CN113652119A - 一种石墨烯导电发热油墨及其应用以及石墨烯抗菌发热纤维芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医疗器械技术领域。本发明提供了一种导电发热油墨，包含石墨烯、分散剂、水性树脂、助剂和水。本发明将导电发热油墨应用在石墨烯抗菌发热纤维芯片中，石墨烯抗菌发热纤维芯片包含由下至上依次层叠的抗菌层、绝缘层、石墨烯发热层、电极层和覆盖层；最下层为抗菌层，将抗菌剂浸渍在涤纶或尼龙中，达到有效杀菌清洁的作用；在抗菌层上涂覆有绝缘层；石墨烯发热层和电极层作为重要结构，在通电后可以激发石墨烯释放远红外线起到理疗保健效用；覆盖层作为芯片的最上层，提供支撑保护芯片完整。本发明通过层层叠加的方式，将导电发热油墨应用在纤维芯片中和其他结构相结合，为轻型理疗带来新的方向。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种石墨烯导电发热油墨及其应用以及石墨烯抗菌发热纤维芯片及其制备方法。
背景技术
随着人们健康意识的提升，“全民健康”、“全方位全周期健康服务”成为健康发展新要求，医疗服务均等化、普惠化、便捷化成为目前健康医疗发展的新趋势，新型便捷可穿戴式医疗器械成为医疗行业新缺口，更是成为便民健康保健理疗新需求。石墨烯材料在通电时能够释放6-15微米的远红外线，与人体发出的远红外射线波长相近，对人体健康有显著的好处；而随着人们健康卫生意识在逐步加强，抗菌抑菌材料在医疗器械、家居家纺、日常家电中成为首选材料，产品的抗菌抑菌性能成为重要指标。所以石墨烯和抑菌材料的结合成为亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种石墨烯导电发热油墨及其应用以及石墨烯抗菌发热纤维芯片及其制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种石墨烯导电发热油墨，包含下列质量份的组分：石墨烯3～10份、分散剂0.5～2.5份、水性树脂15～30份、助剂0.05～0.5份、水40～70份。
作为优选，所述石墨烯的粒径为10～50nm；
所述分散剂为聚醚改性有机硅、染料嵌段双官能团、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和丙烯酸钠中的一种或几种；
所述水性树脂为环氧改性有机硅树脂、水性丙烯酸树脂和水性聚氨酯中的一种或几种；
所述助剂为BYK028、TCB-1、迪高245和BYK378中的一种或几种。
本发明还提供了所述导电发热油墨在石墨烯抗菌发热纤维芯片中的应用。
本发明提供了一种石墨烯抗菌发热纤维芯片，包含由下至上依次层叠的抗菌层、绝缘层、石墨烯发热层、电极层和覆盖层。
作为优选，所述抗菌层包含基材和抗菌剂，所述基材为涤纶或尼龙，所述基材的面密度为90～140g/m2；所述抗菌剂为纳米银、二氧化钛、氧化锌、有机硅季铵盐和D50中的一种或几种；
所述抗菌剂的质量为抗菌层的0.2～1.5％；所述抗菌层的厚度为25～75μm。
作为优选，所述绝缘层的树脂为水性聚氨酯、丙烯酸树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物和聚碳酸酯中的一种或几种；
所述绝缘层的厚度为10～25μm；
所述石墨烯发热层由权利要求1或2所述的导电发热油墨制备得到；
所述石墨烯发热层的厚度为15～25μm。
作为优选，所述电极层的电极浆料为银浆、铂浆或铜浆中的一种或几种；
所述电极层的厚度为5～10μm；
所述覆盖层包含基材层和粘接涂层，所述粘接涂层在电极层和基材层之间；
所述基材层的材料为涤纶或尼龙，所述基材层的厚度为25～75μm，所述基材层的面密度为100～140g/m2；
