[发明专利]一种碳纳米管-水溶性聚合物复合柔性电热薄膜、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性电热薄膜及其制备方法，尤其涉及一种碳纳米管-聚合物复合柔性电热薄膜及其制备方法，所述复合电热薄膜使用水分散的碳纳米管与水溶性聚合物制备而得。

背景技术

自从碳纳米管被发现以来，以其优异的力学、热学、电学等性质受到广泛的研究应用。其中以碳纳米管作为添加剂改性高聚物性质是研究热点之一。在碳纳米管聚合物基复合材料中，主要存在碳纳米管分散不均及碳纳米管与高聚物材料界面结合能力低等主要问题。为提高碳纳米管分散性及碳纳米管与高聚物的界面结合性能，往往对碳纳米管进行表面改性。其中比较常见的如对碳纳米管进行强酸处理，在碳纳米管表面接枝亲水性官能团，从而取得水溶性碳纳米管。这种方法处理过程中产生的废酸等往往对环境造成污染破坏，增加了处理回收成本，并且由于是化学功能化碳纳米管，会对碳纳米管表面结构造成较大的破坏，影响碳纳米管本征的力学、电学等性质，如造成碳纳米管聚合物复合材料的电学性质降低，不利于在电学方面的使用。而另一种方法是使用表面活性剂对碳纳米管进行表面修饰，使碳纳米管分散在水溶液或者有机溶剂中，由于表面活性剂表面修饰改性碳纳米管，没有对碳纳米管表面结构造成破坏，使得碳纳米管的理化性质得以保持，如碳纳米管表面共轭结构的完整使其电学性质得以保持，能更好地提高制备的碳纳米管复合材料的电导率等电学性质。

近年来由于环境友好的理念日渐深入人心，以水作为溶剂的水溶性聚合物逐渐受到人们的重视，例如早在2003年美国胶黏剂中水溶性已占62%。水溶性聚合物以水代替了有机溶剂，不仅可以满足无VOC(挥发性有机化合物)排放的环保要求，而且廉价安全，同时可以得到与有机溶剂型相似的形态，在基本不改变有机溶剂型使用工艺前提下保持有机溶剂型的产品性能。水溶性聚合物综合性能优良并且安全环保，因而其应用范围涉及涂料，粘接料，灌装材料等许多领域，在建筑、家具、皮革、纺织、汽车、印刷等部门使用越来越普遍，已成为新兴领域。

电热材料是指通过自身电阻将电能转换为热能的一种材料，主要包括金属及半导体等。然而传统的金属或半导体电热材料由于具有室温下不易变形、电阻率过小易导致过热、密度较大、人体亲和性低甚至可能有害等缺点而受到使用限制。因此开发出一种质轻、柔性、人体亲和性高的电热材料成为迫切需要。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种碳纳米管-水溶性聚合物复合柔性电热薄膜，所述复合柔性电热薄膜低电压下能快速发热升温，具有良好的柔性，可任意弯曲，并可通过调节碳纳米管含量以及复合柔性电热薄膜的尺寸得到具有不同发热升温效果的碳纳米管-水溶性聚合物复合柔性电热薄膜。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种碳纳米管-水溶性聚合物复合柔性电热薄膜，所述电热薄膜包括水溶性聚合物基体以及分散于基体中的碳纳米管。

所述碳纳米管优选为表面活性剂修饰的碳纳米管，表面活性剂修饰的碳纳米管在水溶性聚合物基体中形成大量导电网络结构，不同碳纳米管含量的电热薄膜具有不同的电阻率，通过调节电阻率以及电热薄膜尺寸得到具有不同发热升温效果的碳纳米管-水溶性聚合物复合柔性电热薄膜。

所述碳纳米管可以为单壁碳纳米管（SWNTs）、双壁碳纳米管（DWNTs）和多壁碳纳米管（MWNTs）中的任意一种或者至少两种的混合物。所述混合物例如MWNTs和DWNTs的混合物，DWNTs和SWNTs的混合物，MWNTs和SWNTs的混合物，MWNTs、DWNTs和SWNTs的混合物。

所述电热薄膜由水溶性聚合物基体以及分散于基体中的表面活性剂修饰的碳纳米管组成，以电热薄膜的质量为100wt%计，所述表面活性剂修饰的碳纳米管的质量为0~95wt%，不包括0wt%，优选4~90wt%，进一步优选8~85wt%。所述表面活性剂修饰的碳纳米管的质量为2wt%、5wt%、10wt%、15wt%、20wt%、25wt%、30wt%、40wt%、50wt%、60wt%、70wt%、75wt%、80wt%、85wt%、90wt%、92wt%、94wt%。

电热薄膜中的碳纳米管的质量可调（0~95wt%，不包括0wt%），可以实现高碳纳米管含量聚合物基复合材料的制备。