耐高温发热油墨及其制备方法和应用

本发明属于发热油墨，具体涉及一种耐高温发热油墨及其制备方法，还涉及该耐高温发热油墨在制备微晶发热板中的应用。

背景技术：

1、目前的耐高温油墨多用玻璃粉作为主成膜物质和耐高温物质，但是由于玻璃粉固有惰性，其在油墨中分散状态不好从而导致油墨稳定性不佳，而且一般用玻璃粉制备的耐高温油墨不具有导电性能。

2、石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，凭借其优异的导电、导热性能，适合用于制作导电发热材料。现有的石墨烯高温油墨大多为通过石墨烯改性或者在树脂体系中添加耐热填料来提高油墨的耐温性能，但体系中使用的多是有机高分子树脂材料作为粘结剂，其在长时间高温状态下的稳定性较差且会发生变黄开裂等现象。

3、比如在公开号为cn114891389a的中国专利申请中公开了一种石墨烯发热油墨、发热元件及其制备方法，其中油墨中含有石墨烯10～20份、低熔点玻璃粉50～60份、有机载体20～30份等，该申请中提高了油墨的耐温性可以在600℃以下使用，但是由于纳米碳材料石墨烯和低熔点玻璃粉直接机械共混润湿性很差，从而使油墨无法长期稳定保存。

4、又如公开号为cn117487404a的中国专利申请公开了一种耐高温石墨烯导电油墨及其制备方法，其利用糖原使石墨烯包覆玻璃粉，但仍无法改变玻璃粉本身惰性容易发生惰性沉降特性，并且该耐高温石墨烯导电油墨并不能在超过300℃以上的高温环境中使用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的首要目的是提供一种耐高温发热油墨，该耐高温发热油墨能够在600℃以上的高温环境中使用，具有优异的耐高温性能，此外，其还具有优异的导电性能和导热性能、远红外辐射散热性能和抗冲击性能，以及长期储存的稳定性。从而使得使用该耐高温发热油墨制备的涂层具有优异的持续高温发热稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明首先提供了一种耐高温发热油墨，其包括55～65质量份的改性石墨烯浆料和20～35质量份的无机纯水性树脂；其中，所述改性石墨烯浆料中包括20～50wt％的石墨烯改性玻璃粉。

4、进一步方案，所述改性石墨烯浆料中，各组分质量份为：石墨烯改性玻璃粉20～50份、分散剂8～15份、消泡剂0.05～0.3份、ph调节剂0.05～0.3份、去离子水50～60份。

