CN105669158A - 一种石墨烯远红外发热涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯远红外发热涂层及其制备方法，以氧化石墨烯、纳米氧化钴、沥青、堇青石、纳米银-二氧化硅核壳结构、黑曜石、赤铁矿、莫来石、电气石、赤泥、硅溶胶、桉叶油、氧化铝溶胶、硅丙乳液和消泡剂为原料，经过等离子喷涂工艺，制备一种环保、健康、远红外发热能力强的石墨烯远红外发热涂层。
Description
技术领域
本发明属于远红外发热涂层领域，特别涉及一种石墨烯远红外发热涂层及其制备方法。
背景技术
远红外线有较强的渗透力和辐射力，具有显著的温控效应和共振效应，它易被物体吸收并转化为物体的内能。远红外线被人体吸收后，可使体内水分子产生共振，使水分子活化，增强其分子间的结合力，从而活化蛋白质等生物大分子，使生物体细胞处于最高振动能级。由于生物细胞产生共振效应，可将远红外热能传递到人体皮下较深的部分，以下深层温度上升，产生的温热由内向外散发。这种作用强度，使毛细血管扩张，促进血液循环，强化各组织之间的新陈代谢，增加组织的再生能力，提高机体的免疫能力，调节精神的异常兴奋状态，从而起到医疗保健的作用。现在也有颇多远红外线发热材料，如远红外自发热护腰，远红外自发热护腰，又称托玛琳自发热护腰，在人体温度的激发下，通过转移触媒的作用，热感应材料及时反应放出热量，在热能的增幅下，远红外负离子渗透到皮肤深处，分解过氧化脂质等有害物质，并通过尿液和汗水排除体外，扩张血管，促进血液循环，活化细胞，调节神经。远红外辐射材料对其它能量的有效转换和被加热物质的分子振动所吸收，而达到加热、干燥等目的，它具有节能、加热升温快，无污染，热效率高等特点，可广泛应用于纺织、印染、机电、印刷、玻璃退火、食品加工和医疗保健、民用炊具、取暖设备等方面。
石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。氧化石墨烯(grapheneoxide)是石墨烯的氧化物，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。其具有较强的导电性和导热性。石墨烯已经广泛的应用于很多领域，不过关于石墨烯基的远红外发热涂层的研究还是颇少。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，研制出一种环保、健康、远红外发热能力强的石墨烯远红外发热涂层及其制备方法。
一种石墨烯远红外发热涂层，该涂层包括如下重量份的原料：
氧化石墨烯20-36份；
纳米氧化钴20-36份；
沥青10-14份；
堇青石10-14份；
纳米银-二氧化硅核壳结构1-6份；
黑曜石1-6份；
赤铁矿1-6份；
莫来石1-6份；
电气石1-6份；
赤泥1-6份；
硅溶胶1-6份；
桉叶油1-6份；
氧化铝溶胶1-6份；
硅丙乳液1-6份；
消泡剂1-6份；
所述氧化石墨烯由如下制备方法而得：
取2重量份鳞片状石墨和1重量份硝酸钾加到86重量份浓硫酸中，将得到的混合物放置在容器中且在冰水浴中冷却，同时保持剧烈的搅拌，继续缓慢添加5重量份的高锰酸钾，得到褐色的悬浮液；随后再加入5重量份的2wt％的双氧水溶液，得到亮黄色的悬浮液；然后用去离子水和乙醇分别洗涤悬浮液，随后将氧化石墨烯分散至龙葵的提取液中，在86℃下搅拌混合2.5h，获得龙葵提取液修饰的氧化石墨烯。
作为优选，该涂层包括如下重量份的原料：
氧化石墨烯26份；
纳米氧化钴26份；
沥青12份；
堇青石12份；
纳米银-二氧化硅核壳结构3份；
黑曜石3份；
赤铁矿3份；
莫来石3份；
电气石3份；
赤泥3份；
硅溶胶3份；
桉叶油3份；
氧化铝溶胶3份；
硅丙乳液3份；
消泡剂3份。
作为优选，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷。
一种制备上述石墨烯远红外发热涂层的方法，包括如下步骤：
（1）按照石墨烯远红外发热涂层原料组成进行配料；将原料混合湿式球磨12小时，溶剂为蒸馏水，磨球为氧化铝磨球，球磨后在55℃下烘干，得备用料；
（2）将基底根据需求预处理；随后将备用料等离子喷涂至预处理后的基底上，即可获得石墨烯远红外发热涂层，涂层的厚度为1-20mm。
本发明的有益效果：
