CN114403504A

CN114403504A - 一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜及其制造方法

Info

Publication number: CN114403504A
Application number: CN202210144140.0A
Authority: CN
Inventors: 余庚; 周云
Original assignee: Dongguan Zhongke Zhiheng New Material Co ltd
Current assignee: Dongguan Zhongke Zhiheng New Material Co ltd
Priority date: 2022-02-17
Filing date: 2022-02-17
Publication date: 2022-04-29
Anticipated expiration: 2042-02-17
Also published as: CN114403504B

Abstract

本发明提供了一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜，所述超晶格电热膜由电热膜溶液镀于基材表面而成，所述电热膜溶液由以下重量百分比的原料制成：四氯化锡30～40%，四氯化钛2～4%，二氧化锰3～5%，硼化铬2～3%，三氧化二钐1～2%，无机酸8～10%，醇溶剂10～14%，助剂1～2%，其余为水，各原料的重量百分比之和为100%。本发明还提供了该超晶格电热膜的制造方法。本发明提供的超晶格电热膜具有较好的电热转换效率、耐热性以及附着力。

Description

一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种电热膜，特别是涉及一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜及其制造方法。

背景技术

低温不燃烧电子烟是指通过电加热产生的低温对烟丝进行加热烘烤，将烟丝中的尼古丁等变成蒸汽后析出，烟丝不燃烧，不产生烟灰，产生的焦油、尼古丁含量较低，远低于正常的卷烟燃烧，大量研究表明，烟叶在500至900℃的高温下会产生众多有害物质，用低温烘烤的方式加热烟丝替代高温燃烧，能有效降低烟丝高温燃烧分解产生的有害成分，使烟气产生的有害物质会大大减少。低温不燃烧电子烟的加热元件一般采用加热丝，存在加热效率不高、加热均匀性不佳的问题，而到目前为止，采用电热膜作为低温不燃烧电子烟的加热元件极少见诸报道。

中国专利申请CN201310513539.2公开了“一种电热膜及其制备方法”，所述电热膜是由下述重量份数的组分制备得到的，四氯化锡85-100份，三氯化锑3-6份，四氯化钛2-4份，三氯化铁2-5份，三氯化铋1-3份，盐酸10-15份，异丙醇20-30份，甲醇20-40份，无水乙醇50-80份；将上述各个组分称重，混合后，得到电热膜的原液，通过金属盐溶液喷涂热解法喷射到基材的表面。该发明在应用于低温不燃烧电子烟时，存在电热转换效率、耐热性以及附着力不佳的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜，其具有较好的电热转换效率、耐热性以及附着力。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜，所述超晶格电热膜由电热膜溶液镀于基材表面而成，所述电热膜溶液由以下重量百分比的原料制成：四氯化锡30～40%，四氯化钛2～4%，二氧化锰3～5%，硼化铬2～3%，三氧化二钐1～2%，无机酸8～10%，醇溶剂10～14%，助剂1～2%，其余为水，各原料的重量百分比之和为100%。

进一步地，本发明所述无机酸为盐酸。

进一步地，本发明所述醇溶剂由体积比为2:3的乙醇和丙三醇组成。

进一步地，本发明所述助剂由以下步骤制成：

通氮气保护下，将丙烯酸、八甲基丙烯酰氧丙基笼型倍半硅氧烷加入混合溶剂中混合均匀得到混合溶液，将过硫酸铵水溶液滴加至混合溶液中，超声搅拌均匀后升温至75℃，保温反应3～5小时得到反应物，将反应物过滤后得到固体物，将固体物用去离子水洗涤3次后置于真空干燥箱中干燥至恒重得到助剂。

进一步地，本发明所述助剂的制备步骤中，混合溶剂由体积比为1:2的N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃组成，过硫酸铵水溶液的浓度为0.4mol/L，丙烯酸、八甲基丙烯酰氧丙基笼型倍半硅氧烷、混合溶剂、过硫酸铵水溶液的比例为40mol:0.4mol:40mL:0.3mL，真空干燥箱的温度为75℃。

进一步地，本发明所述水为去离子水。

进一步地，本发明所述基材为石英管。

本发明要解决的另一技术问题提供上述用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜的制造方法。

为解决上述技术问题，技术方案是：

一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜的制造方法，包括以下步骤：

S1.依次用无水乙醇、蒸馏水将基材表面清洗干净，40℃下烘干后得到洁净基材；

S2.按重量百分比称取电热膜溶液的各原料，将各原料混合后45℃下搅拌3～5小时得到均匀的电热膜溶液；

S3.将步骤S2得到的电热膜溶液旋涂于步骤S1得到的洁净基材的表面得到湿膜，将湿膜匀胶15～18秒后200℃下烘烤5～10分钟得到干膜；

S4.将步骤S3得到的干膜550℃下退火5～10分钟得到用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜。

