一种固体聚合物电解质及其制备方法和应用与流程

本申请涉及自发热材料，更具体地说，它涉及一种固体聚合物电解质及其制备方法和应用。

背景技术：

1、自发热体，通指具有自发热特性的材料，主要依赖于化学发热剂与氧气接触产生化学反应而发热，可以应用于人体保暖贴、医用手术保暖垫、医疗保健用加热保温贴剂、女性经期缓解痛经贴、乳房保健、腰椎劲椎病医疗保健、仪器仪表及数码产品便携式加热保暖等诸多领域。

2、相关技术中的自发热体及产品，其主要由铁粉、炭粉、蛭石、树脂、盐等组分以适当比例的配方混合而成，将上述原料装入用多微孔性透氧膜覆无纺布做成的袋子中，外用隔氧的塑料外袋包装，即得；

3、使用时，仅需撕开塑料外袋，待无纺布内袋接触空气，氧气自无纺布的微孔进入并与铁粉发生氧化反应，即可自发产生热量达到保暖功效，但目前56.7％的样品温度特性指标不符合，存在低温烫伤眼部皮肤的风险；

4、即机体长时间接触44-50℃的中等温度的热源，造成从真皮浅层向真皮深层及皮下各层组织的渐进性损害，其中44℃热源持续接触皮肤6h才会致表皮损害起表皮基底层细胞的不可逆性变化，但49℃热源持续接触皮肤3min后可致表皮损害，超过9min表皮将坏死。

5、此外上述蒸汽眼罩产品，其在以水作为氧化反应所必须的原料时，水分易随自发热体的温度升高而蒸发，使得产品的自发热能力也随着减少或丧失，难以有效控制自发热温度及发热时长。因此特提供一种固体聚合物电解质及其制备方法和应用，有效克服了水分的限制。

技术实现思路

1、为克服现有自发热体易受水分限制的缺陷，本申请特提供一种固体聚合物电解质及其制备方法和应用，所使用的固体聚合物电解质可直接利用空气做反应物，并通过产生大量短路电流持续稳定的释放热量。

2、第一方面，本申请提供一种聚合物固体电解质，由30-70wt％的易氧化金属、5-35wt％的炭粉、2-6wt％的电解质以及余量的聚合物粘结剂组成，所述聚合物粘结剂中聚合物的分子量≥300万g/mol。

3、优选的，所述聚合物粘结剂的平均粒径为5-255um、拉伸粘度≥12.0dl/g；所述聚合物粘结剂具体选自：ectfe、etfe、sap、fep、pfa、ptfe、uhmwpe及uhmwpp中的一种或多种。

4、优选的，所述聚合物粘结剂由ptfe、pfa和sap按重量比1:(0.8-1.2):(3-5)组成。

5、优选的，所述易氧化金属为粉末和/或纤维形态；所述易氧化金属选自铁、铝、锌、锰、镁及钙中的一种或多种。

6、优选的，所述易氧化金属为粉末态、粒径为80-400目；

7、所述易氧化金属由95-98wt％的铁、0.1-0.4wt％的镁以及余量的铝组成。

8、优选的，所述炭粉为生物质碳，其比表面积为40-600m2/g。

9、优选的，所述电解质的比表面积为4-50m2/g、体积吸水率5-20％；

10、具体选自：沸石、椰糠、鹿沼土、硅藻土、蛭石、高分子吸水树脂sap中的一种或多种。

11、优选的，所述电解质的粒径为5-200um、溶解度为60-120g/100ml(20℃)，具体选自：kcl、nacl、cacl2、mgcl2中的一种或多种。

12、第二方面，本申请提供一种固体聚合物电解质的制备方法：

13、一种聚合物固体电解质的制备方法，包括以下步骤：

14、s1、混料：先将易氧化金属、炭粉、电解质、电解质按对应重量比进行混料，待充分混合后，再加入固体聚合物粘结剂，制得粉料；

15、s2、压延定型：再将s1中所得粉料辊压成初始厚度为h1的固态原电池膜，后续经n次压延定型，即得所需厚度的固体聚合物电解质。

16、优选的，各步骤具体的参数条件如下：

17、s1、混料：先将易氧化金属、炭粉、电解质、电解质按对应重量份数投入双螺旋混料机中，并以自转50-350rpm、公转2-15rpm的条件混合5-30min，再加入对应重量份数的固体聚合物粘结剂，并在12-1020m/s的线速度下，混合10-60s，制得粉料；

