CN105605654B

CN105605654B - 一种速热型纳米地热地板

Info

Publication number: CN105605654B
Application number: CN201610075470.3A
Authority: CN
Inventors: 刘勇; 朱建明; 李晓健; 孙晨; 杨东旭; 傅文生
Original assignee: Huzhou Xunxi Nanometer Technology Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Zhong Jian Aluminum Industry Co ltd
Priority date: 2016-02-03
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2018-12-04
Anticipated expiration: 2036-02-03
Also published as: CN105605654A

Abstract

本发明属于地板结构技术领域，尤其是涉及一种地热地板。本发明速热型纳米地热地板包括基材层，其所述基材层上方设置有多层速热涂敷层；所述速热涂敷层材料包括石墨烯纳米材料和油漆，石墨烯纳米材料和油漆的质量比1:10000‑1:1200。采用本发明特定结构和材料制成的地热地板，具有升温速率高、减少热量堆积和降低能源消耗的优势。

Description

一种速热型纳米地热地板

技术领域

本发明属于地板结构技术领域，尤其是涉及一种地热地板。

背景技术

地暖全称为地板辐射采暖，是通过在地面以下铺设的加热源加热地板放射出的热量，对人体皮肤产生刺激，使人感到温暖的采暖方式。与传统的对流供暖方式相比，地暖可以提高室内的空气质量，减少室内空气对流进而减少扬尘，浮游菌减少，有利于营造健康的室内环境；更有利于人体健康舒适。与传统供暖方式不同，地暖使室内温度自下而上逐渐降低，地板表面的温度高于人的呼吸系统温度，给人一种脚暖头凉的舒适感；而且由于热源（如取暖管、碳纤维电热丝）铺设在地板下，有效的节省了放置取暖片的空间，方便室内家具以及装饰的摆放。

传统的地暖用的地板种类繁多，但受到现有地板的结构及材料的限制，这些地板达到预期设定温度的时间漫长（往往需要3个小时以上），严重影响了地暖的室内效果，并且容易形成热量堆积而形成安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种速热型纳米地热地板，与现有地热地板相比，本发明具有升温速率高、减少热量堆积和降低能源消耗的优势。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种速热型纳米地热地板，包括基材层，其所述基材层上方设置有多层速热涂敷层；所述速热涂敷层材料包括石墨烯纳米材料和油漆，石墨烯纳米材料和油漆的质量比1:10000-1:1200。

石墨烯是一种层状结构的物质，厚度约为1纳米以下，相当于一根头发厚度的20万分之一，由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的。石墨烯具有完美的晶体结构和优异导热性能（导热系数可达5300 W/m•K）等物理性质。用功能化石墨烯纳米材料对普通地热地板进行加工处理之后，可以有效的提高地板表面的升温速率（提高30%-75%的升温速率），节省达到设定温度的时间（不到1小时），导热效能高达13℃/h，而且由于石墨烯良好的热扩散性可以使温度分布均匀无热量堆积，消除安全隐患。

采用本发明特定结构和材料制成的地热地板，具有升温速率高、减少热量堆积和降低能源消耗的优势。

作为优选，所述速热涂敷层涂敷方法具体为：

步骤（1）石墨烯纳米材料制备：将石墨粉和葡萄糖固体以质量比1：10-15在球磨罐腔体中混合，研磨15-18h得到粉体；然后用水或有机溶剂转移出所述粉体，离心得到分散液，透析直至呈中性，得到厚度小于1nm的片层石墨烯纳米材料；

步骤（2）石墨烯纳米材料分散液制备：将所得石墨烯纳米材料在水或有机溶剂中制备成均匀半透明的石墨烯纳米材料分散液，浓度为0.008-0.08mg/mL；

步骤（3）速热涂敷层材料制备：将所得石墨烯纳米材料分散液与油漆混合均匀，石墨烯纳米材料和油漆的质量比1:10000-1:1200；

步骤（4）涂敷；

步骤（5）干燥。

采用本发明特定步骤方法制备石墨烯纳米材料时，采用常温固相球磨法，随着反应的进行，石墨片层间距撑开，石墨片层键能减小。在球磨应力作用下，顺利剥离出石墨烯纳米片，然后离心时去除杂质和未反应完全的石墨粉及聚合物，得到厚度小于1nm的片层石墨烯纳米材料。

