專利名稱：一種納米溫度記憶材料及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發明關于一種納米材料，特別關于一種納米溫度記憶材料及其制備方法和應用。
背景技術：
目前，對外界刺激能產生智能響應的纖維和紡織品的研究和開發已引起人們的極大關注，一些專家將機敏紡織品(smart textiles)看作是紡織服裝工業的未來。而導電纖維和織物已成為這類紡織品開發的基礎，其研究和應用已不僅僅局限于消除靜電和吸收電磁波，當聚合物基體中摻入一定量的導電粒子(如碳黑、石墨、金屬氧化物等)后，可以制成具有PTC效應(即Positive Tempera ture Coefficient)的有機PTC材料。這種材料的顯著特點是電阻隨溫度呈非線性變化，并在臨界組成區域表現出獨特的PTC特性，隨溫度變化材料的結構和性能具有可回復性，當溫度升高或降低，材料能自動沿曲線進行自我調節，因此，有人將其稱為“溫度記憶材料”。利用這一特性制成的自控加熱元件，在施加一定交流或直流電壓后，能迅速升溫，并恒定在預定溫度，從而起到一種“智能化”的調溫功能和靈敏的“開關”效應。用作高分子復合材料的導電填料主要有金屬粉末和碳黑兩大類。其品種有金屬纖維(不銹鋼纖維、銅纖維、鋁纖維、鎳纖維等)、有機導電纖維。有機導電纖維又包括普通紡織纖維鍍金屬、普通紡織纖維鍍碳；碳黑、石墨、金屬或金屬氧化物等導電性物質與普通高聚物共混或復合紡絲制成的導電纖維；導電高分子直接紡絲制成的有機導電纖維。但在實際應用中發現，不論采用共混或復合紡絲及涂覆于纖維表面等辦法，仍存在有機導電纖維紡絲或混紡困難，纖維受到摩擦或彎折時碳黑及金屬粉末易脫落，導電導熱性能下降，因此并未得到廣泛應用。采用導電填料中的金屬粉末易表面氧化、制品遇水易腐蝕以及填充量偏高(高于納米類碳黑類材料50％)，價格昂貴等缺點，使其在應用上受到了很大限制。而碳黑類導電填料較金屬粉末類來源豐富、價格低廉、不易氧化，因此一般PTC材料都采用碳黑導電材料。本發明區別于以上方法，采用涂層、浸漬、浸軋整理或與其它材料混合應用的辦法，將納米溫度記憶材料應用于紡織面料、導電面料、服裝服飾、家用紡織品、橡塑材料、電纜材料、復合材料、及室內外裝飾工程材料中。通過以上原理將導電碳黑制成上述半導電材料，當半導電材料施加一定的交流或直流電壓后，該材料消耗電能而迅速發熱升溫，電能轉化熱能，碳黑的電熱轉換率非常快，當溫度不斷升高后，半導電材料受熱膨脹，但導電碳黑粒子體積膨脹率小于半導電材料膨脹率，造成導電粒子之間距離加大，半導電材料電阻逐步增加，當溫度繼續升高到一定的數值時，電阻急劇增加甚至無窮大，半導電材料幾乎絕緣形成斷路，電流很小，溫度下降。當溫度降低時，導電粒子之間距離減少，半導電材料的電阻減少，電流增加，溫度上升。經過上述多次反復，并將溫度恒定在預定的范圍時，從而達到一種智能化的具有溫度記憶特征的自動和控溫材料。為保證納米溫度記憶材料的質量，同時，需解決納米碳黑粉體在使用中分散性不勻，易發生團聚的問題。以上問題會導致納米碳素膠混合體系不穩定，甚至產生顆粒，不能有效發揮納米溫度記憶材料的應有作用和效果發明內容本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供(1)一種納米溫度記憶材料；(2)一種納米溫度記憶材料制備方法；(3)納米溫度記憶材料應用。