一种低表面能钛加热丝的制作方法

本实用新型属于电子烟材料领域，具体涉及到一种具有低烟油粘附的低表面能钛加热丝及其制备方法。

背景技术：

香烟燃烧时所产生的烟雾中至少含有2000余种有害成分，其中如多环芳烃的苯并芘、苯并蒽,亚硝胺、镉、砷、β-萘胺等有致癌作用,香烟烟雾中的促癌物有氰化物、邻甲酚、苯酚等。吸烟时，香烟烟雾大部分吸入肺部，小部分与唾液一起进入消化道。烟中有害物质部分停留在肺部，部分进入血液循环，流向全身。香烟烟雾中的有害成分包括一氧化碳、尼古丁等生物碱、胺类、腈类、醇类、酚类、烷烃、烯烃、羰基化合物、氮氧化物、多环芳烃、杂环族化合物、重金属元素、有机农药等，它们具有多种对人体有害的生物学作用。随着人们对传统烟草在燃烧过程中所产生的有害物质的认识的不断加深，电子烟等新型烟草不断被开发出来，并得到了快速的发展。与传统香烟相比，电子烟有很多优点，电子烟液经过提炼，不产生有毒烟雾，不含对人体有害的一氧化碳，它被加热后化成蒸汽一部分进入到人体的肺部，另一部分被呼出到空气中，烟雾中的微粒和焦油，没有致癌物质；电子烟不会对他人产生二手烟的危害及污染环境；电子烟充电使用，不经过燃烧，使用方便简单，无火灾隐患；电子香烟能满足吸烟者对尼古丁的需求，高低不同浓度的烟油，以及多种口味，可满足多个层次的烟民爱好者。电子烟通过高科技硅芯片和气流感应器控制烟雾输出量及工作状态，烟碱被雾化，将含有烟碱和香精的溶液雾化成微粒，通过肺部吸收，同时吐出模拟烟雾。

在加热过程中，电子烟液中的部分组分会在高温的作用下发生交联糊化在加热丝表面形成积碳，一方面会影响加热丝的热传导效率，另一方面，糊化后的产物积碳会产生特殊的气味，影响使用者的感官体验。电子烟常用的加热丝材料钛丝，目前还没有关于电子烟用钛丝的减少烟油粘附形成积碳的相关报道。为解决上述问题提出本实用新型。

技术实现要素：

针对目前大多数电子烟用钛丝在工作过程中易发生烟油在其上糊化等问题，本实用新型提出一种具有低烟油粘附效果的低表面能层钛加热丝及其制备方法。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型第一方面提供一种钛加热丝，其包括在钛丝表面的阳极氧化层、和在所述阳极氧化层表面的溶胶凝胶层。

优选地，烟油对所述钛加热丝的接触角大于150°且烟油粘在所述钛加热丝表面的粘附量低于5wt％。

优选地，所述钛加热丝材料为钛及钛合金中的一种，其阻值为0.1～2ω。

优选地，所述阳极氧化层具有微纳米孔结构。

优选地，所述溶胶凝胶层为硅化合物、氟化合物或两者的混合物形成的层。

本实用新型第二方面公开了所述钛加热丝的制备方法，包括以下步骤：

①将钛丝置于含氟阴离子溶液中，以其为阳极施加10-100v的电压0.1-4小时后，用蒸馏水洗涤干燥后得到具有阳极氧化层的钛丝；含氟阴离子的物质为hf、kf、naf和nh4f中的一种或几种，溶剂为水、乙二醇、甲酰胺、甲基酰胺以及二甲基亚砜中的一种或几种；含氟阴离子溶液浓度为0.1-1.0wt％。

②将溶剂、冰醋酸、hcl、成膜成分以及去离子水混合1～48h后再陈化1～14天，得到溶胶凝胶溶液；

③将步骤②得到溶胶凝胶溶液涂覆到步骤①得到具有阳极氧化层的钛丝表面，晾干后在60～180℃下干燥1～6h，即得所述的钛加热丝。

优选地，步骤②溶胶凝胶溶液中各物质的质量比为：溶剂70～95、冰醋酸0.1～5、hcl(0.01m)1～5、成膜成分0.5～20、去离子水0.1～10；所述溶剂为乙醇，或乙醇与甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、正己醇、乙二醇、乙二醇甲醚、乙二醇单甲醚、丙二醇或丙二醇二甲醚中的一种或多种的混合物；所述成膜物质为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、三氟丙基三乙氧基硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷，三氟丙基甲基二甲氧基硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷中的一种或多种。优选地，步骤②的溶胶凝胶溶液中还含有质量比为0.1～5的柔韧剂和0.1-2的偶联剂；所述柔韧剂为二甲基二甲氧基硅烷、二乙基二甲氧基硅烷、二乙基二乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、三甲基甲氧基硅烷或三甲基乙氧基硅烷中的一种或多种；所述偶联剂为kh550或kh560一种，其中kh550为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，kh560为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。

优选地，步骤①的钛丝置于含氟阴离子溶液之前还包括将钛加热丝依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，并用氮气进行风干。

本实用新型第三方面公开所述钛加热丝用于电子烟低烟油粘附的用途。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型的钛加热丝表面的表面能低，能明显减少烟油粘附。使用一段时间后本实用新型的钛加热丝表面积碳量很少，能够满足电子烟烟油加热的需要。

2、本实用新型的钛加热丝表面由于有阳极氧化层，不仅使溶胶凝胶层与基底钛丝结合力增强，而且表面能明显降低，可以明显降低电子烟油的粘附量和积碳量。而溶胶凝胶层直接涂覆于钛丝表面，钛加热丝的表面能降低不够明显，烟油的粘附量和积碳量较多。

