CN112094547B - 一种远红外反射涂料及基于其的具备单面远红外辐射功能的柔性电热膜 - Google Patents

一种远红外反射涂料及基于其的具备单面远红外辐射功能的柔性电热膜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种远红外反射涂料及基于其的具备单面远红外辐射功能的柔性电热膜，是通过筛选获得了适用于石墨烯发热膜的远红外反射涂料，并将其涂布在发热膜的非电极面形成远红外反射涂层，从而使发热膜具有单面远红外辐射功能。本发明的电热膜，向外辐射远红外线遇到外表面层的远红外反射涂层后绝大部分被反射回来，使得热量向外散失大大减小，具有节能、理疗效果增加等优点。

Description

一种远红外反射涂料及基于其的具备单面远红外辐射功能的 柔性电热膜
技术领域
本发明涉及一种柔性发热膜，更具体的说，是涉及一种具备单面远红外辐射功能的柔性电热膜。
背景技术
电加热技术具有清洁、使用便捷等优点，在现代理疗穿戴产品、家居类产品等领域得到广泛应用。通过电加热技术设计的一系列产品已经广泛深入到人们的生活当中，尤其是理疗穿戴类产品。有数据统计，现代高压生活环境下，人民身体绝大部分处于亚健康状态，经常会因劳累而感到身体各处不适，若通过药品、保健品来缓解，费用太高，而且或多或少会存在副作用，因此越来越多的人选择理疗护具来满足需要。其中，基于石墨烯的柔性电热膜，因发热均匀、发热稳定性好、耐水洗、耐折叠而备受关注，如中国专利申请CN2017108241781所公开的发热膜组件已经取得了非常好的市场价值。
但目前市场上，无论是基于石墨烯的柔性发热膜，还是其它电热膜产品，普遍都是双面发热的，产品通电发热时内外两侧远红外辐射无差异性，导致热量散失严重，移动电源工作时长较短，因而无法达到理想的发热理疗效果。
本发明基于上述问题，探索发现了合适的解决路线：设置远红外反射涂层，实现柔性电热膜的单面远红外辐射功能。基于这一路线，本发明对目前市场上大部分的主流远红外反射涂料进行了测试，发现市场上主流远红外反射涂料所能反射远红外线的波长在13μm以上，与石墨烯发热膜产生的6-14μm远红外线波长不同，当石墨烯发热膜通电后向外辐射的远红外线经过此涂层，绝大部分远红外线直接从此涂层穿过，未能起到反射作用。同时，市场主流的远红外反射涂层未能与石墨烯发热膜有很好的贴合作用，经过一个月使用，涂层慢慢从石墨烯膜层上脱落。
因此，一种适用于柔性电热膜，尤其是石墨烯电热膜或石墨烯与银纳米线的复合电热膜的远红外反射涂料亟待研制。
发明内容
为避免上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了一种远红外反射涂料及基于其的具备单面远红外辐射功能的柔性电热膜，旨在通过设置合适的配方体系，获得适用于柔性电热膜，尤其适用于石墨烯柔性电热膜的远红外反射涂料，从而使柔性电热膜具有单面远红外辐射功能，达到节能、提高其发热理疗效果的作用。
本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：
本发明首先公开了一种远红外反射涂料，其各原料按重量份的构成为：ITO(In(Sn)2O3)5～20份，二氧化硅1～10份，氧化铝20～28份，二氧化钛5～20份，丙烯酸树脂30～55份，聚氨酯-聚丙烯酸复合乳液5～10份，溶剂80～300份。
