其它要素。

将理解，尽管术语第一、第二、第三等可在本文中用于描述各种元件、组分、区域、层和/或部分，但这些元件、组分、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组分、区域、层或部分区别于另外的元件、组分、区域、层或部分。因而，在不背离本实施方式的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组分、区域、层或部分可称为第二元件、组分、区域、层或部分。

以下定义适用于关于本发明一些实施方式描述的一些方面，这些定义同样可以在本文得到扩展。

除非上下文另做清楚规定，否则如本文使用的，单数形式“一个”和“所述”包括多个指代物。除非上下文另做清楚规定，否则提到一个对象可包括多个对象。

如本文使用的，术语“邻近”是指接近或邻接。邻近的对象可彼此间隔开，或者可彼此实际或直接接触。在一些情况中，邻近的对象可彼此连接，或者可彼此整体的形成。

如本文使用的，术语“连接”、是指操作性耦接或链接。链接的对象可彼此直接耦接，或者可经由另一组对象彼此间接地耦接。

如本文使用的，相对性术语，例如“里边”、“内部”、“外面”、“外部”、“顶部”、“底部”、“正面”、“背面”、“后面”、“上部”、“下部”、“垂直”、“横向”、“在……之上”及“在……之下”是指例如根据附图，一组对象先对彼此的取向，但在制造或使用期间不要求这些对象的特定取向。

根据本申请的一些示例性实施方式，如图1所示，提供一种电热膜，包括：薄膜11，薄膜的组成成分为含有碳材料与聚乙烯的混合物；印刷电极13，设置在薄膜11的表面上，印刷电极13的成分为含有银材料与聚酰胺树脂的混合物。

当印刷电极13接入外部电源后，电流在经过薄膜11时，由于碳材料具有一定的导电性，会使得薄膜11的整个膜面都产生热量，从而形成面状加热源。

本申请实施方式中，薄膜11中聚合物基质为常见的聚乙烯材料，基于聚乙烯材料的发热薄膜具有很多优点，比如化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀等。但是，基于聚乙烯基质的发热薄膜也具有较大的缺点，如表面附着性非常差，导致常规导电银浆难以在其上获得良好的润湿铺展，也很难形成范德华力和色散力等弱键作用；并且其结构的致密性也阻止了导电银浆的溶胀渗透，不能形成有效的机械锚固作用和互穿网络结构。这样，就会使得在发热薄膜上制备银印刷电极非常困难。

为了解决基于聚乙烯基质的发热薄膜的表面附着性差的问题，可以对薄膜进行电晕处理或者其他方式处理以增加其表面附着性，但是这无疑会导致电热膜的制备工艺更加繁琐。

本申请的实施方案中，通过选择聚酰胺树脂作为印刷电极的聚合物基质，相关的实验结果表明，基于聚酰胺树脂的银印刷电极在聚乙烯基质的发热薄膜上的附着性非常好，这可能是由于聚酰胺树脂中含有大量的氨基、羰基、酰胺基等极性基团；同时，所制备得到的印刷电极在对折后也不断裂。这样就可以避免对发热薄膜进行额外处理以增加其表面附着性的步骤，简化电热膜的制备工艺。

在一个实施方式中，薄膜11中碳材料的含量优选在10wt％至90wt％，聚乙烯的含量优选在10wt％至90wt％。当碳材料的含量太低时，薄膜11的发热性能太差；而当碳材料的含量太高、聚乙烯的含量太低时，薄膜11的耐弯折性以及表面的附着性均不是太好。

本申请中，碳材料包括但是不限定于石墨烯、碳纤维、碳纳米管、导电石墨或者导电炭黑。这些碳材料均具有良好的导电性能，当将其分散在聚乙烯中制成薄膜后，使得薄膜也具有一定的导电性性能。

在一个实施方式中，银材料包括但是不限于片状银粉，银纳米颗粒或者银纳米线。印刷电极13中银材料的含量优选在50wt％至90wt％。片状银粉的粒径(长宽方向)可以为1至20微米；银纳米颗粒的粒径可以在50至500纳米；银纳米线的直径可以在10至100纳米，长度可以为1至20微米。

印刷电极13可以为含有银材料、聚酰胺树脂、以及增稠剂的混合物。增稠剂包括但是不限定于聚酰胺蜡粉，聚乙烯蜡粉或者气相二氧化硅等。这些增稠剂在制备导电银浆时被引入，以优化导电银浆的性能，最终这些增稠剂会保留在银印刷电极中。

根据本申请的一个方面，提供一种导电银浆，包括：银材料、聚酰胺树脂、以及有机溶剂。优选地，导电银浆中还包括增稠剂，按照含量计，银材料为35wt％至65wt％，聚酰胺树脂为5wt％至20wt％，有机溶剂为25wt％至50wt％，增稠剂为0.5wt％至5wt％。本申请中导电银浆非常适合于在聚乙烯基质的发热薄膜上制备银印刷电极，所得到银印刷电极对基发热薄膜的附着力可达到5B级别(ASTM等级)，且对折后不断裂。