所述粘接涂层的粘接材料为丙烯酸树脂或醋酸乙烯酯；所述粘接涂层的厚度为20～30μm。
本发明还提供了所述纤维芯片的制备方法，包含下列步骤：
(1)将基材和抗菌剂混合、烘烤后得到抗菌层；
(2)在抗菌层的一侧涂覆树脂，烘烤后得到绝缘层；
(3)在绝缘层表面涂覆导电发热油墨，烘烤后得到石墨烯发热层；
(4)在石墨烯发热层表面印刷电极浆料，烘烤后得到电极层；
(5)在电极层表面涂覆粘接材料并覆盖基材，顺次烘烤和热压后即为石墨烯抗菌发热纤维芯片。
作为优选，所述步骤(1)中烘烤的温度为80～110℃，所述烘烤的时间为25～35min；
所述步骤(2)中烘烤的温度为80～100℃，所述烘烤的时间为25～35min；
所述步骤(3)中烘烤的温度为120～160℃，所述烘烤的时间为10～20min。
作为优选，所述步骤(4)中烘烤的温度为120～160℃，所述烘烤的时间为8～12min；
所述步骤(5)中烘烤的温度为70～90℃，所述烘烤的时间为5～10min；
所述步骤(5)中热压的温度为100～160℃，所述热压的时间为2～3min，所述热压的压力为0.25～1MPa。
本发明提供了一种石墨烯导电发热油墨，包含石墨烯、分散剂、水性树脂、助剂和水；将上述组分经过简单的分散即可制备得到导电发热油墨。本发明将导电发热油墨应用在石墨烯抗菌发热纤维芯片中，石墨烯抗菌发热纤维芯片包含由下至上依次层叠的抗菌层、绝缘层、石墨烯发热层、电极层和覆盖层；最下层为抗菌层，将抗菌剂浸渍在涤纶或尼龙中，达到有效杀菌清洁的作用；在抗菌层上涂覆有绝缘层，有效的防止漏电给使用者带来的不适；石墨烯发热层和电极层作为重要结构，在通电后可以激发石墨烯释放远红外线起到理疗保健效用；覆盖层作为芯片的最上层，提供支撑保护芯片完整。本发明通过层层叠加的方式，将导电发热油墨应用在纤维芯片中和其他结构相结合，为轻型理疗带来新的方向。
附图说明
图1为本发明石墨烯抗菌发热纤维芯片的结构示意图；
图2为实施例1中石墨烯抗菌发热纤维芯片的发热效果图；
图3为实施例2中石墨烯抗菌发热纤维芯片的发热效果图；
图中：1-抗菌层；2-绝缘层；3-石墨烯发热层；4-电极层；5-覆盖层；501-粘接涂层；502-基材层。
具体实施方式
本发明提供了一种石墨烯导电发热油墨，包含下列质量份的组分：石墨烯3～10份、分散剂0.5～2.5份、水性树脂15～30份、助剂0.05～0.5份、水40～70份。
在本发明中，所述石墨烯为3～10份，优选为4～9份，更优选为5～8份。
在本发明中，所述石墨烯的粒径优选为10～50nm，进一步优选为20～40nm，更优选为25～35nm。
在本发明中，所述分散剂为0.5～2.5份，优选为1～2份，更优选为1.4～1.6份。
在本发明中，所述分散剂优选为聚醚改性有机硅、染料嵌段双官能团、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和丙烯酸钠中的一种或几种。
在本发明中，所述水性树脂为15～30份，优选为20～25份，更优选为22～23份。
在本发明中，所述水性树脂优选为环氧改性有机硅树脂、水性丙烯酸树脂和水性聚氨酯中的一种或几种。
在本发明中，所述助剂为0.05～0.5份，优选为0.1～0.4份，更优选为0.2～0.3份。
在本发明中，所述助剂优选为BYK028、TCB-1、迪高245和BYK378中的一种或几种。
在本发明中，所述水为40～70份，优选为50～60份，更优选为54～56份。
在本发明中，将各组分进行混合，搅拌均匀后即为导电发热油墨。
本发明还提供了所述导电发热油墨在石墨烯抗菌发热纤维芯片中的应用。
本发明还提供了一种石墨烯抗菌发热纤维芯片，结构示意图如图1所示，包含由下至上依次层叠的抗菌层1、绝缘层2、石墨烯发热层3、电极层4和覆盖层5。