进一步地，本发明所述步骤S2中，搅拌时的搅拌转速为500rpm。

进一步地，本发明所述步骤S3中，匀胶时的匀胶转速为4000rpm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1）本发明所述电热膜溶液以四氯化锡为主要原料，辅以四氯化钛、二氧化锰、硼化铬、三氧化二钐以及溶剂、助剂，制成的电热膜具有超晶格结构，透光率、电热转换效率较高，能均匀发热，满足低温不燃烧电子烟的要求，此外，电热膜溶液中添加的硼化铬能改善超晶格电热膜的耐热性，三氧化二钐则能进一步提高超晶格电热膜的电热转换效率。

2）本发明以八甲基丙烯酰氧丙基笼型倍半硅氧烷、丙烯酸功能单体为主要原料，以过硫酸铵为引发剂，通过溶液聚合法制得助剂，该助剂能有效提高超晶格电热膜的附着力，延长其使用寿命。

具体实施方式

下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例及其说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1

一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜，由电热膜溶液镀于石英管表面而成，所述电热膜溶液由以下重量百分比的原料制成：四氯化锡36%，四氯化钛3.5%，二氧化锰4%，硼化铬2.7%，三氧化二钐1.8%，盐酸9%，由体积比为2:3的乙醇和丙三醇组成的醇溶剂12%，助剂1.7%，其余为去离子水，各原料的重量百分比之和。

助剂由以下步骤制成：

通氮气保护下，将丙烯酸、八甲基丙烯酰氧丙基笼型倍半硅氧烷加入由体积比为1:2的N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃组成的混合溶剂中混合均匀得到混合溶液，将浓度为0.4mol/L的过硫酸铵水溶液滴加至混合溶液中，丙烯酸、八甲基丙烯酰氧丙基笼型倍半硅氧烷、混合溶剂、过硫酸铵水溶液的比例为40mol:0.4mol:40mL:0.3mL，超声搅拌均匀后升温至75℃，保温反应4小时得到反应物，将反应物过滤后得到固体物，将固体物用去离子水洗涤3次后置于75℃的真空干燥箱中干燥至恒重得到助剂。

实施例1的制造方法包括以下步骤：

S1.依次用无水乙醇、蒸馏水将石英管表面清洗干净，40℃下烘干后得到洁净石英管；

S2.按重量百分比称取电热膜溶液的各原料，将各原料混合后45℃下500rpm搅拌转速下搅拌4小时得到均匀的电热膜溶液；

S3.将步骤S2得到的电热膜溶液旋涂于步骤S1得到的洁净石英管的表面得到湿膜，将湿膜4000rpm匀胶转速下匀胶17秒后200℃下烘烤8分钟得到干膜；

S4.将步骤S3得到的干膜550℃下退火8分钟得到用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜。

实施例2

一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜，由电热膜溶液镀于石英管表面而成，所述电热膜溶液由以下重量百分比的原料制成：四氯化锡40%，四氯化钛2%，二氧化锰3%，硼化铬3%，三氧化二钐1.2%，盐酸8.8%，由体积比为2:3的乙醇和丙三醇组成的醇溶剂14%，助剂2%，其余为去离子水，各原料的重量百分比之和。

助剂由以下步骤制成：

通氮气保护下，将丙烯酸、八甲基丙烯酰氧丙基笼型倍半硅氧烷加入由体积比为1:2的N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃组成的混合溶剂中混合均匀得到混合溶液，将浓度为0.4mol/L的过硫酸铵水溶液滴加至混合溶液中，丙烯酸、八甲基丙烯酰氧丙基笼型倍半硅氧烷、混合溶剂、过硫酸铵水溶液的比例为40mol:0.4mol:40mL:0.3mL，超声搅拌均匀后升温至75℃，保温反应5小时得到反应物，将反应物过滤后得到固体物，将固体物用去离子水洗涤3次后置于75℃的真空干燥箱中干燥至恒重得到助剂。

实施例2的制造方法包括以下步骤：

S2.按重量百分比称取电热膜溶液的各原料，将各原料混合后45℃下500rpm搅拌转速下搅拌3小时得到均匀的电热膜溶液；

S3.将步骤S2得到的电热膜溶液旋涂于步骤S1得到的洁净石英管的表面得到湿膜，将湿膜4000rpm匀胶转速下匀胶15秒后200℃下烘烤10分钟得到干膜；

S4.将步骤S3得到的干膜550℃下退火5分钟得到用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜。

