CN205420886U - 水性纳米电热布 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的水性纳米电热布，包括由水性纳米电热涂层液直接涂布在各种材质的布料上制成导电布；或包括先由其染成导电线然后经过纺织而成各种规格的导电布；两种工艺制备成的导电布均可在6V‑220V的直流或交流电压下达到35℃‑80℃的发热温度，其中，水性纳米电热涂层液，具有附着力好、电阻率低、发热速度快、温度分布均匀等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及电热涂层液及系列环保节能型电热材料领域，具体的，涉及一种水性纳米电热布。
背景技术
碳纳米管，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子无机材料，具有许多异常的力学、电学和化学性能。美国马里兰大学研究人员发现了一种全新的只在纳米领域才有的“遥感焦耳热效应”：当碳纳米管通电时，其附近物体会发热，而纳米管本身却仍然是冷的。IBM公司发现碳纳米管(CNT)发热和热传递性质并刊登在自然杂志上。
石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过1500cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约1Ω.m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。Lee等采用原位聚合法制备了水性聚氨酯(WPU)与功能化石墨烯片(FGS)纳米复合材料，纳米复合材料的透射电镜结果表明，FGS颗粒很好地分散在WPU基质中，与纯WPU相比，由于FGS颗粒在WPU基质中的均匀分散，纳米复合材料的电导率增加了105倍，FGS可以像碳纳米管一样有效地改善WPU的导电性。
以碳纳米管和石墨烯分散液为原料的导电发热涂层，是开发低碳节能点发热体的重要研究方向。碳纳米管和石墨烯还可以作为单独涂层赋予织物到电发热的特性，发热温度可控稳定安全，应用在医疗保健的前景广阔。而且使用碳纳米管和石墨烯制备的电热毯和电热被还可以解决在医疗手术时不能使用金属电热毯的问题。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供了水性纳米电热布，包括导电布和电极部分，导电布整体涂有水性纳米电热涂层液或包括经纬交织的电热线和绝缘线，电热线涂有水性纳米电热涂层液，电极部分位于导电布上相对的两端。
根据上述水性纳米电热布，进一步地，导电布整体涂有水性纳米电热涂层液时，导电布位于两层TPU膜之间。
根据上述水性纳米电热布，进一步地，TPU膜的面积大于导电布的面积，导电布密封在两层所述TPU膜之间。
根据上述水性纳米电热布，进一步地，导电布整体涂有水性纳米电热涂层液时，电极部分为导电铜箔。
根据上述水性纳米电热布，进一步地，导电铜箔上接有电极线，电极线从TPU膜边缘伸出。
根据上述水性纳米电热布，进一步地，导电布包括经纬交织的电热线和绝缘线时，电极部分包括多根接触的电极线，多根接触的电极线在导电布上相对的两端分别与电热线和绝缘线交织并穿过导电布。
根据上述水性纳米电热布，进一步地，导电布具有可调控的发热温度和使用电压。
根据上述水性纳米电热布，进一步地，导电布的发热温度为35-80℃。
根据上述水性纳米电热布，进一步地，导电布的使用电压为6-220V直流或交流电压。
有益效果
本实用新型公开的水性纳米电热布，包括由水性纳米电热涂层液直接涂布在各种材质的布料上制成导电布；或包括先由其染成导电线然后经过纺织而成各种规格的导电布；两种工艺制备成的导电布均可在6V-220V的直流或交流电压下达到35℃-80℃的发热温度，其中，水性纳米电热涂层液，具有附着力好、电阻率低、发热速度快、温度分布均匀等特点。本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1是本实用新型公开的水性纳米电热布的其中一个实施方式的结构示意图；
图2是本实用新型公开的水性纳米电热布的另一个实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述，但不作为对本实用新型的限定。