在本发明中，所述抗菌层1优选包含基材和抗菌剂，所述基材优选为涤纶或尼龙，所述基材的面密度优选为90～140g/m2，进一步优选为100～130g/m2，更优选为110～120g/m2；所述抗菌剂优选为纳米银、二氧化钛、氧化锌、有机硅季铵盐和D50中的一种或几种。
在本发明中，所述抗菌剂的质量优选为抗菌层的0.2～1.5％，进一步优选为0.5～1.2％，更优选为0.8～0.9％；所述抗菌层1的厚度优选为25～75μm，进一步优选为30～70μm，更优选为40～60μm。
在本发明中，所述绝缘层2的树脂优选为水性聚氨酯、丙烯酸树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物和聚碳酸酯中的一种或几种。
在本发明中，所述绝缘层2的厚度优选为10～25μm，进一步优选为15～20μm，更优选为17～18μm。
在本发明中，所述石墨烯发热层3由所述的导电发热油墨制备得到。
在本发明中所述石墨烯发热层3的厚度优选为15～25μm，进一步优选为16～24μm，更优选为18～22μm。
在本发明中，所述电极层4的电极浆料优选为银浆、铂浆或铜浆中的一种或几种。
在本发明中，所述电极层4的厚度优选为5～10μm，进一步优选为6～9μm，更优选为7～8μm。
在本发明中，所述覆盖层5优选包含基材层502和粘接涂层501，所述粘接涂层501在电极层4和基材层502之间。
在本发明中，所述基材层502的材料优选为涤纶或尼龙，所述基材层502的厚度优选为25～75μm，进一步优选为30～70μm，更优选为40～60μm；所述基材层502的面密度优选为100～140g/m2，进一步优选为110～130g/m2，更优选为115～125g/m2。
在本发明中，所述粘接涂层501的粘接材料优选为丙烯酸树脂或醋酸乙烯酯；所述粘接涂层501的厚度优选为20～30μm，进一步优选为22～28μm，更优选为24～26μm。
本发明还提供了所述纤维芯片的制备方法，包含下列步骤：
(1)将基材和抗菌剂混合、烘烤后得到抗菌层1；
(2)在抗菌层1的一侧涂覆树脂，烘烤后得到绝缘层2；
(3)在绝缘层2表面涂覆导电发热油墨，烘烤后得到石墨烯发热层3；
(4)在石墨烯发热层3表面印刷电极浆料，烘烤后得到电极层4；
(5)在电极层4表面涂覆粘接材料并覆盖基材，顺次烘烤和热压后即为石墨烯抗菌发热纤维芯片。
在本发明中，所述步骤(1)中的混合为浸涂、喷涂或辊涂的方式将抗菌剂涂覆在基材表面。
在本发明中，所述步骤(1)中烘烤的温度优选为80～110℃，进一步优选为90～100℃，更优选为94～96℃；所述烘烤的时间优选为25～35min，进一步优选为26～34min，更优选为28～32min。
在本发明中，将树脂在流动状态下涂覆在抗菌层1的一侧，进行烘烤。
在本发明中，所述步骤(2)中烘烤的温度优选为80～100℃，进一步优选为84～96℃，更优选为88～92℃；所述烘烤的时间优选为25～35min，进一步优选为26～34min，更优选为28～32min。
在本发明中，将导电发热油墨通过丝印、凹印或喷涂的方式涂覆到绝缘层2表面，进行烘烤。
在本发明中，所述步骤(3)中烘烤的温度优选为120～160℃，进一步优选为130～150℃，更优选为135～145℃；所述烘烤的时间优选为10～20min，进一步优选为12～18min，更优选为14～16min。
在本发明中，将电极浆料采用凹印或丝印的方式印刷在石墨烯发热层3表面，进行烘烤。
在本发明中，所述步骤(4)中烘烤的温度优选为120～160℃，进一步优选为130～150℃，更优选为135～145℃；所述烘烤的时间优选为8～12min，进一步优选为9～11min，更优选为9.5～10.5min。