3、本实用新型的阳极氧化步骤简单，溶胶凝胶溶液可通过喷涂或浸涂方式涂覆于阳极氧化后的钛丝表面。本实用新型的制备方法简单。

附图说明

图1为钛丝阳极氧化后的表面形貌。

图2电子烟油在本实用新型的钛加热丝表面的接触角。

图3本实用新型钛加热丝在电子烟油中通电工作后的表面粘附图。

具体实施方式

实施例1

将钛丝依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，并用氮气进行风干，然后将钛丝置于0.5wt％的氟化铵的乙二醇溶液中，用其做阳极施加10v的电压在搅拌的状态反应10分钟。完毕后取出钛加热丝，用去离子水将其上的溶液冲洗干净，再在鼓风干燥箱中干燥水分，得具有阳极氧化层的钛丝。如图1所示，其上微纳米孔结构。

溶胶凝胶涂层的制备：在三口瓶中依次加入乙醇30ml，冰醋酸0.9ml，正己醇2ml，hcl(0.01m)5ml，甲基三乙氧基硅烷5ml，kh550为0.5ml，常温下搅拌混合均匀，然后加入0.2g的去离子水，搅拌24h，室温陈化7天，得到表观均匀的溶胶凝胶溶液。

将得到的溶胶凝胶溶液用无水乙醇稀释100倍，将具有阳极氧化层的钛丝进行浸涂，室温下晾干，然后再180℃的烘箱中处理3h，即得所述的钛加热丝。

将得到钛加热丝用常用的电子烟烟油进行评价结果如下：

【注】测试接触角时使用的钛基材为钛片。其中钛基材+溶胶凝胶层为钛基材不经过阳极氧化直接涂覆溶胶凝胶溶液。烟油粘附量测试使用的钛基材为钛丝，步骤为将样品浸入烟油中一分钟拿出，称量样品浸入烟油前后的质量，样品浸入烟油后多出的质量占样品质量的百分比。

由表中的数据可以看出有阳极氧化层的样品3能明显减少烟油粘附。将样品3用于电子烟烟油中通电工作后的表面粘附图如3所示，可以看出烟油在钛加热丝表面基本不粘附。样品在烟油中通电10次(温度为188-500℃，每次通电5分钟)后，样品3表面的积碳量仅为0.2wt％；纯的钛丝为4.1wt％，无阳极氧化层的钛丝为3.5wt％，见上表中最后一列数据。

实施例2

同实施例1，施加100v的电压。

溶胶凝胶涂层的制备：在三口瓶中依次加入乙醇30ml，冰醋酸0.9ml，正己醇2ml，hcl(0.01m)5ml，甲基三乙氧基硅烷5ml，二甲基二甲氧基硅烷0.2ml、kh550为0.5ml，全氟癸基乙基三乙氧基硅烷1ml，常温下搅拌混合均匀，然后加入0.2g的去离子水，搅拌24h，室温陈化7天，得到所述溶胶凝胶溶液。

将得到的溶胶凝胶溶液用无水乙醇稀释100倍，将具有阳极氧化层的钛丝进行浸涂，室温下晾干，然后再180℃的烘箱中处理3h，即得所述的钛加热丝。

测试结果与实施例1相似。

实施例3

同实施例1，施加60v的电压。

溶胶凝胶涂层的制备：在三口瓶中依次加入乙醇30ml，冰醋酸0.9ml，正己醇2ml，hcl(0.01m)5ml，甲基三乙氧基硅烷5ml，二甲基二甲氧基硅烷0.5ml,kh550为0.5ml，常温下搅拌混合均匀，然后加入0.2g的去离子水，搅拌24h，室温陈化7天，得到表观均匀的溶胶凝胶溶液。

将得到的溶胶凝胶溶液用无水乙醇稀释100倍，将具有阳极氧化层的钛丝进行浸涂，室温下晾干，然后再180℃的烘箱中处理3h，即得所述的钛加热丝。

测试结果与实施例1相似。

实施例4

同实施例3，阳极氧化时间为2小时。

溶胶凝胶涂层的制备：在三口瓶中依次加入乙醇30ml，冰醋酸0.9ml，正己醇2ml，hcl(0.01m)5ml，甲基三甲氧基硅烷5ml，kh550为0.5ml，全氟癸基乙基三甲氧基硅烷2ml，常温下搅拌混合均匀，然后加入0.2g的去离子水，搅拌24h，室温陈化7天，得到表观均匀的溶胶凝胶溶液。

将得到的溶胶凝胶溶液用无水乙醇稀释100倍，将具有阳极氧化层的钛丝进行浸涂，室温下晾干，然后再180℃的烘箱中处理3h，即得所述的钛加热丝。

测试结果与实施例1相似。

实施例5

同实施例1，施加50v的电压1小时。

溶胶凝胶涂层的制备：在三口瓶中依次加入乙醇30ml，冰醋酸0.9ml，正己醇2ml，hcl(0.01m)5ml，甲基三甲氧基硅烷5ml，二乙基二甲氧基硅烷0.5ml，全氟癸基乙基三甲氧基硅烷1ml，常温下搅拌混合均匀，然后加入0.2g的去离子水，搅拌24h，室温陈化7天，得到表观均匀的溶胶凝胶溶液。

将得到的溶胶凝胶溶液用无水乙醇稀释100倍，将具有阳极氧化层的钛丝进行浸涂，室温下晾干，然后再180℃的烘箱中处理3h，即得所述的钛加热丝。

测试结果与实施例1相似。

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