进一步地，所述ITO(In(Sn)2O3)为粒径在20～70nm的粉末，其所含In2O3和SnO2成分的质量比为8～10:1；所述二氧化硅为粒径在15～50nm、比表面积在180-230m2/g的粉末；所述氧化铝为粒径在30～40nm、比表面积在30-60m2/g的α-Al2O3粉末；所述二氧化钛为粒径在10～50nm的粉末；所述丙烯酸树脂为水性丙烯酸树脂，粘度≤3000，pH值7～9之间；所述聚氨酯-聚丙烯酸复合乳液是由水性聚氨酯乳液与水性聚丙烯酸乳液按质量比8～10:2混合而成，固含量在30～35％；所述溶剂为水、丙酮、乙酸乙酯、异丙醇、二甘醇乙醚醋酸酯和N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种以任意比例混合的混合物。
本发明筛选获得的远红外反射涂料中各原料协同作用，使涂料具有优异的红外反射效果。尤其是当述ITO(In(Sn)2O3)中In2O3和SnO2成分的质量比为9:1、氧化铝为α-Al2O3时，所得远红外反射涂料对石墨烯发热膜的红外反射效果最优。
本发明所述远红外反射涂料的制备方法，是将各原料在球磨机中球磨至分散均匀，再通过150目的网布过滤，所得滤液即为远红外反射涂料。
本发明还公开了一种具备单面远红外辐射功能的柔性电热膜，是在发热膜的一面设置有电极层，另一面设置有远红外反射涂层。所述远红外反射涂层是将上述的远红外反射涂料在所述发热膜背离电极层的一面成膜获得。
进一步地，本发明的远红外反射涂料尤其适用于石墨烯发热膜，此处的石墨烯发热膜包括单独采用石墨烯作为功能材料的发热膜，也包括采用石墨烯与其它功能材料混合的发热膜，如中国专利申请CN2017108241781所公开的石墨烯与银纳米线的复合柔性电热膜。
进一步地，本发明所述具有单面远红外辐射功能的柔性电热膜的制备方法为：首先在所述远红外反射浆料中加入溶剂，调节固含量至15～25％，搅拌均匀获得备用涂料；然后将所述备用涂料经涂布机均匀涂布至所述发热膜背离电极层的一面，控制涂布车速在10～50m/min，再经过80～120℃的烘干通道，最后冷却收卷，即在所述发热膜上形成远红外反射涂层。所述远红外反射涂层的厚度优选为10～50μm。
进一步地，本发明具有单面远红外辐射功能的柔性电热膜，其电极层所用材质、电极形状可以根据需要进行设置。此外，根据需要，本发明具有单面远红外辐射功能的柔性电热膜还可以包括设置在电极层和/或远红外反射涂层外侧的防水层、保护层和/或隔热层等功能层，其材质可以所需的任意材质，其制备方法可为目前已有报道的任意方式。在使用时，本发明具有单面远红外辐射功能的柔性电热膜还可以包括电源和温控开关等部件，其布设方式可为任意形式。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明的远红外反射涂料具有优异的红外反射效果，尤其适用于石墨烯发热膜，且其所用原料无需进行复杂处理、制备过程简单，适用于大规模推广。
2、本发明的远红外反射涂料在石墨烯发热膜表面的成膜工艺简单，与发热膜层之间能够很好的贴合，抗弯折、耐水洗。
3、本发明具有远红外反射涂层的石墨烯柔性电热膜应用于电加热领域，与现有常用的电加热膜相比，除发热均匀稳定外，向外辐射远红外线遇到外表面层的远红外反射涂层后绝大部分被反射回来，使得热量向外散失大大减小，而向内辐射的热量则被人体充分吸收，达到了单面远红辐射的功能。本发明的此种电热膜能够在更小的功率下，达到同样的发热理疗效果，有节能、理疗效果增加等优点。
4、本发明的电热膜可在36V以下的人体安全工作电压下使用，温度可在30℃至80℃之间精确可调。
附图说明
图1为本发明实施例中具备单面远红外辐射功能的柔性电热膜的结构示意图，图中标号：1为内保护层，2为电极层，3为发热膜层，4为远红外反射涂层，5为外保护层。
具体实施方式