作为优选，所述步骤（1）制备的石墨烯纯度高（99.99%）；所述固相研磨采用行星式运转方式，球磨速度为200-350r/min。

作为优选，所述速热涂敷层中还包括光触媒抗菌材料；

所述光触媒抗菌材料为纳米级TiO₂光触媒材料与纳米银按质量比10-20：2-4混合组成的混合物。

纳米级TiO₂光触媒材料，在太阳光或可见光的照射下产生类似光合作用的催化反应，将空气中的氧气和水分子激发，形成氧化能力极强的氢氧自由基和活性氧。这些氧化能力极强的自由基可捕杀空气中的浮游细菌，并去除香烟臭、垃圾臭、污泥臭，并把有机污染物不断降解成无污染的水和二氧化碳等，从而达到净化环境和空气的目的。为提高TiO₂光触媒的光催化活性，采用纳米银作为活性催化剂。无机纳米银中的银是贵金属，通过表面沉积法可提高纳米级TiO₂光触媒材料的光催化活性，提高其抗菌的效果。纳米银本身具有抗菌作用，同时银离子具有提高纳米级TiO₂光触媒材料的光催化作用，使TiO₂光触媒材料能在波长较长的可见光下就能产生较强的活性，提高光能的利用率。并且，发明人发现，在速热涂敷层中包括光触媒抗菌材料可以进一步提高地热地板的速热性能，这可能是纳米级TiO₂光触媒材料与纳米银和石墨烯具有协同增效作用。

作为优选，所述基材层为实木层。

作为优选，所述基材层为实木多层板结构；所述基材层采用中板制备而成，具体是将中板布胶-冷压-修芯-组合-热压-裁边-砂光，所述布胶时采用生物质大豆胶；所述生物质大豆胶包括按质量比1：1.5-2.5的豆粉与助剂混合而成的混合物；

所述助剂包括水、碱、聚乙烯醇、六甲基-环氧氯丁烷、高岭土和异氰酸酯；

所述生物质大豆胶制备方法包括将所述豆粉与助剂在转速为300-2000r/min的条件下搅拌5-20min，搅拌均匀，粘度控制在30000-100000cps。

通过本发明特定的基材层，有助于发挥复合地板的整体抗菌性能。通过采用生物质大豆胶作为专用胶黏剂，确保地板素板的高环保性、强度和抗菌性。生物质大豆胶由助剂和豆粉经充分搅拌均匀，助剂的主要成分为水、碱、聚乙烯醇、六甲基-环氧氯丁烷、高岭土、异氰酸酯等，豆粉为大豆油脂加工副产品经脱脂、研磨等处理而成。

作为优选，所述基材层下方包括平衡层；所述平衡层为厚度0.3-1.2mm 的单板，所述平衡层为旋切材。

作为优选，所述平衡层的上表面和下表面均设有导热槽和导热孔；所述导热孔贯穿平衡层，其两端开口分别位于平衡层上下表面的导热槽内。

地板下的热量需透过地板才能传导至室内空气中，本发明在地板平衡层设置了导热槽和导热孔，基材下层的热能通过导热槽流动并通过导热孔传递到基材层下表面。这大大加快了热能传递速率，降低了达到室内温度所需设定的加热温度，节省了能源，同时不会造成地板因过度脱水导致的开裂等问题。

作为优选，所述导热槽的直径为1-3cm；所述导热孔的直径为0.4-1cm。

设定合适比例的导热槽和导热孔，可以降低热量损失，提高升温速率、减少热量堆积和降低能源消耗。

作为优选，所述平衡层相邻两个导热孔之间部分设有导热腔；所述导热腔内设有金属支撑件和半导体制热片。金属支撑件能够增强地板抗压能力，确保导热腔不变形。

作为优选，所述半导体制热片包括用于吸热的冷端、用于散热的热端、设置在所述冷端和热端之间的N型半导体和P型半导体、连接所述N型半导体和所述P型半导体的金属导体、电源；所述金属导体设置用于电连接所述电源的正负电极；所述N型半导体设置石墨烯层，或者所述P型半导体设置石墨烯层，或者所述N型半导体和所述P型半导体均设置石墨烯层。