实施例3

一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜，由电热膜溶液镀于石英管表面而成，所述电热膜溶液由以下重量百分比的原料制成：四氯化锡32%，四氯化钛3%，二氧化锰5%，硼化铬2%，三氧化二钐2%，盐酸8%，由体积比为2:3的乙醇和丙三醇组成的醇溶剂11%，助剂1%，其余为去离子水，各原料的重量百分比之和。

助剂由以下步骤制成：

通氮气保护下，将丙烯酸、八甲基丙烯酰氧丙基笼型倍半硅氧烷加入由体积比为1:2的N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃组成的混合溶剂中混合均匀得到混合溶液，将浓度为0.4mol/L的过硫酸铵水溶液滴加至混合溶液中，丙烯酸、八甲基丙烯酰氧丙基笼型倍半硅氧烷、混合溶剂、过硫酸铵水溶液的比例为40mol:0.4mol:40mL:0.3mL，超声搅拌均匀后升温至75℃，保温反应3小时得到反应物，将反应物过滤后得到固体物，将固体物用去离子水洗涤3次后置于75℃的真空干燥箱中干燥至恒重得到助剂。

实施例3的制造方法包括以下步骤：

S2.按重量百分比称取电热膜溶液的各原料，将各原料混合后45℃下500rpm搅拌转速下搅拌5小时得到均匀的电热膜溶液；

S3.将步骤S2得到的电热膜溶液旋涂于步骤S1得到的洁净石英管的表面得到湿膜，将湿膜4000rpm匀胶转速下匀胶18秒后200℃下烘烤5分钟得到干膜；

S4.将步骤S3得到的干膜550℃下退火10分钟得到用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜。

实施例4

一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜，由电热膜溶液镀于石英管表面而成，所述电热膜溶液由以下重量百分比的原料制成：四氯化锡30%，四氯化钛4%，二氧化锰3.5%，硼化铬2.1%，三氧化二钐1%，盐酸10%，由体积比为2:3的乙醇和丙三醇组成的醇溶剂10%，助剂1.2%，其余为去离子水，各原料的重量百分比之和。

助剂由以下步骤制成：

通氮气保护下，将丙烯酸、八甲基丙烯酰氧丙基笼型倍半硅氧烷加入由体积比为1:2的N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃组成的混合溶剂中混合均匀得到混合溶液，将浓度为0.4mol/L的过硫酸铵水溶液滴加至混合溶液中，丙烯酸、八甲基丙烯酰氧丙基笼型倍半硅氧烷、混合溶剂、过硫酸铵水溶液的比例为40mol:0.4mol:40mL:0.3mL，超声搅拌均匀后升温至75℃，保温反应4.5小时得到反应物，将反应物过滤后得到固体物，将固体物用去离子水洗涤3次后置于75℃的真空干燥箱中干燥至恒重得到助剂。

实施例4的制造方法包括以下步骤：

S2.按重量百分比称取电热膜溶液的各原料，将各原料混合后45℃下500rpm搅拌转速下搅拌3.5小时得到均匀的电热膜溶液；

S3.将步骤S2得到的电热膜溶液旋涂于步骤S1得到的洁净石英管的表面得到湿膜，将湿膜4000rpm匀胶转速下匀胶16秒后200℃下烘烤7分钟得到干膜；

S4.将步骤S3得到的干膜550℃下退火9分钟得到用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜。

参比实施例1：

与实施例1的不同之处为：电热膜溶液中的原料不包括硼化铬。

参比实施例2：

与实施例1的不同之处为：电热膜溶液中的原料不包括三氧化二钐。

参比实施例3：

与实施例1的不同之处为：电热膜溶液中的原料不包括助剂，同时省略其制备步骤。

参比实施例4：

与实施例1的不同之处为：电热膜溶液原料中的助剂替换为八甲基丙烯酰氧丙基笼型倍半硅氧烷，同时省略助剂的制备步骤。

对比例1：申请号为CN201310513539.2的中国专利的实施例1。

试验例一：电热转换效率测试

测试方法：测试试样为实施例1-4、参比实施例2、对比例1制得的电热膜，将测试试样置于1L容积、带有温度传感器的保温箱内，将测试试样通220V交流电，记录通电时间和温度值，每5秒记录一次温度值，然后计算出电热转换效率：