下述实施例的远红外反射涂料中各原料如下：
ITO(In(Sn)2O3)为黄偏灰色的块状物，通过研磨处理后得到粒径为20nm左右的粉末，为对比其所含In2O3和SnO2成分的质量比对涂料性能的影响，共采用如下几种ITO
(In(Sn)2O3)：
ITO(In(Sn)2O3)(In2O3：SnO2＝9:1)，购买自上海乃欧纳米科技有限公司；
ITO(In(Sn)2O3)(In2O3：SnO2＝19:1)，购买自广州纳诺化学技术有限公司。
二氧化硅为粒径在40nm、比表面积在190m2/g的粉末，购买自杭州智钛净化科技有限公司。
氧化铝为粒径在30nm、比表面积在60m2/g的α-Al2O3粉末，购买自杭州吉康新材料有限公司；为对比不同类型氧化铝对涂料性能的影响，下述实施例还采用了粒径在60nm、比表面积在10m2/g的α-Al2O3粉末，购买自江苏天行新材料有限公司。
二氧化钛为粒径在25nm的粉末。
丙烯酸树脂为水性丙烯酸树脂，粘度≤3000，pH值7～9之间，购买自济南展江印刷材料有限公司。
聚氨酯-聚丙烯酸复合乳液是由水性聚氨酯乳液与水性聚丙烯酸乳液按质量比9:2混合而成，固含量在32％；所用水性聚氨酯乳液购买自海南必凯水性新材料有限公司，牌号：F82；所用水性聚丙烯酸乳液购买自佛山市德中化工科技有限公司，牌号为T-2001。
下述实施例所用石墨烯发热膜为合肥微晶材料科技有限公司的石墨烯银纳米线复合柔性发热膜，其制备方法及配方参见专利CN2017108241781实施例1。
实施例1
本实施例远红外反射涂料的各原料按重量份的构成为：ITO(In(Sn)2O3)(In2O3：SnO2＝9:1)10份，二氧化硅5份、氧化铝25份、二氧化钛15份、丙烯酸树脂40份、聚氨酯-聚丙烯酸复合乳液5份，溶剂200份(由水、丙酮、异丙醇和N,N-二甲基甲酰胺按体积比8:5:5:2构成)。
本实施例远红外反射涂料的制备方法为：将各原料在球磨机中球磨并分散均匀，再通过150目的网布过滤，所得滤液即为远红外反射涂料。
如图1所示，本实施例还提供了一种具备单面远红外辐射功能的柔性电热膜，包括从底层到面层依次设置的内保护层1、电极层2、发热膜层3、远红外反射涂层4和外保护层5；其中：内、外保护层采用PI膜；电极层为叉指电极结构的铜箔；发热膜层为石墨烯发热膜。电极层还通过导线连接有温控开关和电源。
本实施例的远红外反射涂层，是首先在上述的远红外反射浆料中加入溶剂，调节固含量至20％，搅拌均匀获得备用涂料；然后将备用涂料经涂布机均匀涂布至石墨烯发热膜背离电极层的一面，控制涂布车速在30m/min，再经过100℃的烘干通道，最后冷却收卷，即在石墨烯发热膜上形成远红外反射涂层，厚度约为30μm。
实施例2
本实施例与实施例1区别仅在于，远红外反射涂料的各原料按重量份的构成为：
ITO(In(Sn)2O3)(In2O3：SnO2＝9:1)15份，二氧化硅8份、氧化铝20份、二氧化钛5份、丙烯酸树脂55份、聚氨酯-聚丙烯酸复合乳液5份，溶剂200份(由水、丙酮、异丙醇和N,N-二甲基甲酰胺按体积比8:5:5:2构成)。
实施例3
本实施例与实施例1区别仅在于，远红外反射涂料的各原料按重量份的构成为：
ITO(In(Sn)2O3)(In2O3：SnO2＝9:1)15份，二氧化硅5份、氧化铝20份、二氧化钛15份、丙烯酸树脂40份、聚氨酯-聚丙烯酸复合乳液10份，溶剂200份(由水、丙酮、异丙醇和N,N-二甲基甲酰胺按体积比8:5:5:2构成)。
对比例1
本实施例与实施例1区别仅在于：所用ITO(In(Sn)2O3)为ITO(In(Sn)2O3)(In2O3：SnO2＝19:1)
对比例2