半导体内的石墨烯具有极高的导热率极高的电子迁移率和导电率，能够促使所述P型半导体和所述N型半导体以更小的能耗更快地形成稳定的P极或者N极；同时，石墨烯极高的导热性能可以提高所述半导体制冷制热片内的热量转移速度和能力。使得所述半导体制冷制热片的所述冷端持续产生冷量，所述半导体制冷制热片的热端持续产生热量，提高所述半导体制冷制热片热冷端的温度差。即使所述热端并未设置散热装置所述半导体制冷制热片也能保护其不会烧毁，保证其正常工作。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明地热地板设有导热槽、导热孔和导热腔，能够有效提升热能传导效率，同时还具有隔音降噪的效果。导热腔中设有金属支撑件，能够提升地板抗压能力。

2、本发明地热地板导热纳米涂料层为石墨烯导热纳米涂料层，可以有效的提高地板表面的升温速率，节省达到设定温度的时间，而且由于石墨烯良好的热扩散性可以使温度分布均匀无热量堆积，消除安全隐患。

3、纳米级TiO₂光触媒材料，在太阳光或可见光的照射下产生类似光合作用的催化反应，将空气中的氧气和水分子激发，形成氧化能力极强的氢氧自由基和活性氧。这些氧化能力极强的自由基可捕杀空气中的浮游细菌，并去除香烟臭、垃圾臭、污泥臭，并把有机污染物不断降解成无污染的水和二氧化碳等，从而达到净化环境和空气的目的。为提高TiO₂光触媒的光催化活性，采用纳米银作为活性催化剂。无机纳米银中的银是贵金属，通过表面沉积法可提高纳米级TiO₂光触媒材料的光催化活性，提高其抗菌的效果。纳米银本身具有抗菌作用，同时银离子具有提高纳米级TiO₂光触媒材料的光催化作用，使TiO₂光触媒材料能在波长较长的可见光下就能产生较强的活性，提高光能的利用率。并且，发明人发现，在速热涂敷层中包括光触媒抗菌材料可以进一步提高地热地板的速热性能，这可能是纳米级TiO₂光触媒材料与纳米银和石墨烯具有协同增效作用。

附图说明

图1是本发明速热型纳米地热地板示意图；

图2是本发明半导体制热片示意图；

图3是普通地热地板与本发明高校速热型纳米地热地板传热效果对比图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，速热型纳米地热地板包括基材层1，基材层1上方设置有多层速热涂敷层2；速热涂敷层材料包括石墨烯纳米材料和油漆，石墨烯纳米材料和油漆的质量比1:10000。基材层1为实木层。

速热涂敷层涂敷方法具体为：

（1）石墨烯纳米材料制备：将石墨粉和葡萄糖固体以一定比例（质量比1：10）在球磨罐腔体中混合，以一定的速度（200r/min）固相研磨18h，固相研磨采用行星式运转方式，球磨速度为200r/min，得到粉体；然后用溶剂（水或有机溶剂）转移出所述粉体，离心去除杂质（未反应完全的石墨粉和聚合物）得到分散液，透析直至呈中性，得到厚度小于1nm的片层石墨烯纳米材料；

（2）石墨烯纳米材料分散液制备：将所得石墨烯纳米材料在水或有机溶剂中制备成均匀半透明的石墨烯纳米材料分散液，浓度为0.008mg/mL；

（3）速热涂敷层材料制备：将所得石墨烯纳米材料分散液与油漆混合均匀；

（4）涂敷；

(5) 干燥。

普通油漆地板和速热型纳米地热地板采用相同的基材和油漆原料，42℃热源的同等条件下，室温开始传热，若设定目标温度为32.3℃（地暖较舒适的温度），可以看到本发明地热地板提供的速热型纳米地热地板与普通地热地板相比，达到设定的传热时间缩短了44%，证实了本发明提供的速热型纳米地热地板有极高的传热速率和极佳的导热效能（国家权威检测机构检测高达13℃/h），具体见图3。