电热转换效率=W1/W2×100%；

W1=C·m·（T2-T1）；

W2=U²·t/R

其中，W1为测试试样释放的热能，W2为测试试样消耗的电能；C为空气电压比热容1.005J/（g·K），m为空气密度1.293g/L；T1为测试试样的初始温度，T2为测试试样的最高温度，℃；U为有效电压，V；t为测试试样达到最高温度经过的时间，s。

测试结果如表1所示：

表1

	电热转换效率（%）
		实施例1	90.5
实施例2	90.6
		实施例3	90.3
实施例4	90.1
		参比实施例2	82.8
对比例	81.4

由表1可以看出，本发明实施例1-4的电热转换效率均高于对比例。参比实施例2的部分原料与实施例1不同，与实施例1相比，参比实施例2的电热转换效率有所降低，表明本发明使用的三氧化二钐能提高超晶格电热膜的电热转换效率。

试验例二：耐热性测试

测试方法：测试试样为实施例1-4、参比实施例1、对比例1制得的电热膜，采用190V加载电压，使用VC 9810A型万用表测量线路电流有效值，升温速度为2℃/分，每10分钟读取1次数值，测算出电阻值，记录测试试样1000℃下工作1小时时的电阻值R1，以及测试试样1000℃下工作500小时时的电阻值R2，计算出电阻变化率，电阻变化率=（R1-R2）/R1×100%。

电阻变化率越低表明耐热性越好，测试结果如表2所示：

表2

	电阻变化率（%）
		实施例1	1.92
实施例2	1.91
		实施例3	1.95
实施例4	1.94
		参比实施例1	9.36
对比例1	10.58

由表2可以看出，本发明实施例1-4的电阻变化率均低于对比例，表明本发明制得的超晶格电热膜具有较好的耐热性。参比实施例1的部分原料与实施例1不同，与实施例1相比，参比实施例1的电阻变化率有所升高，表明本发明使用的硼化铬能提高超晶格电热膜的耐热性。

试验例三：附着力测试

测试方法：测试试样为实施例1-4、参比实施例3-4、对比例1制得的电热膜，参考JB/T 8554-1997使用WS-2005型附着力自动划痕仪，通过声发射测量方式测试测试试样的附着力，加载速度为5N/分，划痕速度为2mm/分。

测试结果如表3所示：

表3

	附着力（N）
		实施例1	168
实施例2	170
		实施例3	162
实施例4	165
		参比实施例3	127
参比实施例4	146
		对比例	113

由表3可以看出，本发明实施例1-4的附着力均高于对比例。参比实施例3-4的部分原料或制备步骤与实施例1不同，与实施例1相比，参比实施例3-4的附着力均有所降低，表明本发明使用的助剂能提高超晶格电热膜的附着力，而且，与八甲基丙烯酰氧丙基笼型倍半硅氧烷相比，本发明使用的助剂对超晶格电热膜附着力的提高效果更好。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜，其特征在于：所述超晶格电热膜由电热膜溶液镀于基材表面而成，所述电热膜溶液由以下重量百分比的原料制成：四氯化锡30～40%，四氯化钛2～4%，二氧化锰3～5%，硼化铬2～3%，三氧化二钐1～2%，无机酸8～10%，醇溶剂10～14%，助剂1～2%，其余为水，各原料的重量百分比之和为100%。

2.根据权利要求1所述的一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜，其特征在于：所述无机酸为盐酸。

3.根据权利要求1所述的一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜，其特征在于：所述醇溶剂由体积比为2:3的乙醇和丙三醇组成。

4.根据权利要求1所述的一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜，其特征在于：所述助剂由以下步骤制成：

5.根据权利要求4所述的一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜，其特征在于：所述助剂的制备步骤中，混合溶剂由体积比为1:2的N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃组成，过硫酸铵水溶液的浓度为0.4mol/L，丙烯酸、八甲基丙烯酰氧丙基笼型倍半硅氧烷、混合溶剂、过硫酸铵水溶液的比例为40mol:0.4mol:40mL:0.3mL，真空干燥箱的温度为75℃。

6.根据权利要求1所述的一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜，其特征在于：所述水为去离子水。

7.根据权利要求1所述的一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜，其特征在于：所述基材为石英管。

8.一种权利要求1～7任意一项所述的一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜的制造方法，其特征在于：所述步骤S2中，搅拌时的搅拌转速为500rpm。

10.根据权利要求8所述的一种用于低温不燃烧电子烟的超晶格电热膜的制造方法，其特征在于：所述步骤S3中，匀胶时的匀胶转速为4000rpm。