一种改进的保温石墨烯地暖膜制备方法

技术领域

本发明属于石墨烯技术领域，具体涉及一种改进的保温石墨烯地暖膜制备方法。

背景技术

石墨烯具有优异的力学、电学、热学特性，通过特定的化学组装，可在一定程度上将单片石墨烯的优异特性转化为宏观材料的性能。其中石墨烯膜是典型的石墨烯宏观材料，具有良好的导电性能和电热性能，电热转换效率较高。在管道防冻、建筑供暖系统等领域有广阔的应用前景，有望取代现行的地暖、壁炉产品。但是，目前所报道的石墨烯电热膜耐多为双面发热，在地暖、壁炉产品的运用上会很大程度会因为保温性能差而浪费一部分热能在其背部，为此申请人提出了一种保温型石墨烯电热膜的制备方法，并公开在申请号为2019105738908的中国专利申请中。

在施工操作中，发现这种石墨烯电热膜背部的保温底层铺设在施工找平后的混凝土楼板上时，由于施工找平的混凝土楼板表面存在大量毫米尺寸的凹凸结构，造成保温衔接层铺设在凹凸结构上之后，在后续施工过程中，凹凸结构挤压保温衔接层，使得保温衔接层或金属基材变形，在后续施工中容易发生叠片和皲裂，且原有配方取得的保温效果仍存在进一步提升空间。

发明内容

为克服现有技术存在的技术缺陷，本发明公开了一种改进的保温石墨烯地暖膜制备方法。

本发明所述改进的保温石墨烯地暖膜制备方法，包括如下步骤：

S1.施工地面找平后，在找平地面上涂敷形成底膜，所述底膜的涂敷料具体组分质量配比为：

空心氧化钛粉末25-30份、底膜主材65-80份、消泡剂0.01-0.5份、增稠剂0.05-0.5份、成膜助剂0.1-0.5份、分散剂1-3份；所述空心氧化钛粉末粒径为1-10微米，壁厚100-2000纳米；壁厚涂敷时每平米地面涂敷量为10-50克；

S2.在底膜涂敷完成后和固化前，铺设预制好的石墨烯地暖膜，所述石墨烯地暖膜包括石墨烯电热膜和位于石墨烯电热膜下方的衔接层，所述石墨烯电热膜包括金属基材和位于金属基材下方的石墨烯膜。

优选的，所述石墨烯地暖膜的衔接层由以下方法制成：

将硅丙乳液和水性氟碳乳液按照体积比1:0.5-5混合加热混匀，混合后再按照1：4-6的体积比加入混合树脂，导入高速搅拌机中搅拌30-40min，混合均匀后利用吹塑机制成薄膜状衔接层；

所述混合树脂由质量比为3：0.5-1:0.3-0.6:0.5-1的锌粉、纤维素、丙烯酸树脂和导电环氧树脂组成。

进一步的，所述底膜主材为氟碳树脂。

进一步的，所述衔接层和石墨烯电热膜之间通过耐高温导电胶连接。

优选的，所述金属基材为铜箔或铝箔。

优选的，所述空心氧化钛粉末的制备方法为：

将TiCl4加入离子液体中搅拌均匀，形成浓度在0.8-1.5摩尔/升的TiCl4溶液；

缓慢加入去离子水后静置12-48小时，待TiCl4水解完全后得到固体沉淀物；

将固体沉淀物交替用去离子水和乙醇重复洗涤多次,离心分离,干燥,培烧,得到的二氧化钛空心球状粉体。

进一步的，所述离子液体为咪唑类盐离子液体。

采用本发明所述改进的保温石墨烯地暖膜制备方法，通过工序改变，将具备保温反射功能的底膜涂敷形成在找平后的地面表面，不仅能起到隔热保温作用，且填平了凹凸地面，为底层上方的石墨烯地暖膜提供了平坦的施工面，施工过程中金属基材不易变形，地暖施工质量提高。

附图说明

图1为利用本发明所述制备方法形成石墨烯地暖结构的一种具体实施方式示意图;

图2为本发明所述空心氧化钛粉末在扫描电镜下的照片；

图中附图标记名称为：1-找平地面，2-地板层，3-底膜，4-衔接层，5-导电胶，6-石墨烯膜，7-金属基材。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明所述改进的保温石墨烯地暖膜制备方法，包括如下步骤：