实施例二

速热型纳米地热地板包括基材层1，基材层1上方设置有多层速热涂敷层2；速热涂敷层材料包括石墨烯纳米材料和油漆，石墨烯纳米材料和油漆的质量比1:5000。基材层1为实木层。

速热涂敷层涂敷方法具体为：

（1）石墨烯纳米材料制备：将石墨粉和葡萄糖固体以一定比例（质量比1：15）在球磨罐腔体中混合，以一定的速度（350r/min）固相研磨15h，固相研磨采用行星式运转方式，球磨速度为350r/min，得到粉体；然后用溶剂（水或有机溶剂）转移出所述粉体，离心去除杂质（未反应完全的石墨粉和聚合物）得到分散液，透析直至呈中性，得到厚度小于1nm的片层石墨烯纳米材料；

（2）石墨烯纳米材料分散液制备：将所得石墨烯纳米材料在水或有机溶剂中制备成均匀半透明的石墨烯纳米材料分散液，浓度为0.08mg/mL；

（4）涂敷；

(5) 干燥。

实施例三

速热型纳米地热地板包括基材层1，基材层1上方设置有多层速热涂敷层2；速热涂敷层材料包括石墨烯纳米材料和油漆，石墨烯纳米材料和油漆的质量比 1:1200。基材层1为实木层。

速热涂敷层涂敷方法具体为：

（1）石墨烯纳米材料制备：将石墨粉和葡萄糖固体以一定比例（质量比1：12）在球磨罐腔体中混合，以一定的速度（250r/min）固相研磨16h，固相研磨采用行星式运转方式，球磨速度为250r/min，得到粉体；然后用溶剂（水或有机溶剂）转移出所述粉体，离心去除杂质（未反应完全的石墨粉和聚合物）得到分散液，透析直至呈中性，得到厚度小于1nm的片层石墨烯纳米材料；

（2）石墨烯纳米材料分散液制备：将所得石墨烯纳米材料在水或有机溶剂中制备成均匀半透明的石墨烯纳米材料分散液，浓度为0.02mg/mL；

（4）涂敷；

(5) 干燥。

实施例四

同实施例一，不同的是速热涂敷层2中还包括光触媒抗菌材料；光触媒抗菌材料为纳米级TiO₂光触媒材料与纳米银按质量比10： 4混合组成的混合物。

基材层1为实木多层板结构；基材层1采用中板制备而成，具体是将中板布胶-冷压-修芯-组合-热压-裁边-砂光，布胶时采用生物质大豆胶；生物质大豆胶包括按质量比1：1.5的豆粉与助剂混合而成的混合物；助剂包括水、碱、聚乙烯醇、六甲基-环氧氯丁烷、高岭土和异氰酸酯；生物质大豆胶制备方法包括将豆粉与助剂在转速为300r/min的条件下搅拌5-20min，搅拌均匀，粘度控制在30000cps。基材层1下方包括平衡层3；平衡层3为厚度0.3mm的单板，平衡层为旋切材。

实施例五

同实施例二，不同的是速热涂敷层2中还包括光触媒抗菌材料；光触媒抗菌材料为纳米级TiO₂光触媒材料与纳米银按质量比20：2混合组成的混合物。

基材层1为实木多层板结构；基材层1采用中板制备而成，具体是将中板布胶-冷压-修芯-组合-热压-裁边-砂光，布胶时采用生物质大豆胶；生物质大豆胶包括按质量比1：2.5的豆粉与助剂混合而成的混合物；助剂包括水、碱、聚乙烯醇、六甲基-环氧氯丁烷、高岭土和异氰酸酯；生物质大豆胶制备方法包括将豆粉与助剂在转速为2000r/min的条件下搅拌20min，搅拌均匀，粘度控制在100000cps。基材层1下方包括平衡层3；平衡层3为厚度1.2mm 的单板，平衡层为旋切材。