5、进一步方案，所述石墨烯改性玻璃粉为通过改性剂交联的玻璃粉和石墨烯；

6、其中，所述改性剂为结构中含有氨基、羟基、甲氧基、乙氧基、乙烯基、环氧基、丙烯酸酯基、丙烯酰氧基中至少一种基团的化合物。

7、进一步方案，所述改性剂为硅烷偶联剂或木质素偶联剂。

8、进一步方案，所述石墨烯改性玻璃粉的制备，包括以下步骤：

9、(1)将表面活性剂加入氧化石墨的分散液中，液相超声剥离，然后加入改性剂加热机械搅拌获得改性的氧化石墨烯溶液；

10、(2)将玻璃粉加入所述改性的氧化石墨烯溶液中，搅拌反应后，调节ph至4以下，获得氧化石墨烯改性玻璃粉粉体；

11、(3)将氧化石墨烯改性玻璃粉粉体还原后，获得石墨烯改性玻璃粉。

12、进一步方案，所述氧化石墨、表面活性剂、改性剂和玻璃粉的质量比为5～30：0.1～5：1～10：10～30。

13、进一步方案，所述氧化石墨的粒径为3000～5000目；

14、和/或，所述分散液中的溶剂为乙醇、苯、甲苯、二甲苯、丙酮、正己烷、二乙二醇丁醚、聚甲氧基二甲醚、丁醚、醋酸丁酯中的一种；

15、和/或，所述玻璃粉为低熔点无铅玻璃粉，其粒径为3000～8000目，熔点为320～680℃；

16、和/或，所述表面活性剂为pvp、cmc中的至少一种。

17、进一步方案，步骤(1)中，所述液相超声剥离的功率为300～500w，时间为0.5～2h；

18、和/或，所述搅拌的温度为60～80℃，反应时间为0.5～2h；

19、和/或，步骤(2)中，所述搅拌的温度为40～60℃，反应时间为0.5～2h；

20、和/或，步骤(3)中的还原步骤具体为：调节体系ph为8～9，向其中加入还原剂，75～85℃搅拌4h以上，获得石墨烯改性玻璃粉。

21、进一步方案，所述还原剂为水合肼、二甘醇、维生素c、四氢铝锂、硫代硫酸钠、硼氢化钠、酚类或还原性糖。

22、本发明进一步提供了一种如前所述的耐高温发热油墨的制备方法，包括以下步骤：

23、制备改性石墨烯浆料；

24、将所述改性石墨烯浆料与无机纯水性树脂以及其他物料充分混合均匀，获得耐高温发热油墨。

25、进一步方案，所述改性石墨烯浆料是将各物料混合后，先以1000～2500rpm转速分散20～60min，随后再以2700～3500rpm转速研磨3～4h。

26、进一步方案，所述混合均匀是指以1000～2500rpm转速分散20～60min。

27、本发明进一步提供了如前所述的耐高温发热油墨在制备微晶发热板中的应用。

28、本发明进一步提供了一种微晶发热板，包括微晶玻璃板，在所述微晶玻璃板上由内至外依序形成有导电电极、石墨烯发热层和绝缘膜层，其中，所述石墨烯发热层由前所述的耐高温发热油墨涂布形成。

29、本发明的有益效果：

30、本发明的耐高温发热油墨以石墨烯改性玻璃粉作为导电相，以无机纯水性树脂作为粘结剂，一方面，石墨烯改性玻璃粉本身能够很好的悬浮于油墨体系中；另一方面，石墨烯改性玻璃粉表面富余的改性基团通过与无机纯水性树脂之间的锚定作用，可有效的提高油墨的储存稳定性，从而延长油墨的保存期。

31、本发明的耐高温发热油墨属于碳系发热油墨，其固化温度相较于金属类油墨更低，故而有利于节约能耗和成本。该耐高温发热油墨具有优异的耐高温性能、导电性能、导热性能、远红外辐射的散热性能、抗冲击性能及长期储存稳定性。通过该耐高温发热油墨制备的涂层具有优异的持续高温发热稳定性能。

32、本发明中将该耐高温发热油墨用于制备微晶发热板，具有流程制备简单、低成本和可控的膜层电阻持续高温发热稳定性。制得的微晶发热板非常适用于应用在企业、工厂等加热烘干流程工序加热设备中，譬如隧道炉、热烘箱等。

技术特征：

1.一种耐高温发热油墨，其特征在于，其包括55～65质量份的改性石墨烯浆料和20～35质量份的无机纯水性树脂；其中，所述改性石墨烯浆料中包括20～50wt％的石墨烯改性玻璃粉。

2.如权利要求1所述的耐高温发热油墨，其特征在于，所述改性石墨烯浆料中，各组分添加质量份为：石墨烯改性玻璃粉20～50份、分散剂8～15份、消泡剂0.05～0.3份、ph调节剂0.05～0.3份、去离子水50～60份。

3.如权利要求1所述的耐高温发热油墨，其特征在于，所述石墨烯改性玻璃粉为通过改性剂交联的玻璃粉和石墨烯；

4.如权利要求3所述的耐高温发热油墨，其特征在于，所述石墨烯改性玻璃粉的制备，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的耐高温发热油墨，其特征在于，所述氧化石墨、表面活性剂、改性剂和玻璃粉的质量比为5～30：0.1～5：1～10：10～30。

6.如权利要求4所述的耐高温发热油墨，其特征在于，所述氧化石墨的粒径为3000～5000目；

7.如权利要求4所述的耐高温发热油墨，其特征在于，步骤(1)中，所述液相超声剥离的功率为300～500w，时间为0.5～2h；

8.一种如权利要求1-7任一项所述的耐高温发热油墨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求1-7任一项所述的耐高温发热油墨在制备微晶发热板中的应用。

10.一种微晶发热板，其特征在于，包括微晶玻璃板，在所述微晶玻璃板上由内至外依序形成有导电电极、石墨烯发热层和绝缘膜层，其中，所述石墨烯发热层由权利要求1-7任一项所述的耐高温发热油墨涂布形成。

技术总结本发明公开了一种耐高温发热油墨及其制备方法和应用，其包括55～65质量份的改性石墨烯浆料和20～35质量份的无机纯水性树脂；其中，所述改性石墨烯浆料中包括20～50wt％的石墨烯改性玻璃粉。通过在油墨中添加化学键交联的石墨烯改性玻璃粉的改性石墨烯浆料，同时配合无机纯水性树脂，从而有效的提高了油墨耐高温性能、导电性能、导热性能、远红外辐射的散热性能、抗冲击性能以及长期储存稳性。将本发明中的耐高温发热油墨应用在微晶玻璃板上，可获得发热均匀和优异的高温发热稳定性能的微晶发热板，具有广阔应用前景。技术研发人员：张建安,胡秋晨,吴明元,吴庆云,杨建军,刘久逸受保护的技术使用者：安徽大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1