CN104517664A

CN104517664A - 基于石墨烯团簇的碳系电热浆料、其制备方法及应用

Info

Publication number: CN104517664A
Application number: CN201410830435.9A
Authority: CN
Inventors: 刘立伟; 李奇; 刘朝军; 王汝冰; 徐建宝; 陈明亮
Original assignee: SUZHOU GRAPHENE NANO TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU GRAPHENE NANO TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: CN104517664B

Abstract

本发明公开了一种基于石墨烯团簇的碳系电热浆料、其制备方法及应用。该浆料包括：导电导热剂及远红外增强剂10～70重量份、溶剂10～60重量份，助剂0.1～10重量份，树脂连接剂5～60重量份；其中所述导电导热剂包含石墨烯团簇。本发明采用石墨烯团簇单独或与其它碳系材料组合的方式作为电热浆料的导电导热剂及远红外增强剂，可以大幅降低浆料印刷成膜后的电阻率，提高导热性能、电热转化效率和远红外辐射强度，降低制造成本，同时还可降低浆料的粘度，提高了浆料的流动性与转移的印刷适应性，对节能降耗，健康理疗等方面具有重要意义。

Description

基于石墨烯团簇的碳系电热浆料、其制备方法及应用

技术领域

本发明涉及一种碳系电热浆料及其制备方法，尤其涉及一种基于石墨烯团簇的碳系电热浆料、其制备方法及应用，属于电热功能材料技术领域。

背景技术

采暖是我国大部分地区冬季的焦点问题。采暖的工艺当中最关键的一步是对电热浆料的研发。但目前国内的电热浆料制品普遍存在着使用寿命短、升温速率低、容易氧化、导热传热性能差、电热转化效率低、远红外辐射强度不足等问题，所以提高电热浆料的性能成为当今研发的主要方向。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于石墨烯团簇的碳系电热浆料及其制备方法，以克服现有技术存在的缺陷，满足应用需求。

本发明的另一目的在于提供所述基于石墨烯团簇的碳系电热浆料的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

一种基于石墨烯团簇的碳系电热浆料，其包括：导电导热剂及远红外增强剂10～70重量份、溶剂10～60重量份，助剂0.1～10重量份，树脂连接剂5～60重量份；其中所述导电导热剂包含石墨烯团簇。

进一步的，所述导电导热剂及远红外增强剂包含石墨烯团簇或石墨烯团簇与导电碳核材料的组合。

较为优选的，石墨烯团簇与导电碳核材料的质量比为1：0.1～1：100，尤其优选为1：1～1：20。

进一步的，所述导电碳核材料可优选自但不限于石墨、导电槽黑、乙炔黑、炉法炭黑、碳纤维、碳晶中的任一种或两种以上的组合。

进一步的，所述石墨烯团簇为石墨烯之间或石墨烯与非石墨烯的碳材料之间通过π-π堆垛形成的三维团簇结构。

优选的，所述石墨烯的径向尺寸为10nm-1mm，厚度为0.34nm-1mm，尤其优选的，所述石墨烯的径向尺寸为100nm-100μm，厚度为0.34nm-20nm。

进一步的，所述石墨烯至少选自氧化石墨烯、氧化还原石墨烯、膨胀剥离石墨烯、液相解离石墨烯、N-掺杂石墨烯、三维石墨烯中的任一种。

进一步的，所述非石墨烯的碳材料可优选自但不限于碳纳米管、石墨、导电槽黑、乙炔黑、炉法炭黑、碳纤维、碳晶中的任一种或两种以上的组合。

进一步的，所述溶剂可优选自但不限于水、脂肪烃类溶剂、芳香烃类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂、酯类溶剂、醇醚类溶剂、动物油类、矿物油中的任一种或两种以上的组合。

进一步的，所述助剂可优选自但不限于分散剂、稳定剂、保护剂、成膜剂、偶联剂、增塑剂、消泡剂、增稠剂、润湿剂、流平剂、触变剂、交联剂、杀菌剂、光引发剂、热引发剂、紫外吸收剂中的任一种或两种以上的组合。