（1）本发明采用氧化石墨烯、纳米氧化钴、沥青、堇青石、纳米银-二氧化硅核壳结构、黑曜石、赤铁矿、莫来石、电气石、赤泥、硅溶胶、桉叶油、氧化铝溶胶、硅丙乳液和消泡剂为原料，其中的主要成分是氧化石墨烯和纳米氧化钴，氧化石墨烯为龙葵提取液修饰的氧化石墨烯，该石墨烯除了具有远红外发热的功能之外，还具有健康环保的功效，对于人类身体有益；而氧化石墨烯和纳米氧化钴的复合使用，二者协同增强远红外发热功效；
（2）为了进一步优化远红外发热的性能，选择了沥青、堇青石、纳米银-二氧化硅核壳结构、黑曜石、赤铁矿、莫来石、电气石、赤泥、硅溶胶、桉叶油、氧化铝溶胶、硅丙乳液和消泡剂为辅助成分，这些辅料与氧化石墨烯和纳米氧化钴一道，协同增强涂层的远红外发热性能。同时，纳米银-二氧化硅核壳结构等组分还具有杀菌消毒的效果；本发明所制备的涂层红外的发射率超过了99.0%。
（4）该石墨烯远红外发热涂层制备工艺简单，易于工业化，原料来源广泛，非常适合应用于生产。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，并参照数据进一步详细描述本发明。应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1：
一种石墨烯远红外发热涂层，该涂层包括如下重量份的原料：
氧化石墨烯26份；
纳米氧化钴26份；
沥青12份；
堇青石12份；
纳米银-二氧化硅核壳结构3份；
黑曜石3份；
赤铁矿3份；
莫来石3份；
电气石3份；
赤泥3份；
硅溶胶3份；
桉叶油3份；
氧化铝溶胶3份；
硅丙乳液3份；
消泡剂3份；
所述氧化石墨烯由如下制备方法而得：
取2重量份鳞片状石墨和1重量份硝酸钾加到86重量份浓硫酸中，将得到的混合物放置在容器中且在冰水浴中冷却，同时保持剧烈的搅拌，继续缓慢添加5重量份的高锰酸钾，得到褐色的悬浮液；随后再加入5重量份的2wt％的双氧水溶液，得到亮黄色的悬浮液；然后用去离子水和乙醇分别洗涤悬浮液，随后将氧化石墨烯分散至龙葵的提取液中，在86℃下搅拌混合2.5h，获得龙葵提取液修饰的氧化石墨烯。
所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷。
一种制备上述石墨烯远红外发热涂层的方法，包括如下步骤：
（1）按照石墨烯远红外发热涂层原料组成进行配料；将原料混合湿式球磨12小时，溶剂为蒸馏水，磨球为氧化铝磨球，球磨后在55℃下烘干，得备用料；
（2）将基底根据需求预处理；随后将备用料等离子喷涂至预处理后的基底上，即可获得石墨烯远红外发热涂层，涂层的厚度为10mm。该涂层的远红外发射率为99.3%。
实施例2：
一种石墨烯远红外发热涂层，该涂层包括如下重量份的原料：
氧化石墨烯20份；
纳米氧化钴20份；
沥青14份；
堇青石14份；
纳米银-二氧化硅核壳结构1份；
黑曜石1份；
赤铁矿1份；
莫来石1份；
电气石1份；
赤泥1份；
硅溶胶1份；
桉叶油1份；
氧化铝溶胶1份；
硅丙乳液1份；
消泡剂1份；
所述氧化石墨烯由如下制备方法而得：
取2重量份鳞片状石墨和1重量份硝酸钾加到86重量份浓硫酸中，将得到的混合物放置在容器中且在冰水浴中冷却，同时保持剧烈的搅拌，继续缓慢添加5重量份的高锰酸钾，得到褐色的悬浮液；随后再加入5重量份的2wt％的双氧水溶液，得到亮黄色的悬浮液；然后用去离子水和乙醇分别洗涤悬浮液，随后将氧化石墨烯分散至龙葵的提取液中，在86℃下搅拌混合2.5h，获得龙葵提取液修饰的氧化石墨烯。
所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷。
一种制备上述石墨烯远红外发热涂层的方法，包括如下步骤：
（1）按照石墨烯远红外发热涂层原料组成进行配料；将原料混合湿式球磨12小时，溶剂为蒸馏水，磨球为氧化铝磨球，球磨后在55℃下烘干，得备用料；
（2）将基底根据需求预处理；随后将备用料等离子喷涂至预处理后的基底上，即可获得石墨烯远红外发热涂层，涂层的厚度为15mm。该涂层的远红外发射率为99.2%。
实施例3：
一种石墨烯远红外发热涂层，该涂层包括如下重量份的原料：
氧化石墨烯20份；
纳米氧化钴20份；
沥青14份；
堇青石14份；
纳米银-二氧化硅核壳结构2份；
黑曜石2份；
赤铁矿2份；
莫来石2份；
电气石2份；
赤泥2份；
硅溶胶2份；
桉叶油2份；
氧化铝溶胶2份；
硅丙乳液2份；
消泡剂2份；
所述氧化石墨烯由如下制备方法而得：