图1是本实用新型公开的水性纳米电热布的其中一个实施方式的结构示意图，如图1所示，本实用新型公开的一个实施方式的水性纳米电热布01，包括直接采用刷涂、浸涂、喷涂、滚涂等方式涂布在各种材质的布料上制成的导电布03和电极部分，导电布03整体涂有上述水性纳米电热涂层液，电极部分位于导电布03上相对的两端，其中，导电布03位于两层TPU膜04之间，TPU膜04的面积大于导电布03的面积，导电布03密封在两层TPU膜04之间，电极部分为导电铜箔05，导电铜箔05上接有电极线06，电极线06从TPU膜04边缘伸出。
图2是本实用新型公开的水性纳米电热布的另一个实施方式的结构示意图，如图2所示，另外，本实用新型公开的另一个实施方式的水性纳米电热布，还可以包括先采用上面描述的方式涂成导电线，然后经过纺织而成各种规格的导电布07和电极部分，导电布02包括经纬交织的电热线08和绝缘线09，电热线08涂有上述水性纳米电热涂层液，电极部分位于导电布上相对的两端，电极部分包括多根接触的电极线10，多根接触的电极线10在导电布上相对的两端分别与电热线08和绝缘线交织并穿过所述导电布07。
其中，上述水性纳米电热涂层液，具有附着力好、电阻率低、发热速度快、温度分布均匀等特点；
上述两种工艺制备成的电热布01和02均可在6-220V的直流或交流电压下达到35-80℃的发热温度，及上述发热温度和使用电压均可调。
本实用新型公开的水性纳米电热布采用的水性纳米电热涂层液，主要包括水性树脂、超导纳米分散液及固色剂，水性树脂包括选自由水性氟碳树脂、水性改性丙烯酸树脂和水性聚氨酯树脂构成的组合中的一种或一种以上；超导纳米分散液为碳纳米管分散液或石墨烯分散液或两者按照比例组合而成的分散液；固色剂为含硫无机物或含钛的氧化物胶体，由于水性树脂可以包括水性氟碳树脂，这样使本实用新型的水性纳米电热涂层液具有抗紫外性，另外，固色剂可以增大本实用新型的水性纳米电热涂层液的附着力。
根据上述水性纳米电热涂层液，其中，碳纳米管分散液为质量百分浓度为3-10％的多壁碳纳米管分散液；石墨烯分散液为质量百分浓度为5-10％的3至15层石墨烯分散液。
根据上述水性纳米电热涂层液，其中，多壁碳纳米管分散液与石墨烯分散液的质量比为5∶1-10。
根据上述水性纳米电热涂层液，其中，涂层液中所用超导纳米分散液的百分含量为30％-80％。
根据上述水性纳米电热涂层液，其中，涂层液中所用的水性树脂的百分含量为10％-30％。
根据上述水性纳米电热涂层液，其中，固色剂的百分含量为1％-5％。
根据上述水性纳米电热涂层液，其中，涂层液中还包括助剂，助剂选自分散剂、消泡剂、表面活性剂、流平剂、增稠剂、成膜助剂构成的组合中的一种或多种，该涂层液中所含助剂的百分含量为1％-5％。
根据上述水性纳米电热涂层液，其中，涂层液中不必加入尤其包括炭黑或石墨的导电辅料，这样使本实用新型的水性纳米电热涂层液的导电性较强，使制备成的导电布可在6V-220V的直流或交流电压下达到35℃-80℃的发热温度。
本实用新型进一步公开的上述水性纳米电热涂层液的制备方法，包括：
(1)将分散剂、消泡剂、流平剂在水中混合，得到分散液一；
(2)将3至15层石墨烯与水、分散剂、消泡剂按比例混合，得到石墨烯分散液；
(3)将多壁改性碳纳米管与水、分散剂、流平剂混合均匀得到碳纳米管分散液；
(4)将水性树脂与上述步骤(1)中的分散液一、步骤(2)中的石墨烯分散液和步骤(3)中的碳纳米管分散液三种分散液混合，得到混合均匀的水性电热纳米分散液；
(5)将上述制备的水性电热纳米分散液与固色剂按比例混合均匀或按照先后顺序组合使用得到具有较好附着力和固色力的水性纳米电热涂层液。
根据上述水性纳米电热涂层液的制备方法，其中，步骤(1)中，所述混合在500-1000rpm的转速下进行，搅拌时间为10-30min；
步骤(2)中，所述混合在500-1500rpm的转速下进行，搅拌时间为30min-1小时；
步骤(3)中，所述混合在500-1000rpm的转速下进行，搅拌时间为30min-1小时。
步骤(4)中，所述混合在1000-2500rpm的转速下进行，搅拌时间为1-1.5小时；
步骤(5)中，所述混合在300-1000rpm的转速下进行，搅拌时间为20-50min。