在本发明中，所述步骤(5)中烘烤的温度优选为70～90℃，进一步优选为75～85℃，更优选为78～82℃；所述烘烤的时间优选为5～10min，进一步优选为6～9min，更优选为7～8min。
在本发明中，通过烘烤的方式得到了覆盖层5。
在本发明中，所述步骤(5)中热压的温度优选为100～160℃，进一步优选为110～150℃，更优选为120～140℃；所述热压的时间优选为2～3min，进一步优选为2.2～2.8min，更优选为2.4～2.6min；所述热压的压力优选为0.25～1MPa，进一步优选为0.35～0.9MPa，更优选为0.45～0.8MPa。
在本发明中，通过热压的方式连接线路开关，得到石墨烯抗菌发热纤维芯片。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
取5g石墨烯、1g丙烯酸钠、20g水性树脂PU2521、0.3g消泡剂BYK378、60g水，其中石墨烯的粒径为30nm，将上述组分混合搅拌均匀后得到导电发热油墨。
取面密度为120g/m2的涤纶，浸涂纳米银、氧化锌和D50的抗菌剂，抗菌剂用量为抗菌层质量的1％，在80℃下烘烤30min得到50μm的抗菌层；在抗菌层的一侧喷涂水性聚氨酯，在90℃下烘烤30min，得到15μm的绝缘层；在绝缘层表面通过丝印的方式涂覆导电发热油墨，在120℃下烘烤15min，得到20μm的石墨烯发热层；在石墨烯发热层表面通过银浆丝网印刷电极线路，在140℃下烘烤10min，得到8μm的电极层；在电极层表面喷涂丙烯酸树脂，得到25μm的粘接涂层；然后在粘接涂层表面覆盖面密度为120g/m2、厚度为50μm的涤纶布，在80℃下烘烤10min，得到覆盖层。
将得到的多层结构产品在150℃、0.5MPa下热压2.5min，即得石墨烯抗菌发热纤维芯片。
本实施例中石墨烯抗菌发热纤维芯片的发热效果如图2所示，从图2中可以看出，石墨烯抗菌发热纤维芯片具有很好的发热效果，温度达到38.7℃。
将本实施例制备得到的石墨烯抗菌发热纤维芯片进行抗菌实验，结果如表1所示。
表1
从表1可以看出，本实施例制备的石墨烯抗菌发热纤维芯片，不仅可以有效的抑制细菌的繁殖，还可以杀灭细菌，抑菌率达到了99％，降低对人体的伤害。
实施例2
取3g石墨烯、1g丙烯酸钠、25g水性丙烯酸树脂256、0.05gTCB-1、50g水，其中石墨烯的粒径为20nm，将上述组分混合搅拌均匀后得到导电发热油墨。
取面密度为90g/m2的尼龙布，浸涂二氧化钛、氧化锌和D50的抗菌剂，抗菌剂用量为抗菌层质量的1％，在80℃下烘烤25min得到55μm的抗菌层；在抗菌层的一侧喷涂丙烯酸，在80℃下烘烤30min，得到25μm的绝缘层；在绝缘层表面通过丝印的方式涂覆导电发热油墨，在140℃下烘烤20min，得到18μm的石墨烯发热层；在石墨烯发热层表面通过银浆丝网印刷电极线路，在150℃下烘烤12min，得到7μm的电极层；在电极层表面喷涂丙烯酸树脂，得到30μm的粘接涂层；然后在粘接涂层表面覆盖面密度为120g/m2、厚度为55μm的尼龙布，在90℃下烘烤5min，得到覆盖层。
将得到的多层结构产品在130℃、0.8MPa下热压3min，即得石墨烯抗菌发热纤维芯片。
本实施例制备的发热芯片效果图如图3所示，从图中可以看出石墨烯抗菌发热纤维芯片具有很好的发热效果，温度最高处达到了61℃。
将本实施例制备得到的石墨烯抗菌发热纤维芯片进行抗菌实验，结果如表2所示。
表2
从表2可以看出，本实施例制备的石墨烯抗菌发热纤维芯片，不仅可以有效的抑制细菌的繁殖，还可以杀灭细菌，抑菌率达到了97％，降低对人体的伤害。