实施例六

同实施例三，不同的是速热涂敷层2中还包括光触媒抗菌材料；光触媒抗菌材料为纳米级TiO₂光触媒材料与纳米银按质量比15：3混合组成的混合物。

基材层1为实木多层板结构；基材层1采用中板制备而成，具体是将中板布胶-冷压-修芯-组合-热压-裁边-砂光，布胶时采用生物质大豆胶；生物质大豆胶包括按质量比1：2的豆粉与助剂混合而成的混合物；助剂包括水、碱、聚乙烯醇、六甲基-环氧氯丁烷、高岭土和异氰酸酯；生物质大豆胶制备方法包括将豆粉与助剂在转速为1000r/min的条件下搅拌10min，搅拌均匀，粘度控制在70000cps。基材层1下方包括平衡层3；平衡层3为厚度0.9mm的单板，平衡层为旋切材。

实施例七

如图2所示，平衡层3的上表面和下表面均设有导热槽31和导热孔32；导热孔32贯穿平衡层3，其两端开口分别位于平衡层3上下表面的导热槽31内。平衡层3相邻两个导热孔32之间部分设有导热腔33；导热腔33内设有金属支撑件34和半导体制热片35。

半导体制热片35包括用于吸热的冷端51、用于散热的热端52、设置在冷端51和热端52之间的N型半导体53和P型半导体54、连接N型半导体53和P型半导体54的金属导体55、电源56；金属导体55设置用于电连接电源56的正负电极；N型半导体53设置石墨烯层57，或者P型半导体54设置石墨烯层57，或者N型半导体53和P型半导体54均设置石墨烯层57。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种速热型纳米地热地板，包括基材层（1），其特征在于：所述基材层（1）上方设置有多层速热涂敷层（2）；所述速热涂敷层材料包括石墨烯纳米材料和油漆，石墨烯纳米材料和油漆的质量比1:10000-1:1200；

所述速热涂敷层涂敷方法具体为：

步骤（1）石墨烯纳米材料制备：将石墨粉和葡萄糖固体以质量比1：10-15在球磨罐腔体中混合，固相研磨15-18h得到粉体；然后用水或有机溶剂转移出所述粉体，离心得到分散液，透析直至呈中性，得到厚度小于1nm的片层石墨烯纳米材料；

步骤（4）涂敷；

步骤（5）干燥；

所述步骤（1）制备的石墨烯纯度为99.99%以上，采用常温固相球磨法；所述固相研磨采用行星式运转方式，球磨速度为200-350r/min；

所述基材层（1）下方包括平衡层（3）；所述平衡层（3）为厚度0.3-1.2mm 的单板，所述平衡层为旋切材；

所述平衡层（3）的上表面和下表面均设有导热槽（31）和导热孔（32）；所述导热孔（32）贯穿平衡层（3），其两端开口分别位于平衡层（3）上下表面的导热槽（31）内；

所述导热槽的直径为1-3cm；所述导热孔的直径为0.4-1cm；

所述平衡层（3）相邻两个导热孔（32）之间部分设有导热腔（33）；所述导热腔（33）内设有金属支撑件（34）和半导体制热片（35）。

2.根据权利要求1所述的一种速热型纳米地热地板，其特征在于：所述速热涂敷层（2）中还包括光触媒抗菌材料；

3.根据权利要求2所述的一种速热型纳米地热地板，其特征在于：所述基材层（1）为实木层。

4.根据权利要求2所述的一种速热型纳米地热地板，其特征在于：所述基材层（1）为实木多层板结构；所述基材层（1）采用中板制备而成，具体是将中板布胶-冷压-修芯-组合-热压-裁边-砂光，所述布胶时采用生物质大豆胶；所述生物质大豆胶包括按质量比1：1.5-2.5的豆粉与助剂混合而成的混合物；

5.根据权利要求4所述的一种速热型纳米地热地板，其特征在于：所述半导体制热片（35）包括用于吸热的冷端（51）、用于散热的热端（52）、设置在所述冷端（51）和热端（52）之间的N型半导体（53）和P型半导体（54）、连接所述N型半导体（53）和所述P型半导体（54）的金属导体（55）、电源（56）；所述金属导体（55）设置用于电连接所述电源（56）的正负电极；所述N型半导体（53）设置石墨烯层（57），或者所述P型半导体（54）设置石墨烯层（57），或者所述N型半导体（53）和所述P型半导体（54）均设置石墨烯层（57）。