进一步的，所述树脂连接剂可优选自但不限于环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、有机硅树脂、氟碳树脂、不饱和聚酯树脂、丙烯酸树脂、丙烯酸酯类低聚物和活性单体、醇酸树脂、乙烯基树脂、合成纤维素、聚酰胺树脂、氯醋树脂、聚氨酯树脂、聚偏氟乙烯树脂、热塑性树脂、合成橡胶中的任一种或两种以上的组合。

前述任一种基于石墨烯团簇的碳系电热浆料的制备方法，包括：取石墨烯或石墨烯与非石墨烯的碳材料制成石墨烯团簇，再将石墨烯团簇或石墨烯团簇与导电碳核材料、溶剂、助剂和树脂连接剂混合，获得所述碳系电热浆料。

前述制备方法中采用的混合方式可以是常规的物理混合方法，只需将各个组分混合均匀即可。

在一较佳实施方案之中，所述石墨烯团簇的制备方法包括：取石墨烯或石墨烯与非石墨烯的碳材料以1：0.01～1：1的质量比于水、醇类、酮类或酯类溶剂中混合，并以3000转/分以上的转速搅拌30min以上，之后喷雾干燥、真空加热干燥获得石墨烯团簇，再以粉碎机调节石墨烯团簇的尺寸。

一种装置，包含由前述任一种基于石墨烯团簇的碳系电热浆料形成的电热结构。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

(1)通过在传统导电碳材料中引入石墨烯团簇，其具有优异的导电性(高达10⁶S/m)和具有大的比表面积，尤其是其优异的热导能力(5000W/mK)和热辐射性能(0.98以上)。在浆料中更容易形成导电导热网状链，可以大幅降低浆料印刷成膜后的电阻率，提高导热性能、电热转化效率和远红外辐射强度，降低制造成本；

(2)高导热导电石墨烯团簇的加入降低了其他碳填料含量，降低了浆料的粘度，提高了浆料的流动性与转移的印刷适应性。

附图说明

图1是本发明实施例1中石墨烯团簇的SEM照片。

具体实施方式

下面结合若干实施例及附图对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1

该基于石墨烯团簇的碳系电热浆料的配方(重量百分比)如下：

导电材料：乙炔黑(平均粒径10纳米) 40％

石墨烯团簇(形貌如图1所示，由石墨烯构成，平均尺寸为300μm) 2％

水性连结料：水性环氧树脂(荣中化工C252) 55％

流平剂：华夏助剂HX5600(有机改性聚二甲基硅氧烷溶液) 0.5％

消泡剂：华夏助剂HX5041(矿物油、破泡聚硅氧烷、无机疏水化合物混合物)0.5％

溶剂：酯醇(Texanol) 2％。

按照前述配方将所有组分混合，经充分混合至均匀，得到本实施例的碳系电热浆料。该浆料成膜性优异，所得膜的电阻率为22Ω/cm，热导率为12.1W/(mK)，电热转化效率为98.2％，辐射波长范围为3.5μm～13.6μm。

实施例2

导电碳材料：石墨(平均粒径100微米) 25％

石墨烯团簇(由石墨烯和炭黑1:1构成，平均尺寸为300μm) 5％

油性连结料：丙烯酸树脂 69％；

流平剂：华夏助剂HX5600(有机改性聚二甲基硅氧烷溶液) 0.5％

消泡剂：华夏助剂HX5041(矿物油、破泡聚硅氧烷、无机疏水化合物混合物)0.5％。

按照配方将所有组分混合，经充分混合至均匀得到本实施例的碳系电热浆料。浆料成膜性优异，所得膜的电阻率为18Ω/cm，热导率为10.9W/(mK)，电热转化效率为98.6％，辐射波长范围为4.0μm～12.0μm。

对照例1：该对照例与实施例1基本相同，但以平均尺寸为200μm、厚度为10nm的石墨烯粉体替换石墨烯团簇形成了电热浆料。由该浆料形成膜的电阻率为127Ω/cm，热导率为6.7W/(mK)，电热转化效率为94.5％，辐射波长范围为2.1μm～15.5μm。

