本发明专利技术涉及一种改性石墨烯/纳米纤维素导电功能涂料及其制备方法和应用，属于功能涂料技术领域。本发明专利技术的导电功能涂料由质量比为1：0.025‑0.1：1‑10的9‑蒽甲酸改性多层石墨烯、绝干纳米纤维素和水组成，其中：所述绝干纳米纤维素是以蔗渣浆为主要原料，用微射流高压均质法制备而成。本发明专利技术利用9‑蒽甲酸对多层石墨烯进行非共价键改性，具有效率高、成本低的优点，且改性后的石墨烯表面有较多羧基，与纳米纤维素可形成分散性优异的导电涂料。另外，本发明专利技术使用的纳米纤维素、石墨烯和纸基材料三者之间有很好的附着性能，并进一步进行PLA淋膜处理，由此制备的导电加热食品卡纸可在通电条件下用于食品加热，且对食品无危害。
【技术实现步骤摘要】
一种改性石墨烯/纳米纤维素导电功能涂料及其制备方法和应用
本专利技术属于功能涂料
，具体涉及一种改性石墨烯/纳米纤维素导电功能涂料及其制备方法和应用。
技术介绍
方便食品具有携带方便、食用方便、价格便宜等特点，近年来越来越多的受到人们的青睐，其品种花样也越来越多。但方便食品一般均是凉食型食品，很多时候凉食型食品不符合人们的饮食要求。而加热方便食品往往又不太方便，如需要专门的加热装置和热源等，所以人们在外出旅行、躲避自然灾害、野营等环境时，难以吃到可口的热食，因此，开发自热食品包装是食品包装行业的新动向之一。具有保温和加热功能的食品卡纸的作用原理主要是制备电阻等物理性能适合的涂料，并在食品卡纸上进一步制作功能性加热涂布层，并通过对加热层通电，使电能转换为热能，加热层升温达到合适保温和加热食物的温度。具有保温和加热功能食品卡纸制备主要需要有以下两个方面的核心问题：1)具有保温和加热功能的涂料的开发与制备，并使最终制备的功能性加热层与卡纸结合紧密、附着性能好，且电阻易于调控；2)采用涂布方式制备功能性保温和加热层，结合功能性涂料的性能，确认合适的涂布工艺。对于加热食品，最理想的状态是加热温度维持于35-80℃，可使食物处于良好的加热状态。此外，食品卡纸的升温速率快慢直接影响到加热的效率。因此，食品卡纸在通电后的升温速率快慢和最终温度是否维持在35-80℃是本专利技术的主要技术指标，本专利技术主要通过对涂料组分、涂层厚度、供电电压等进行控制，以开发食品卡纸升温性能的调控技术。而目前的相关研究中，均未见有文献报道相关的解决方案。基于上述理由，特提出本申请。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种改性石墨烯/纳米纤维素导电功能涂料及其制备方法和应用。本专利技术采用纳米纤维素和改性石墨烯等材料为主要组分开发功能涂料，所开发的功能涂料具有可调控的电阻，使之适用于涂布，以高效制备导电保温和加热层。为了实现本专利技术的上述第一个目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种改性石墨烯/纳米纤维素导电功能涂料，由9-蒽甲酸改性多层石墨烯、绝干纳米纤维素和水组成；所述9-蒽甲酸改性多层石墨烯、绝干纳米纤维素和水的质量比为1：0.025-0.1：1-10。进一步地，上述技术方案，所述导电加热涂料的固含量优选为30-40％。进一步地，上述技术方案，所述9-蒽甲酸改性多层石墨烯采用如下方法制得：按配比将9-蒽甲酸溶于无水乙醇中，获得9-蒽甲酸乙醇溶液，然后将多层石墨烯加入到所述9-蒽甲酸乙醇溶液中，常温超声分散均匀，过滤得到非共价键改性的多层石墨烯，即9-蒽甲酸改性多层石墨烯。具体地，上述技术方案，所述常温是指四季中自然室温条件，不进行额外的冷却或加热处理，一般常温控制在10-30℃，最好是15-25℃。优选地，上述技术方案，所述9-蒽甲酸乙醇溶液中，9-蒽甲酸的浓度为2-20g/L。优选地，上述技术方案，所述多层石墨烯与9-蒽甲酸的质量比为1：2-20。优选地，上述技术方案，所述超声分散时间为30-50min。本专利技术上述所述的9-蒽甲酸改性多层石墨烯具体是非共价键改性的多层石墨烯。上述改性机理如下：9-蒽甲酸通过π-π键吸附于多层石墨烯表面，羧基可使多层石墨烯在涂料体系中具有更好的分散性。进一步地，上述技术方案，所述绝干纳米纤维素是以蔗渣浆为主要原料，用微射流高压均质法制备而成，具体如下：将质量浓度为0.5-1％的蔗渣浆进行充分打浆，使打浆度达到85-90°SR，然后用微射流均质机进行均质处理，获得纳米纤维素悬浮液，再将所得纳米纤维素悬浮液冷冻干燥，获得绝干纳米纤维素。优选地，上述技术方案，所述均质处理的压力为80-100MPa，均质处理的次数为10-20次。优选地，上述技术方案，所述冷冻干燥的温度为-40℃～-10℃，干燥时间为12～36h。