本实用新型进一步公开的水性纳米电热涂层液的电热材料的制备方法，包括将上面任一所述的水性纳米电热涂层液用于线状或片状织物基材上，制备成电热线、电热布、电热纸、电热毯、电热垫、电热帘、电热被、电热座椅、可加热衣服、电热帐篷、电热睡袋、加热抱枕靠垫、农用加热大棚、保温箱、保健护膝护腰、远红外靶标或可加热防水卷材。
以下将通过实施例对本实用新型进行详细描述。以下实施例中，
制备例
1、脱浆/漂白工艺
其中，工艺条件为：NaOH：20-50g/L，H2O2：1-2g/L，温度：100℃，时间：1小时。
2、水性碳纳米管分散液的制备
称取筛选后的商用多壁碳纳米管：60g，分散剂TEGO750w：5g，表面活性剂TritonX-100：3g，消泡剂BYK024：3g，去离子水：929g，将上述去离子水、分散剂、表面活性剂和消泡剂分别加入到反应釜中，500rpm的转速下搅拌30min得水分散液，将上述碳纳米管缓慢加入到反应釜中，在1000rpm的转速下搅拌1小时后制得6％水性碳纳米管分散液。
3、水性石墨烯分散液的制备
称取筛选的商用少层水性氧化石墨烯：60g，分散剂TEGO760w：3.5g，表面活性剂SDBS：3.0g，消泡剂TEGO825：2.5g，去离子水：931g，将上述去离子水、分散剂、表面活性剂和消泡剂分别加入到反应釜中，500rpm的转速下搅拌30min得水分散液，将上述石墨烯缓慢加入到反应釜中，搅拌15min，然后将其放入行星研磨机研磨2小时，静置1h后加入增稠剂TT-935或UH-450(非离子型)，在500rpm的转速下搅拌30min后制得6％水性石墨烯分散液。
4、固色剂制备
钛酸四丁酯：22mL，无水乙醇：50-120mL，冰醋酸：10-24mL，去离子水：2-5mL，使用冰醋酸调节pH：4-6，在25-30℃下以600rpm的转速搅拌2-3小时得到固色剂。
实施例1
本实施例用于说明本实用新型的水性纳米电热涂层液。
将80g水、5g分散剂、3g消泡剂、3g流平剂BYK-333或迪高450加入反应釜中，在500rpm的转速下搅拌10min，向反应釜中缓慢加入300g水性氟碳树脂、300g水性碳纳米管分散液、250g水性石墨烯分散液，以1200rpm的转速搅拌1小时后，向反应釜中缓慢加入13g增稠剂TT-935或UH-450(非离子型)、20g成膜助剂Texanol，以500rpm的转速搅拌30min，向反应釜中缓慢加入26g自制固色剂，以600rpm的转速搅拌20min后出料，得本实用新型的水性纳米电热涂层液A1。
实施例2
本实施例用于说明本实用新型的水性纳米电热涂层液。
将120g水、5g分散剂、3g消泡剂、5g流平剂BYK-333或迪高450加入反应釜中，在500rpm的转速下搅拌10min，向反应釜中缓慢加入300g水性聚氨酯树脂、250g水性碳纳米管分散液、250g水性石墨烯分散液，以1200rpm的转速搅拌1小时后，向反应釜中缓慢加入15g增稠剂TT-935或UH-450(非离子型)、18g成膜助剂Texanol，以500rpm的转速搅拌30min，向反应釜中缓慢加入34g自制固色剂，以600rpm的转速搅拌20min后出料，得本实用新型的水性纳米电热涂层液A2。
实施例3
本实施例用于说明本实用新型的水性纳米电热涂层液。
按照实施例1所述的方法进行水性纳米电热涂层液A3的制备，不同的是，不加入含有石墨烯的水分散液，而是替换为加入550g的含有碳纳米管的水分散液。
实施例4
本实施例用于说明本实用新型的水性纳米电热涂层液。
按照实施例1所述的方法进行水性纳米电热涂层液A4的制备，不同的是，不加入含有碳纳米管的水分散液，而是替换为加入550g的含有石墨烯的水分散液。
实施例5
本实施例用于说明本实用新型不同电阻的电热布。
裁剪一定规格的棉布，将其浸泡于制备例1中的脱浆/漂白液中1小时，冲洗干净后将其浸泡于实施例1、2、3或4中的水性纳米电热涂层材料中20min，取出于120℃温度下烘干，附加电极后待用。
实施例6
本实施例用于说明本实用新型不同电阻的电热导电线。
将棉线、涤纶或芳纶线浸泡于实施例1、2、3或4中的水性纳米电热涂层液中20min，取出于120℃温度下烘干后经后整理得到不同电阻的导电线。
实施例7
本实施例用于说明本实用新型电热线制备的导电布。
将实施例5中的导电线为纬线，非导电线为经线，两侧金属丝为导电电极，采用不同编织的方式制备出一定尺寸可在6V-220V发热的导电布。