本發明的目的是通過以下技術方法來實現的通過納米技術對碳黑類材料進行納米微粉化，因為導電率的高低與碳黑粒子大小及其分布、形狀、結構、孔隙度有關，當碳黑材料達到納米尺度后，比表面積增大，表面原子數，表面能和表面張力隨著粒徑的下降急劇增加，表現出如小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應及宏觀量子隧道效應等納米特性導致材料的各項性能不同于正常粒子，碳黑粒子越小，有利于形成鏈式導電結構，可大大改變和提高其導電導熱性能。對納米碳黑顆粒進行表面改性處理，其方法有等離子處理法或氣相沉積法、微波等離子體聚合法等方法。可改善納米碳黑粒子表面物理化學性質、改變和提高碳黑粒子與基體的界面結合能力和相容性及導電性能。另外進行分散處理，其方法有超聲分散或機械分散、潤濕分散等方法。分散度越大，其導電率越高。通過上述辦法，制備穩定的納米碳黑粉體與水溶性涂層膠，能有效解決納米溫度記憶材料在涂層或浸漬、浸軋中分散性不勻和易團聚問題。
碳黑類材料(國內市場有售)主要選用導電類碳黑、乙炔碳黑、石墨碳黑、爐法碳黑、槽法碳黑。本發明采用導電性好的特導電碳黑或乙炔碳黑、石墨碳黑等，通過納米技術將碳黑納米粉體化，其粒徑為30-200nm，比電阻0.5Ω.cm，比表面積＞100m2/g，采用物理化學的方法對納米碳黑粉體實施機械形式的表面改性和分散處理。
本發明納米材溫度記憶料按重量百分比該組合物主要由以下組分組成納米碳黑粉體5～70％表面改性劑 0.1％～3％分散劑 0.1％～3％
水溶性粘合劑1％～7％純凈水 余量。
表面改性劑選自鈦酸酯或硬脂酸。
分散劑選自聚羧酸鈉鹽型共聚物、聚羧酸銨鹽型共聚物、含氧基共聚物中的一種或其混合物。
水溶性粘合劑選自聚氨酯、丙稀酸聚合物、乙烯氯乙烯聚合物、聚酰胺聚合物、聚酯聚合物、丁苯聚合物。
本發明納米溫度記憶材料的制法5-70％的納米碳黑粉體加入0.1％-3％的表面改性劑(表面改性劑選自鈦酸酯或硬脂酸)對納米碳黑粒子表面進行化學吸附，通過高速攪拌進行攪拌、過濾、干燥、粉碎、篩分等工藝進行表面改性，攪拌速度2500轉～3000轉/分鐘，時間3～6小時。然后進行分散處理，分散處理前，加入1％-7％的水溶性粘合劑(含固量30-50％，粘度800-4000mpa.s水溶性粘合劑選自聚氨酯、丙稀酸聚合物、乙烯氯乙烯聚合物、聚酰胺聚合物、聚酯聚合物、丁苯聚合物)與純凈水(余量)進行混合均勻，再加入分散劑0.1～3％(分散劑選自聚羧酸鈉鹽型共聚物、聚羧酸銨鹽型共聚物、含氧基共聚物中的一種或其混合物)，將上述的混合物(改性后的納米碳黑材料、粘合劑與水、分散劑)一齊置于振動球磨機中，采用振動球磨機分散，振動球磨機轉速3000轉～4000轉/分鐘，時間15-20小時。制成水溶性的納米溫度記憶材料，該材料呈黑色水溶性液體，粘度100-500mpa.s，耐熱溫度＜150℃，耐低溫＜-10℃，PH值為7-8。
本發明所公開納米溫度記憶材料，其優點表現在1.工藝先進，可操作性強，可用于各類紡織面料、導電面料、室內外裝飾工程材料、橡塑材料、電纜材料、防凍材料、復合材料、服裝服飾、家用紡織品等的涂層及浸漬、浸軋整理或與其它材料混合應用。