由以上实施例可知，本发明提供了提供了一种石墨烯抗菌发热纤维芯片，由下至上为依次层叠的抗菌层、绝缘层、石墨烯发热层、电极层和覆盖层，本发明提供的石墨烯芯片，不仅可以有效的散发出热量，而且具有很好的抗菌杀菌效果，抑菌率可达99％，高效杀灭细菌，有益身体健康。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种石墨烯导电发热油墨，其特征在于，包含下列质量份的组分：石墨烯3～10份、分散剂0.5～2.5份、水性树脂15～30份、助剂0.05～0.5份、水40～70份。
2.如权利要求1所述的导电发热油墨，其特征在于，所述石墨烯的粒径为10～50nm；
所述分散剂为聚醚改性有机硅、染料嵌段双官能团、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和丙烯酸钠中的一种或几种；
所述水性树脂为环氧改性有机硅树脂、水性丙烯酸树脂和水性聚氨酯中的一种或几种；
所述助剂为BYK028、TCB-1、迪高245和BYK378中的一种或几种。
3.权利要求1或2所述导电发热油墨在石墨烯抗菌发热纤维芯片中的应用。
4.一种石墨烯抗菌发热纤维芯片，其特征在于，包含由下至上依次层叠的抗菌层、绝缘层、石墨烯发热层、电极层和覆盖层。
5.如权利要求4所述的纤维芯片，其特征在于，所述抗菌层包含基材和抗菌剂，所述基材为涤纶或尼龙，所述基材的面密度为90～140g/m2；所述抗菌剂为纳米银、二氧化钛、氧化锌、有机硅季铵盐和D50中的一种或几种；
所述抗菌剂的质量为抗菌层的0.2～1.5％；所述抗菌层的厚度为25～75μm。
6.如权利要求4或5所述的纤维芯片，其特征在于，所述绝缘层的树脂为水性聚氨酯、丙烯酸树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物和聚碳酸酯中的一种或几种；
所述绝缘层的厚度为10～25μm；
所述石墨烯发热层由权利要求1或2所述的导电发热油墨制备得到；
所述石墨烯发热层的厚度为15～25μm。
7.如权利要求6所述的纤维芯片，其特征在于，所述电极层的电极浆料为银浆、铂浆或铜浆中的一种或几种；
所述电极层的厚度为5～10μm；
所述覆盖层包含基材层和粘接涂层，所述粘接涂层在电极层和基材层之间；
所述基材层的材料为涤纶或尼龙，所述基材层的厚度为25～75μm，所述基材层的面密度为100～140g/m2；
所述粘接涂层的粘接材料为丙烯酸树脂或醋酸乙烯酯；所述粘接涂层的厚度为20～30μm。
8.权利要求4、5、6或7所述纤维芯片的制备方法，其特征在于，包含下列步骤：
(1)将基材和抗菌剂混合、烘烤后得到抗菌层；
(2)在抗菌层的一侧涂覆树脂，烘烤后得到绝缘层；
(3)在绝缘层表面涂覆导电发热油墨，烘烤后得到石墨烯发热层；
(4)在石墨烯发热层表面印刷电极浆料，烘烤后得到电极层；
(5)在电极层表面涂覆粘接材料并覆盖基材，顺次烘烤和热压后即为石墨烯抗菌发热纤维芯片。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中烘烤的温度为80～110℃，所述烘烤的时间为25～35min；
所述步骤(2)中烘烤的温度为80～100℃，所述烘烤的时间为25～35min；
所述步骤(3)中烘烤的温度为120～160℃，所述烘烤的时间为10～20min。
10.权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中烘烤的温度为120～160℃，所述烘烤的时间为8～12min；
所述步骤(5)中烘烤的温度为70～90℃，所述烘烤的时间为5～10min；
所述步骤(5)中热压的温度为100～160℃，所述热压的时间为2～3min，所述热压的压力为0.25～1MPa。
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