测试例1
采用实施例1、2、3、4中的水性纳米电热涂层液，按照实施例5的工艺分别制备出电热布，所测试的电热布的性能见表1：
表1
| 涂层液 | A1 | A2 | A3 | A4 |
| 电热布尺寸 | 45mm×110mm | 45mm×110mm | 45mm×110mm | 45mm×110mm |
| 电阻(Ω) | 19Ω | 20Ω | 23Ω | 11Ω |
| 测试电压(V) | 36V | 36V | 36V | 36V |
| 最终发热温度(℃) | 38℃ | 37℃ | 35℃ | 48℃ |
| 升温时间(min) | 3min | 3min | 5min | 2min |
| 温度不均匀度(℃) | 3 | 4 | 2 | 5 |
| 功率密度(W/m2) | 138W/m2 | 131W/m2 | 114W/m2 | 238W/m2 |
测试例2
采用实施例1、2、3、4中的水性纳米电热涂层液，按照实施例6和7的工艺分别制备出电热布，所测试的电热布的性能见表2：
表2
| 涂层液 | A1 | A2 | A3 | A4 |
| 电热线材质 | 芳纶 | 芳纶 | 芳纶 | 芳纶 |
| 电热布尺寸 | 45mm×110mm | 45mm×110mm | 45mm×110mm | 45mm×110mm |
| 电阻(Ω) | 18Ω | 19Ω | 23Ω | 10Ω |
| 测试电压(V) | 36V | 36V | 36V | 36V |
| 最终发热温度(℃) | 39℃ | 39℃ | 36℃ | 50℃ |
| 升温时间(min) | 3min | 4min | 5min | 3min |
| 温度不均匀度(℃) | 2 | 2 | 1 | 3 |
| 功率密度(W/m2) | 145W/m2 | 138W/m2 | 114W/m2 | 262W/m2 |
由以上数据可以看出，采用本实用新型的水性纳米电热涂层液制备的电热布，可在安全电压下使用，涂层升温迅速并能产生人体需要的生命之光远红外线7μm-15μm，可解决普通金属丝发热造成的空气干燥问题，使人体处于舒适的温暖环境中，具有很好的医疗保健作用。
以上详细描述了本实用新型的实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案和加热材质进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
Claims (9)
1.水性纳米电热布，其特征在于：所述电热布包括导电布和电极部分，所述导电布整体涂有水性纳米电热涂层液或包括经纬交织的电热线和绝缘线，所述电热线涂有水性纳米电热涂层液，所述电极部分位于所述导电布上相对的两端。
2.根据权利要求1所述的电热布，其特征在于：所述导电布整体涂有水性纳米电热涂层液时，所述导电布位于两层TPU膜之间。
3.根据权利要求2所述的电热布，其特征在于：所述TPU膜的面积大于所述导电布的面积，所述导电布密封在两层所述TPU膜之间。
4.根据权利要求1所述的电热布，其特征在于：所述导电布整体涂有水性纳米电热涂层液时，所述电极部分为导电铜箔。
5.根据权利要求4所述的电热布，其特征在于：所述导电铜箔上接有电极线，所述电极线从TPU膜边缘伸出。
6.根据权利要求1所述的电热布，其特征在于：所述导电布包括经纬交织的电热线和绝缘线时，所述电极部分包括多根接触的电极线，所述多根接触的电极线在所述导电布上相对的两端分别与电热线和绝缘线交织并穿过所述导电布。
7.根据权利要求1-6中任一所述的电热布，其特征在于：所述导电布具有可调控的发热温度和使用电压。
8.根据权利要求7所述的电热布，其特征在于：所述导电布的发热温度为35-80℃。
9.根据权利要求7所述的电热布，其特征在于：所述导电布的使用电压为6-220V直流或交流电压。
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| CN110284322A (zh) * | 2019-07-01 | 2019-09-27 | 深圳市尼森实业有限公司 | 一种柔性导电发热碳基阻燃复合织物及其制备方法 |
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