2.通過納米溫度記憶材料開發的各種材料、產品其穩定性好，耐折彎和耐摩擦性好，導電導熱性能好，可替代空調、水暖、氣暖，能耗和綜合費用低，節能是空調的50％以上，遠紅外發射率＞80％，蓄熱功能好，保溫時間是供熱時間的4倍以上，節能效果顯著。
3.原料來源豐富，碳黑材料不易氧化、遇水不腐蝕，填充量是金屬粉末類的50％左右，價格低廉，投入成本低，且安全可靠，無毒無味，無腐蝕，無噪音。
4.納米溫度記憶材料可產生遠紅外和負離子功能，有效阻隔電磁波，對人體健康十分有益且環保無污染。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步描述。
實施例150g的納米碳黑粉體(華光HG-1P型粉狀特導電碳黑，由山東淄博市臨淄華光化工廠提供其粒徑30～200nm，比電阻0.5Ω.cm，比表面積＞100m2/g)加入1g的鈦酸酯，采用高速攪拌機進行表面改性，轉速3500轉/分，時間3小時，然后進行分散處理。分散處理前，先將10g的聚氨酯(含固量30-50％，粘度800-4000mpa.s)與919g純凈水混合均勻，再將30g的聚羧酸鈉鹽型共聚物及上述混合物一齊置于振動球磨機中分散處理，振動球磨機轉速4000轉/分，時間15小時，即制成水溶性的納米溫度記憶材料，該材料呈黑色水溶性液體，粘度500mpa.s，耐熱溫度＜150℃，耐低溫＜-10℃，PH值為7-8。
實施例2700g的納米碳黑粉體(華光HG-1P型粉狀特導電碳黑，由山東淄博市臨淄華光化工廠提供其粒徑30～200nm，比電阻0.5Ω.cm，比表面積＞100m2m2/g)，加入20g的硬脂酸，采用高速攪拌機進行表面改性，轉速3000轉/分，時間4小時，然后進行分散處理。分散處理前，先將70g的丙稀酸聚合物粘合劑(含固量30-50％，粘度800-4000mpa.s)與119g的純凈水混合均勻，再將1g的聚羧酸鈉鹽型共聚物及上述混合物一齊置于振動球磨機中分散處理，振動球磨機轉速3000轉/分，時間20小時，即制成水溶性的納米溫度記憶材料，該材料呈黑色水溶性液體，粘度100mpa.s，耐熱溫度＜150℃，耐低溫＜-10℃，PH值為7-8。
實施例3240g的納米碳黑粉體乙炔碳黑，武漢金丹乙炔碳黑廠提供其粒徑30～200nm，比電阻1.9Ω.m，比表面積＞100m2/g)加入8g的鈦酸酯，采用高速攪拌機進行表面改性，轉速2500轉/分，時間5小時，然后進行分散處理。分散處理前，先將32g的聚酰胺聚合物粘合劑(含固量30-50％，粘度800-4000mpa.s)與504g的純凈水混合均勻，再將64g的含氧基共聚物及上述混合物一齊置于振動球磨機中分散處理，振動球磨機轉速3500轉/分，時間17小時，即制成水溶性的納米溫度記憶材料，該材料呈黑色水溶性液體，粘度200mpa.s，耐熱溫度＜150℃，耐低溫＜-10℃，PH值為7-8。