18、s2、压延定型：将s1中所得粉料经料斗输送至加热区后，调节加热辊温度至30-80℃、两辊设置速差比至1:1.05-1:5，经辊压后，即得到初始厚度为h1的固态原电池膜，后续经n组压延机组以3-8％的减薄率压延定型获得所需厚度的固体聚合物电解质。

19、第三方面，本申请提供一种固体聚合物电解质在制备热敷器具中的应用，所述热敷器具包括人体保暖贴、医用手术保暖垫、医疗保健用加热保温贴剂、女性经期缓解痛经贴、乳房保健贴、腰椎劲椎病医疗保健贴、仪器仪表及数码产品便携式加热保暖贴。

20、综上所述，本申请具有以下有益效果：

21、1)本申请中的聚合物粘结剂、炭粉和易氧化金属等组分构成了将金属—空气电池的三要素，多种材料界面相互交联,微观局部可以形成大量以易氧化金属为负极的金属-空气电池,接触空气后产生大量短路电流释放热量,金属离子在聚合物粘结剂中的扩散使释热得以持续；

22、2)本申请中经由混料、多段压延定型制得的固体聚合物电解质，其整体呈片状，利于包装的同时，所得产品的质量稳定均一，均可长效稳定的满足发热需求，且得益于无水分的影响，其使用寿命普遍较长，有效发热温度40-48℃，可维持时间2小时以上；

23、3)以上所提供的固体聚合物电解质，其在制备热敷器具中具有极高的应用价值，所述热敷器具包括但不限于人体保暖贴、医用手术保暖垫、医疗保健用加热保温贴剂、女性经期缓解痛经贴、乳房保健贴、腰椎劲椎病医疗保健贴、仪器仪表及数码产品便携式加热保暖贴等。

技术特征：

1.一种固体聚合物电解质，其特征在于：由30-70wt%的易氧化金属、5-35wt%的炭粉、2-6wt%的电解质以及余量的聚合物粘结剂组成，所述聚合物粘结剂中聚合物的分子量≥300万g/mol。

2.根据权利要求1所述的固体聚合物电解质，其特征在于，所述聚合物粘结剂的平均粒径为5-255um、拉伸粘度≥12.0 dl/g；

3.根据权利要求2所述的固体聚合物电解质，其特征在于，所述聚合物粘结剂由ptfe、pfa和sap按重量比1:(0.3-0.8):(3-6)组成。

4.根据权利要求1所述的固体聚合物电解质，其特征在于，所述易氧化金属为粉末和/或纤维形态；

5.根据权利要求4所述的固体聚合物电解质，其特征在于，所述易氧化金属为粉末态、粒径为80-400目；

6.根据权利要求1所述的固体聚合物电解质，所述炭粉为生物质碳，其比表面积为40-600m2/g。

7.根据权利要求1所述的固体聚合物电解质，所述电解质的粒径为5-200um、溶解度为60-120g/100ml（20℃）；

8.一种固体聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的固体聚合物电解质的制备方法，其特征在于，各步骤具体的参数条件如下：

10.权利要求1-7中任一所述固体聚合物电解质和/或权利要求8-9中任一所述制备方法制得的固体聚合物电解质在制备热敷器具中的应用。

技术总结本申请涉及自发热材料技术领域，尤其涉及一种固体聚合物电解质及其制备方法和应用。聚合物固体电解质，由30‑70wt%的易氧化金属、5‑35wt%的炭粉、2‑6wt%的电解质以及余量的聚合物粘结剂组成，所述聚合物粘结剂中聚合物的分子量≥300万g/mol。本申请通过将聚合物粘结剂、炭粉和易氧化金属共混,获得了一种与空气接触后即可持续稳定释热的复合物。技术研发人员：涂伯乐,贾奎,杨胜贤,刘志海,周黄晴,文潇受保护的技术使用者：上海联净电子科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1