本发明的石墨烯团簇的碳系电热浆料与现有的金属类导电浆料相比，具有巨大的成本优势，并且还具有导热性能好，不氧化、电热转化效率高、远红外辐射强度高(辐射波长为2.5um-14um)等优点，而与传统碳基导电碳浆产品相比，在导电导热散热性能方面又具有显著的优势，适于网印、凹印、柔印、胶印和喷墨印刷等方式进行加工，可以应用于多种电热设备，例如可弯曲的电热采暖设备，对节能降耗，健康理疗等方面具有重要意义。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1. 一种基于石墨烯团簇的碳系电热浆料，其特征在于包括：导电导热剂及远红外增强剂10～70重量份、溶剂10～60重量份，助剂0.1～10重量份，树脂连接剂5～60重量份；其中所述导电导热剂包含石墨烯团簇。

2. 根据权利要求1所述的基于石墨烯团簇的碳系电热浆料，其特征在于所述导电导热剂及远红外增强剂包含石墨烯团簇或石墨烯团簇与导电碳核材料的组合，其中石墨烯团簇与导电碳核材料的质量比为1：0.1 ～ 1：100。

3. 根据权利要求2所述的基于石墨烯团簇的碳系电热浆料，其特征在于所述导电碳核材料包括石墨、导电槽黑、乙炔黑、炉法炭黑、碳纤维、碳晶中的任一种或两种以上的组合。

4. 根据权利要求1-3中任一项所述的基于石墨烯团簇的碳系电热浆料，其特征在于所述石墨烯团簇为石墨烯之间或石墨烯与非石墨烯的碳材料之间通过π-π堆垛形成的三维团簇结构，其中，所述石墨烯的径向尺寸为10 nm-1 mm，厚度为0.34nm-1mm，且所述石墨烯至少选自氧化石墨烯、氧化还原石墨烯、膨胀剥离石墨烯、液相解离石墨烯、N-掺杂石墨烯、三维石墨烯中的任一种，所述非石墨烯的碳材料包括碳纳米管、石墨、导电槽黑、乙炔黑、炉法炭黑、碳纤维、碳晶中的任一种或两种以上的组合。

5. 根据权利要求1所述的基于石墨烯团簇的碳系电热浆料，其特征在于所述溶剂包括水、脂肪烃类溶剂、芳香烃类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂、酯类溶剂、醇醚类溶剂、动物油类、矿物油中的任一种或两种以上的组合。

6. 根据权利要求1所述的基于石墨烯团簇的碳系电热浆料，其特征在于所述助剂包括分散剂、稳定剂、保护剂、成膜剂、偶联剂、增塑剂、消泡剂、增稠剂、润湿剂、流平剂、触变剂、交联剂、杀菌剂、光引发剂、热引发剂、紫外吸收剂中的任一种或两种以上的组合。

7. 根据权利要求1所述的基于石墨烯团簇的碳系电热浆料，其特征在于所述树脂连接剂包括环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、有机硅树脂、氟碳树脂、不饱和聚酯树脂、丙烯酸树脂、丙烯酸酯类低聚物和活性单体、醇酸树脂、乙烯基树脂、合成纤维素、聚酰胺树脂、氯醋树脂、聚氨酯树脂、聚偏氟乙烯树脂、热塑性树脂、合成橡胶中的任一种或两种以上的组合。

8. 权利要求1-7中任一项所述基于石墨烯团簇的碳系电热浆料的制备方法，其特征在于包括：取石墨烯或石墨烯与非石墨烯的碳材料制成石墨烯团簇，再将石墨烯团簇或石墨烯团簇与导电碳核材料、溶剂、助剂和树脂连接剂混合，获得所述碳系电热浆料。

9. 如权利要求8所述基于石墨烯团簇的碳系电热浆料的制备方法，其特征在于包括：取石墨烯或石墨烯与非石墨烯的碳材料以1：0.01 ～ 1：1的质量比于水、醇类、酮类或酯类溶剂中混合，并以3000转/分以上的转速搅拌30min以上，之后喷雾干燥、真空加热干燥获得石墨烯团簇，再以粉碎机调节石墨烯团簇的尺寸。

10. 一种装置，其特征在于包含由权利要求1-7中任一项所述基于石墨烯团簇的碳系电热浆料形成的电热结构。