本实施例与实施例1区别仅在于：所用氧化铝购买自江苏天行新材料有限公司，粒径60nm、比表面积在10m2/g的α-Al2O3粉末，
对比例3
本实施例与实施例1区别仅在于：所用远红外反射涂料为市售主流远红外反射涂料，其型号为WO3-NQ12A-H2O，购买自上海沪正纳米科技有限公司。
对上述各实施例与对比例所得电热膜的单面远红外反射功能进行测试，方法如下：将电热膜竖立起，在距离电热膜两侧3cm处各放一杯水，水温保持一致20℃，然后在室温环境24℃下，给电热膜接5V/2A电源，分别在通电30min、1h、1.5h、2h后，测试两杯水的温度变化(涂有远红外反射涂层一侧为水杯A，未涂远红外反射涂层一侧为水杯B)。结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002174152650000051
以上所述的具体实施例，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含还在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种远红外反射涂料，其特征在于：所述远红外反射涂料适用于石墨烯发热膜，各原料按重量份的构成为：ITO(In(Sn)2O3)5～20份，二氧化硅1～10份，氧化铝20～28份，二氧化钛5～20份，丙烯酸树脂30～55份，聚氨酯-聚丙烯酸复合乳液5～10份，溶剂80～300份；
所述ITO(In(Sn)2O3)为粒径在20～70nm的粉末，其所含In2O3和SnO2成分的质量比为8～10:1；
所述二氧化硅为粒径在15～50nm、比表面积在180-230m2/g的粉末；
所述氧化铝为粒径在30～40nm、比表面积在30-60m2/g的α-Al2O3粉末；
所述二氧化钛为粒径在10～50nm的粉末；
所述丙烯酸树脂为水性丙烯酸树脂，粘度≤3000，pH值7～9之间；
所述聚氨酯-聚丙烯酸复合乳液是由水性聚氨酯乳液与水性聚丙烯酸乳液按质量比8～10:2混合而成，固含量在30～35％；
所述溶剂为水、丙酮、乙酸乙酯、异丙醇、二甘醇乙醚醋酸酯和N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种以任意比例混合的混合物。
2.一种权利要求1所述远红外反射涂料的制备方法，其特征在于：是将各原料在球磨机中球磨并分散均匀，再通过150目的网布过滤，所得滤液即为远红外反射涂料。
3.一种具备单面远红外辐射功能的柔性电热膜，其特征在于：所述具备单面远红外辐射功能的柔性电热膜是在发热膜的一面设置有电极层，另一面设置有远红外反射涂层；所述远红外反射涂层是将权利要求1中所述的远红外反射涂料在所述发热膜背离电极层的一面成膜获得。
4.根据权利要求3所述的具备单面远红外辐射功能的柔性电热膜，其特征在于：所述发热膜为石墨烯发热膜。
5.根据权利要求3所述的具备单面远红外辐射功能的柔性电热膜，其特征在于：所述具备单面远红外辐射功能的柔性电热膜的制备方法为：首先在所述远红外反射涂料中加入溶剂，调节固含量至15～25％，搅拌均匀获得备用涂料；然后将所述备用涂料经涂布机均匀涂布至所述发热膜背离电极层的一面，控制涂布车速在10～50m/min，再经过80～120℃的烘干通道，最后冷却收卷，即在所述发热膜上形成远红外反射涂层。
6.根据权利要求3所述的具备单面远红外辐射功能的柔性电热膜，其特征在于：所述远红外反射涂层的厚度在10～50μm。
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