导电银浆中，有机溶剂包括但是不限定于N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、C3～C10的一元醇、二羧酸脂、二乙二醇***醋酸酯、二丙二醇甲醚醋酸酯或者乙二醇丁醚。增稠剂包括但是不限定于聚酰胺蜡粉，聚乙烯蜡粉或者气相二氧化硅等。

在一个实施方式中，导电银浆可以采用如下方式制备：

制备聚酰胺树脂体系：将聚酰胺树脂和有机溶剂混合加热到70℃，搅拌溶解后冷却至室温；

制备增稠剂体系：将增稠剂和有机溶剂混合加热到80℃，搅拌后冷却至室温；

将上述聚酰胺树脂体系、增稠剂体系、以及银材料依次加入到双行星搅拌机中，搅拌1小时混合均匀，再将混合均匀的物料加入到三辊机中进行研磨分散，研磨细度至15微米以下后，存储待用。

在本申请的一个实施方式中，提供一种电热膜的制备方法，包括步骤：提供薄膜，所述薄膜为分散有碳材料的聚乙烯；在所述薄膜的表面上印刷如上所述的导电银浆。

在一个实施方式中，薄膜的制备过程包括将碳材料与聚乙烯混合后流延成膜。

在薄膜的表面上印刷导电银浆的方法包括但是不限于喷墨打印、喷涂、丝网印刷等。

在一个实施方式中，在薄膜的表面上制备印刷电极可以采用如下方式：在薄膜表面进行丝网印刷，得到电极图案，然后将印刷好的图案在60℃至80℃下烘干1分钟至10分钟即可。

实施例1

提供一种导电银浆，包括：50wt％的片状银粉、37wt％的异丙醇、10wt％的聚酰胺树脂以及3wt％的聚酰胺蜡粉。

实施例2

提供一种导电银浆，包括：50wt％的片状银粉、37wt％的N,N-二甲基乙酰胺、5wt％的聚酰胺树脂、5wt％的萜烯树脂以及3wt％的聚酰胺蜡粉。

对比例1

提供一种导电银浆，包括：50wt％的片状银粉、37wt％的异佛尔酮、10wt％的聚氨酯以及3wt％的聚酰胺蜡粉。

对比例2

提供一种导电银浆，包括：50wt％的片状银粉、37wt％的N,N-二甲基乙酰胺、10wt％的萜烯树脂以及3wt％的聚酰胺蜡粉。

分别将实施例1、实施例2、对比例1和对比例2中的导电银浆丝网印刷在未处理的含有导电炭黑的聚乙烯基材的薄膜上，以制备电极图案，再将电极图案在80摄氏度下烘干。

使用百格和3M600胶带测试在聚乙烯基材的薄膜上的附着力，测试结果可分为5B、4B、3B、2B、1B等级(ASTM等级)，其中5B的附着力最好。且通过四探针测试仪测试电极的方阻。以及测试180度对折后，电极是否断裂。相关测试结果如下：

	附着力	方阻/mΩ/□/1mil	对折后是否断裂
				实施例1	5B	140	不断裂
实施例2	5B	150	不断裂
				对比例1	2B	130	不断裂
对比例2	5B	200	断裂

由上述实验结果可知，基于聚酰胺树脂的印刷电极(实施例1)在聚乙烯基材薄膜上的附着性达到5B级别，附着性能非常好，且对折后不断裂；且在基于聚酰胺树脂的印刷电极的材料中含有部分的萜烯树脂(实施例2)也具有非常好的附着性，且对折后不断裂。而在对比例2中，采用基于萜烯树脂的印刷电极时，虽然印刷电极的附着性非常好，但是对折后断裂。而在对比例1中，采用基于聚氨酯的印刷电极时，印刷电极的附着性较差，同时对折后断裂。

尽管发明人已经对本申请的技术方案做了较详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例作出修改和/或变通或者采用等同的替代方案是显然的，都不能脱离本申请精神的实质，本申请中出现的术语用于对本申请技术方案的阐述和理解，并不能构成对本申请的限制。

Claims

1.一种电热膜，其特征在于，包括：

薄膜，所述薄膜为含有碳材料与聚乙烯的混合物；

2.根据权利要求1所述的电热膜，其特征在于，所述碳材料包括石墨烯、碳纤维、碳纳米管、导电石墨或者导电炭黑。

3.根据权利要求1所述的电热膜，其特征在于，所述印刷电极中还含有增稠剂。

4.根据权利要求1所述的电热膜，其特征在于，所述银材料包括片状银粉，银纳米颗粒或者银纳米线。

5.一种导电银浆，其特征在于，包括：银材料、聚酰胺树脂以及有机溶剂。

6.根据权利要求5所述的导电银浆，其特征在于，所述有机溶剂包括N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、C3～C10的一元醇、二羧酸脂、二乙二醇***醋酸酯、二丙二醇甲醚醋酸酯或者乙二醇丁醚。

7.根据权利要求5所述的导电银浆，其特征在于，所述导电银浆还包括增稠剂，所述增稠剂包括聚酰胺蜡粉，聚乙烯蜡粉或者气相二氧化硅。

8.一种电热膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：

提供薄膜，所述薄膜为分散有碳材料的聚乙烯；

在所述薄膜的表面上印刷权利要求5至7中任一所述的导电银浆。