取2重量份鳞片状石墨和1重量份硝酸钾加到86重量份浓硫酸中，将得到的混合物放置在容器中且在冰水浴中冷却，同时保持剧烈的搅拌，继续缓慢添加5重量份的高锰酸钾，得到褐色的悬浮液；随后再加入5重量份的2wt％的双氧水溶液，得到亮黄色的悬浮液；然后用去离子水和乙醇分别洗涤悬浮液，随后将氧化石墨烯分散至龙葵的提取液中，在86℃下搅拌混合2.5h，获得龙葵提取液修饰的氧化石墨烯。
所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷。
一种制备上述石墨烯远红外发热涂层的方法，包括如下步骤：
（1）按照石墨烯远红外发热涂层原料组成进行配料；将原料混合湿式球磨12小时，溶剂为蒸馏水，磨球为氧化铝磨球，球磨后在55℃下烘干，得备用料；
（2）将基底根据需求预处理；随后将备用料等离子喷涂至预处理后的基底上，即可获得石墨烯远红外发热涂层，涂层的厚度为12mm。该涂层的远红外发射率为99.0%。
实施例4：
一种石墨烯远红外发热涂层，该涂层包括如下重量份的原料：
氧化石墨烯36份；
纳米氧化钴36份；
沥青10份；
堇青石10份；
纳米银-二氧化硅核壳结构3份；
黑曜石2份；
赤铁矿2份；
莫来石3份；
电气石2份；
赤泥2份；
硅溶胶2份；
桉叶油2份；
氧化铝溶胶3份；
硅丙乳液2份；
消泡剂3份；
所述氧化石墨烯由如下制备方法而得：
取2重量份鳞片状石墨和1重量份硝酸钾加到86重量份浓硫酸中，将得到的混合物放置在容器中且在冰水浴中冷却，同时保持剧烈的搅拌，继续缓慢添加5重量份的高锰酸钾，得到褐色的悬浮液；随后再加入5重量份的2wt％的双氧水溶液，得到亮黄色的悬浮液；然后用去离子水和乙醇分别洗涤悬浮液，随后将氧化石墨烯分散至龙葵的提取液中，在86℃下搅拌混合2.5h，获得龙葵提取液修饰的氧化石墨烯。
所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷。
一种制备上述石墨烯远红外发热涂层的方法，包括如下步骤：
（1）按照石墨烯远红外发热涂层原料组成进行配料；将原料混合湿式球磨12小时，溶剂为蒸馏水，磨球为氧化铝磨球，球磨后在55℃下烘干，得备用料；
（2）将基底根据需求预处理；随后将备用料等离子喷涂至预处理后的基底上，即可获得石墨烯远红外发热涂层，涂层的厚度为16mm。该涂层的远红外发射率为99.1%。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种石墨烯远红外发热涂层，其特征在于：该涂层包括如下重量份的原料：
氧化石墨烯20-36份；
纳米氧化钴20-36份；
沥青10-14份；
堇青石10-14份；
纳米银-二氧化硅核壳结构1-6份；
黑曜石1-6份；
赤铁矿1-6份；
莫来石1-6份；
电气石1-6份；
赤泥1-6份；
硅溶胶1-6份；
桉叶油1-6份；
氧化铝溶胶1-6份；
硅丙乳液1-6份；
消泡剂1-6份；
所述氧化石墨烯由如下制备方法而得：
取2重量份鳞片状石墨和1重量份硝酸钾加到86重量份浓硫酸中，将得到的混合物放置在容器中且在冰水浴中冷却，同时保持剧烈的搅拌，继续缓慢添加5重量份的高锰酸钾，得到褐色的悬浮液；随后再加入5重量份的2wt％的双氧水溶液，得到亮黄色的悬浮液；然后用去离子水和乙醇分别洗涤悬浮液，随后将氧化石墨烯分散至龙葵的提取液中，在86℃下搅拌混合2.5h，获得龙葵提取液修饰的氧化石墨烯。
2.一种如权利要求2所述的石墨烯远红外发热涂层，其特征在于：
该涂层包括如下重量份的原料：
氧化石墨烯26份；
纳米氧化钴26份；
沥青12份；
堇青石12份；
纳米银-二氧化硅核壳结构3份；
黑曜石3份；
赤铁矿3份；
莫来石3份；
电气石3份；
赤泥3份；
硅溶胶3份；
桉叶油3份；
氧化铝溶胶3份；
硅丙乳液3份；
消泡剂3份。
3.一种如权利要求1或2所述的石墨烯远红外发热涂层，其特征在于：所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷。
4.一种制备如权利要求1所述的石墨烯远红外发热涂层的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）按照石墨烯远红外发热涂层原料组成进行配料；将原料混合湿式球磨12小时，溶剂为蒸馏水，磨球为氧化铝磨球，球磨后在55℃下烘干，得备用料；
（2）将基底根据需求预处理；随后将备用料等离子喷涂至预处理后的基底上，即可获得石墨烯远红外发热涂层，涂层的厚度为1-20mm。
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