S1.施工地面找平后，在找平地面1上涂敷形成底膜3，所述底膜的涂敷料具体为：

空心氧化钛粉末25-30份、底膜主材65-80份、消泡剂0.01-0.5份、增稠剂0.05-0.5份、成膜助剂0.1-0.5份、分散剂1-3份；涂敷时每平米地面涂敷量为10-30克；

S2.在底膜涂敷完成后和固化前，铺设预制好的石墨烯地暖膜，所述石墨烯地暖膜包括石墨烯电热膜和位于石墨烯电热膜下方的衔接层4，所述石墨烯电热膜包括金属基材7和位于金属基材7下方的石墨烯膜6

首先在找平的地面涂敷形成底膜，可以通过初始状态为液态的底膜，弥补地面找平后的微观凹凸不平的平面，进一步提高涂敷固化后的上表面平整度，氧化钛粉末和锌粉对地面凹坑具有填充作用。

氧化钛粉末颗粒粒径通常在1000-10000纳米即1-10微米之间，其折射率高并随壁厚和粒径变化而变化，一般家庭使用地暖温度一般在22-28摄氏度之间，对电热膜发热产生的红外波段波长在200-1800微米范围内，对于壁厚大致在100-2000纳米范围内的氧化钛粉末颗粒，对室温红外线折射率可以达到2.0以上，大量空心氧化钛粉末颗粒对红外线多次折射，可以将红外线反射回地板上方，从而起到保温及反射热量作用。

氟碳树脂与氧化钛粉末颗粒有较好的相容性，对氧化钛粉末颗粒起到较好的固定黏附作用，作为底膜主体，与石墨烯电热膜衔接层也更容易在凝固过程中贴合。

在底膜凝固前，覆盖预制好的石墨烯地热膜，使其与底膜上的氟碳树脂紧密粘接。

成膜助剂可以是苯甲醇BA、丙二醇等。消泡剂可以是聚乙二醇、十二烷基苯磺酸钠、增稠剂可以是羟甲基纤维素、分散剂可以是磷酸钠或三偏磷酸钠等。

石墨烯电热膜的预制包括衔接层的预制：

将硅丙乳液和水性氟碳乳液按照体积比1:0.5-5混合加热混匀，混合后再按照1：4-6的体积比加入混合树脂，导入高速搅拌机中搅拌30-40min，混合均匀后利用吹塑机制成薄膜状衔接层；

所述混合树脂由质量比为3：0.5-1:0.3-0.6:0.5-1的锌粉、纤维素、丙烯酸树脂和导电环氧树脂组成。

衔接层中加入锌粉，锌粉的粒径可以与氧化钛颗粒粒径相同或相近，如锌粉颗粒粒径可以在1-100微米范围内，从物理结构上，衔接层和底膜上均具备粒径相近的颗粒，在微米尺寸上颗粒之间仍让容易形成咬合配合，在水平面上不易发生平移，便于施工。锌作为金属材料，导热性好，可以将氧化钛粉末反射热量快速向上传递。

采用锌粉添加到衔接层，与石墨烯电热膜的金属基材贴合，金属基材一般为铜箔或铝箔等，金属锌电势在金属中较低，金属基材中的杂质金属与锌形成电接触后，金属锌在不同电势金属连接造成的原电池腐蚀效应中做为负极，可以大幅延缓金属基材的腐蚀速度，提高使用寿命。

将得到的保温衔接层与石墨烯电热膜的一侧均匀涂抹耐高温导电胶5，并将保温衔接层与石墨烯电热膜涂抹有耐高温导电胶的一侧相对高压高温压合，冷却得到成品。耐高温导电胶可以采用DB2012铜粉导电胶。

所述保温衔接层与石墨烯电热膜的压合压强为30-45MPa，压合温度为90-120℃。

本发明中所用到的空心氧化钛粉末可以按照以下方法制作：

首先将TiCl4加入适量的离子液体中,超声搅拌均匀，形成浓度在0.8-1.5摩尔/升的溶液,然后去离子水缓慢加入,初始时水在上层封闭下层离子液体；经过一定的时间，一般经过12-48小时内常温静置,水逐渐进入离子液体层使TiCl4水解得到沉淀物.所得溶液仍存在分层现象,上层液体根据颜色分开,离子液体可重复利用;沉淀物多次用去离子水和乙醇洗涤,离心分离、干燥、培烧,得到二氧化钛空心球状粉体，粒径约在1-10微米范围内，通过调节初始形成的离子液体TiCl4浓度，可以调节最终得到的空心粉体粒径，一般浓度增加，粒径增加，但并非线性关系。