實施例4245g的納米碳黑粉體(華光HG-1P型粉狀特導電碳黑和乙炔碳黑各占50％，由山東淄博市臨淄華光化工廠和武漢金丹乙炔碳黑廠提供其粒徑30～200nm，比電阻0.5Ω.cm，比表面積＞100m2/g)加入21g的硬脂酸，采用高速攪拌機進行表面改性，轉速3200轉/分，時間5小時，然后進行分散處理。分散處理前，先將35g的乙烯氧乙烯聚合物粘合劑(含固量30-50％，粘度800-4000mpa.s)與392g的純凈水混合均勻，再將7g聚羧酸鈉鹽型共聚物、聚羧酸銨鹽型共聚物、含氧基共聚物混合物及上述混合物一齊置于振動球磨機中分散處理，振動球磨機轉速3800轉/分，時間19小時，即制成水溶性可涂層的納米溫度記憶材料，該材料呈黑色水溶性液體，粘度200mpa.耐熱溫度＜150℃，耐低溫＜-10℃，PH值為7-8。
權利要求
1.一種納米溫度記憶材料，其特征在于按重量百分比該組合物主要由以下組分組成納米碳黑粉體 5～70％表面改性劑 0.1％～3％分散劑 0.1％～3％水溶性粘合劑 1％～7％純凈水 余量。
2.根據權利要求1的納米溫度記憶材料，其特征在于選自鈦酸酯或硬脂酸作為表面改性劑。
3.根據權利要求1的納米溫度記憶材料，其特征在于分散劑選自聚羧酸鈉鹽型共聚物、聚羧酸銨鹽型共聚物、含氧基共聚物中的一種或其混合物。
4.根據權利要求1的納米溫度記憶材料，其特征在于水溶性粘合劑選自聚氨酯、丙稀酸聚合物、乙烯氯乙烯聚合物、聚酰胺聚合物、聚酯聚合物、丁苯聚合物。
5.根據權利要求1的納米溫度記憶材料的制備方法，包括以下步驟(1)5～70％的納米碳黑粉體加入0.1％～3％的表面改性劑，采用高速攪拌機進行表面改性；(2)加入1％～7％的水溶性粘合劑；(3)加入純凈水；(4)水溶性粘合劑與純凈水混合均勻；(5)加入0.1～3％的分散劑；(6)將上述混合物置于振動球磨機中進行分散處理。
6.根據權利要求5的制備方法，其特征在于表面改性劑選自鈦酸酯或硬脂酸。
7.根據權利要求5的制備方法，其特征在于分散劑選自聚羧酸鈉鹽型共聚物、聚羧酸銨鹽型共聚物、含氧基共聚物中的一種或其混合物。
8.根據權利要求5的制備方法，其特征在于水溶性粘合劑選自聚氨酯、丙稀酸聚合物、乙烯氯乙烯聚合物、聚酰胺聚合物、聚酯聚合物、丁苯聚合物。
9.根據權利要求5的制備方法，其特征在于高速攪拌機轉速2500轉～3500轉/分鐘，時間3～6小時。
10.根據權利要求5的制備方法，其特征在于振動球磨機轉速3000轉～4000轉/分鐘，時間15～20小時。
11.根據權利要求5的制備方法，其特征在于制成的水溶性納米溫度記憶材料粘度100～500mpa.s。
12.根據權利要求1的納米溫度記憶材料在導電面料及室內外裝飾工程材料、服裝服飾涂層中應用。
全文摘要
本發明涉及一種納米溫度記憶材料及其制備方法和應用。納米溫度記憶材料制備方法包括以下步驟(1)5～70％的納米碳黑粉體加入0.1％～3％的表面改性劑，采用高速攪拌機進行表面改性；(2)加入1％～7％的水溶性粘合劑；(3)加入純凈水；(4)水溶性粘合劑與純凈水混合均勻；(5)加入0.1～3％的分散劑；(6)將上述混合物置于振動球磨機中進行分散處理。本發明所公開納米溫度記憶材料，其優點表現在該材料具有顯著的“溫度記憶”自控溫功能，制成的溫度記憶材料其工藝先進，可操作性強，可用于各類紡織面料、導電面料、室內外裝飾工程材料。
文檔編號D06N7/06GK1730802SQ20051002944
公開日2006年2月8日 申請日期2005年9月6日 優先權日2005年9月6日
發明者潘躍進, 吳東來, 魏征 申請人:上海中大科技發展有限公司