本专利技术的第二个目的在于提供上述所述改性石墨烯/纳米纤维素导电功能涂料的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：将9-蒽甲酸改性多层石墨烯、绝干纳米纤维素和水按质量比为1：0.025-0.1：1-10的配比混合，超声分散均匀，获得所述的改性石墨烯/纳米纤维素导电功能涂料。优选地，上述技术方案，所述超声分散时间为30-60min。本专利技术的第三个目的在于提供上述所述改性石墨烯/纳米纤维素导电功能涂料的涂料的应用，可用于制备具有保温和加热功能的食品卡纸。本专利技术采用的各原料组分作用如下：石墨烯是导电涂料的主要组成成分，其比重的大小决定了导电功能涂层的电阻，进而影响食品卡纸的升温性能；由于单纯石墨烯作为涂料与纸张之间的结合力不理想，本专利技术采用纳米纤维素作为粘结剂，一方面使石墨烯在纸张上形成涂层，另一方面纳米纤维素的比重多少可调节涂料的黏度，使涂料性能更易于调控。与现有技术相比，本专利技术涉及的一种改性石墨烯/纳米纤维素导电功能涂料及其制备方法和应用具有如下有益效果：(1)本专利技术对多层石墨烯进行了9-蒽甲酸改性，该方法为非共价键改性法，具有效率高、成本低的优点，改性后的石墨烯表面有较多羧基，与纳米纤维素(含有羧基)可形成分散性优异的导电涂料，也有益于产品导电性能的提升与控制。(2)本专利技术中采用的纳米纤维素、纸基材均以及PLA淋膜采用天然可降解植物纤维原料，对比有机高分子膜，本产品对环境的污染较小。(3)本专利技术开发的导电功能涂料可通过纳米纤维素的添加量调节涂料的黏度；且通过与造纸工艺的结合，产品的加工工艺成熟且成本较低；辊式涂布工艺所制备的涂层厚度稳定，易于生产导电性能稳定的产品，且生产效率高。(4)本专利技术使用的纳米纤维素、石墨烯和纸基材料三者之间有很好的附着性能，并进一步进行PLA淋膜处理，由此制备的导电加热食品卡纸可在通电条件下用于食品加热，且对食品无危害。附图说明图1为本专利技术制备改性石墨烯/纳米纤维素导电功能涂料的工艺流程图。图2为利用本专利技术制备的导电功能涂料制备具有保温和加热功能的食品卡纸的工艺流程图。图3为本发具有保温和加热功能的食品卡纸进行不同易撕线设计的四封边包装的结构示意图。具体实施方式下面通过实施案例对本专利技术作进一步详细说明。本实施案例在以本专利技术技术为前提下进行实施，现给出详细的实施方式和具体的操作过程来说明本专利技术具有创造性，但本专利技术的保护范围不限于以下的实施案例。根据本申请包含的信息，对于本领域技术人员来说可以轻而易举地对本专利技术的精确描述进行各种改变，而不会偏离所附权利要求的精神和范围。应该理解，本专利技术的范围不局限于所限定的过程、性质或组分，因为这些实施方案以及其他的描述仅仅是为了示意性说明本专利技术的特定方面。实际上，本领域或相关领域的技术人员明显能够对本专利技术实施方式作出的各种改变都涵盖在所附权利要求的范围内。为了更好地理解本专利技术而不是限制本专利技术的范围，在本申请中所用的表示用量、百分比的所有数字、以及其他数值，在所有本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种改性石墨烯/纳米纤维素导电功能涂料，其特征在于：由9-蒽甲酸改性多层石墨烯、绝干纳米纤维素和水组成；所述9-蒽甲酸改性多层石墨烯、绝干纳米纤维素和水的质量比为1：0.025-0.1：1-10。/n
【技术特征摘要】
1.一种改性石墨烯/纳米纤维素导电功能涂料，其特征在于：由9-蒽甲酸改性多层石墨烯、绝干纳米纤维素和水组成；所述9-蒽甲酸改性多层石墨烯、绝干纳米纤维素和水的质量比为1：0.025-0.1：1-10。
2.根据权利要求1所述的改性石墨烯/纳米纤维素导电功能涂料，其特征在于：所述导电加热涂料的固含量优选为30-40％。
3.根据权利要求1所述的改性石墨烯/纳米纤维素导电功能涂料，其特征在于：所述9-蒽甲酸改性多层石墨烯采用如下方法制得：
按配比将9-蒽甲酸溶于无水乙醇中，获得9-蒽甲酸乙醇溶液，然后将多层石墨烯加入到所述9-蒽甲酸乙醇溶液中，常温超声分散均匀，过滤得到非共价键改性的多层石墨烯，即9-蒽甲酸改性多层石墨烯。
4.根据权利要求3所述的改性石墨烯/纳米纤维素导电功能涂料，其特征在于：所述9-蒽甲酸乙醇溶液中，9-蒽甲酸的浓度为2-20g/L。
5.根据权利要求3所述的改性石墨烯/纳米纤维素导电功能涂料，其特征在于：所述多层石墨烯与9-蒽甲酸的质量比为1：2-20。
6....
【专利技术属性】
技术研发人员：赵磊，黄晔，王晓明，周启新，赵春风，
申请(专利权)人：衢州五洲特种纸业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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