成膜助剂可以是苯甲醇BA、丙二醇等。消泡剂可以是聚乙二醇、十二烷基苯磺酸钠、增稠剂可以是羟甲基纤维素、分散剂可以是磷酸钠或三偏磷酸钠等。

具体实施例1

S1.施工地面找平后，在找平地面上涂敷形成底膜，所述底膜的涂敷料具体配比为：

空心氧化钛粉末25份、氟碳树脂70份、聚乙二醇0.1份、羟甲基纤维素0.05份、苯甲醇BA0.2份、磷酸钠1份；按照壁厚涂敷时每平米地面涂敷量为15克涂敷；

S2.在底膜涂敷完成后和固化前，铺设预制好的石墨烯地暖膜。

铺设好石墨烯地暖膜后，再在上面铺设地板层2完成地暖施工。

具体实施例2

S1.施工地面找平后，在找平地面上涂敷形成底膜，所述底膜的涂敷料具体组分质量配比为：

空心氧化钛粉末30份、氟碳树脂80份、十二烷基苯磺酸钠0.3份作为消泡剂、增稠剂羟甲基纤维素0.4份、成膜助剂丙二醇0.3份、分散剂磷酸钠2份；涂敷时每平米地面涂敷量为35克；

S2.在底膜涂敷完成后和固化前，铺设预制好的石墨烯地暖膜，所述石墨烯地暖膜包括石墨烯电热膜和位于石墨烯电热膜下方的衔接层，所述石墨烯电热膜包括金属基材和位于金属基材下方的石墨烯膜。

铺设好石墨烯地暖膜后，再在上面铺设地板层完成地暖施工。

具体实施例1和2中，相对背景技术中提到的对比文件描述的直接铺设预制地暖膜的方式，不仅铺设效率提高，同等面积和维持相同温度的室内，供暖耗电分别减少了3.6%和5.0% 。

具体实施例3

所述石墨烯地暖膜采用以下方法制成。

其中所述石墨烯地暖膜的衔接层由以下方法制成：

将硅丙乳液和水性氟碳乳液按照体积比1:1混合加热混匀，混合后再按照1：5的体积比加入混合树脂，导入高速搅拌机中搅拌40min，混合均匀后利用吹塑机制成薄膜状衔接层；

其中所述混合树脂由质量比为3：0.5:0.3:0.5的锌粉、纤维素、丙烯酸树脂和导电环氧树脂组成。

石墨烯电热膜的预制：

将金属基材放入超声波清洗机并利用离子水和乙醇清洗后风干，所述金属基材为铜箔，向石墨烯中加入辅助溶剂，所述辅助溶剂由乙二醇、丙三醇、交联剂和助溶剂组成；所述乙二醇、丙三醇、交联剂和助溶剂加入的重量比为3:1:4:6，匀速搅拌30min后再超声分散50min后加入混合树脂，导入高速搅拌机中搅拌60min，并加热浓缩，再化学气相沉积制得石墨烯导电膜涂液，将石墨烯导电膜涂液脱泡后装入喷枪，均匀喷涂在金属基材的表面，并用55-65℃的热压辊将石墨烯导电膜涂液碾压平整并进行预硫化，再在90-95℃的烘箱中继续硫化3小时固化得到石墨烯电热膜；

将得到的保温衔接层与石墨烯电热膜的一侧均匀涂抹耐高温导电胶，所述耐高温导电胶的耐温高度大于200℃，并将保温衔接层与石墨烯电热膜涂抹有耐高温导电胶的一侧相对高压高温压合，冷却得到成品，耐高温导电胶可以采用DB2012铜粉导电胶。所述保温衔接层与石墨烯电热膜的压合压强为30-45MPa，压合温度为110-120℃。

具体实施例4

所述空心氧化钛粉末的制备方法为：

将TiCl4加入1-丁基-3甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体中搅拌均匀，形成浓度在1.2摩尔/升的TiCl4溶液；

缓慢加入去离子水后静置30小时，待TiCl4水解完全后得到固体沉淀物；

将固体沉淀物交替用去离子水和乙醇重复洗涤四次,离心分离,干燥,培烧,得到的二氧化钛空心球状粉体；得到的粉体如图2所示，粒径大多分布在3-6微米。

采用本发明所述改进的保温石墨烯地暖膜制备方法，通过工序改变，将具备保温反射功能的底膜涂敷形成在找平后的地面表面，不仅能起到隔热保温作用，且填平了凹凸地面，为底层上方的石墨烯地暖膜提供了平坦的施工面，施工过程中金属基材不易变形，地暖施工质量提高。

前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。