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层镍铬加热丝及其制备方法。

背景技术：

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，电子烟的特点有，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；

电子烟油又名电子烟液，是配合电子烟使用的电子雾化液。通过电子烟雾化器加热，能够产生如香烟一样的雾气，一般一次需要0.5到1毫升不等。烟油成分主要由甘油，丙二醇，植物香料，烟碱等组成。电子烟油中添加烟碱主要是为了使其口感更加贴近香烟。使用时，要注意雾化器中烟油的量，过少的烟油会造成雾化器损伤和糊味。

香料在烟油中的作用非常重要，烟油的风味就是靠香料来决定的。不同口味香料的搭配，决定了一款烟油的风味。香原料分为人工合成香原料及天然提取物香料。美国食品药物管理局将“天然香原料”定义为油、树脂或其他源于植物、肉类或海鲜等天然来源的提取物。提取香料的过程中，会用到诸如加热或者发酵的加工流程。得到的产品功能只是调味，而不是添加任何的营养成分。基本来说，如果一个东西是天然香原料，那么它是某种天然资源的衍生物。部分消费者更愿意使用天然香原料而不是人造香原料，是因为他们相信含有天然香原料的产品也许更加健康。然而，考虑到提纯成本及技术等因素，天然香料的提取物中会含有较为复杂的组份，如糖类物质，这些物质中的部分成分在高温下会发生热分解，使烟油更容易在加热元件上粘附和分解。

作为常用的电子烟加热丝材料之一，镍铬加热丝在加热过程中，电子烟液中的部分组分会在高温的作用下发生交联糊化形成积碳。这些糊化的产物粘附在加热丝的表面，一方面会影响加热丝的热传导效率，另一方面，糊化后的产物会产生特殊的气味，影响使用者的感官体验。

目前，电子烟所用镍铬加热丝的表面大多未经过处理，直接使用，还没有关于电子烟用镍铬加热丝的减少烟油和积碳粘附的相关报道。本实用新型是在镍铬加热丝的表面制备能疏电子烟油的涂层，利用表面对电子烟油的排斥作用，实现了减轻电子烟油和积碳在镍铬加热丝上粘附的效果。

技术实现要素：

针对目前大多数电子烟用镍铬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表层的镍铬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镍铬加热丝，其包括在镍铬丝表面的溶胶凝胶层、和在所述溶胶凝胶层表面的低表面能层。

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

优选地，所述镍铬加热丝材料为镍铬合金中的一种，其阻值为0.1～2ω。

优选地，所述溶胶凝胶层具有微纳米结构。

优选地，所述低表面能层为硅化合物、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镍铬加热丝的制备方法，包括以下步骤：

①将溶剂、氨水、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；

②将溶剂、冰醋酸、hcl、低表面能成分以及去离子水混合1～48h后再陈化1～14天，得到低表面能溶液；

③将步骤①所得溶胶凝胶溶液涂覆到镍铬加热丝表面，放入60～120℃的烘箱中，处理0.5～2h，得溶胶凝胶处理的镍铬加热丝；

④将步骤②得到低表面能溶液涂覆到步骤③得到具有溶胶凝胶层的镍铬丝表面，晾干后在120～220℃下干燥1～6h，即得所述的镍铬加热丝。

优选地，步骤①溶胶凝胶溶液中各物质的质量比为：溶剂70～95、氨水0.1～5、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；所述成膜成分为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、钛酸正丁酯中的一种或多种。

优选地，步骤②低表面能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、低表面能成分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；所述低表面能成分为四甲氧基硅烷、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的低表面能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③的镍铬丝表面涂覆溶胶凝胶溶液之前还包括将镍铬丝依次用丙酮、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镍铬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、本实用新型的镍铬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镍铬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、本实用新型的镍铬加热丝表面由于有溶胶凝胶层且为微纳米结构，不仅使低表面能层与基底镍铬丝结合力增强，而且明显降低了低表面能层的表面能。可以明显降低电子烟油的粘附量和积碳量；而低表面能层直接涂覆于镍铬丝表面，镍铬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、本实用新型的溶胶凝胶层和低表面能层制备步骤简单，溶胶凝胶溶液和低表面能溶液可通过喷涂或浸涂方式涂覆于溶胶凝胶后的镍铬丝表面。本实用新型的制备方法简单。

附图说明

图1为镍铬丝溶胶凝胶后的表面形貌。

具体实施方式

实施例1

溶胶凝胶溶液的制备：在三口瓶中依次加入乙醇30ml，氨水0.2ml，正己醇2ml，甲基三乙氧基硅烷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2天，得到表观均匀的溶胶凝胶溶液。

低表面能溶液的制备：在三口瓶中依次加入乙醇30ml，冰醋酸0.9ml，正己醇2ml，hcl(0.01m)0.1ml，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。

将得到的低表面能溶液用无水乙醇稀释100倍。

将镍铬丝依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，并用氮气进行风干。然后将镍铬丝置于溶胶凝胶溶液中进行浸涂，室温下晾干，然后再60℃的烘箱中处理0.5h，即得所述的溶胶凝胶处理的镍铬丝。如图1所示，其上微纳米孔结构。

将上述溶胶凝胶处理的镍铬丝置于低表面能溶液中进行浸涂，室温下晾干，然后再220℃的烘箱中处理6h，即得所述的镍铬加热丝。

将得到镍铬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镍铬基材为镍铬片。其中镍铬基材+低表面能层为镍铬基材不经过溶胶凝胶直接涂覆低表面能溶液。烟油粘附量测试使用的镍铬基材为镍铬丝，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溶胶凝胶层的样品3能明显减少烟油粘附。将样品在烟油中通电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0.5wt％；纯的镍铬为5.3wt％，无溶胶凝胶层的样品的镍铬丝为3.5wt％，见上表中最后一列数据。这可能因为溶胶凝胶层上有微纳米孔结构，不仅使低表面能层与基底镍铬丝结合力增强，而且明显降低了低表面能层的表面能；通电10次后，使低表面能层的结合力仍然较强且低表面能层结构变化很小。

实施例2

溶胶凝胶溶液的制备：在三口瓶中依次加入乙醇30ml，氨水0.5ml，正己醇2ml，甲基三乙氧基硅烷5ml，常温下搅拌混合均匀，然后加入1g的去离子水，搅拌12h，室温陈化7天，得到表观均匀的溶胶凝胶溶液。

低表面能溶液的制备：在三口瓶中依次加入乙醇30ml，冰醋酸0.3ml，正己醇12ml，hcl(0.01m)0.5ml，甲基三乙氧基硅烷5ml，全氟癸基三乙氧基硅烷为0.5ml、kh550为0.5ml，常温下搅拌混合均匀，然后加入0.4g的去离子水，搅拌12h，室温陈化5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。

将得到的低表面能溶液用无水乙醇稀释100倍。

将镍铬丝依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，并用氮气进行风干。然后将镍铬丝置于溶胶凝胶溶液中进行浸涂，室温下晾干，然后在120℃的烘箱中处理2h，即得所述的溶胶凝胶处理的镍铬加热丝。

将上述溶胶凝胶处理的镍铬丝置于低表面能溶液中进行浸涂，室温下晾干，然后在120℃的烘箱中处理6h，即得所述的溶胶凝胶处理的镍铬加热丝。

测试结果与实施例1相似。

实施例3

溶胶凝胶溶液的制备：在三口瓶中依次加入乙醇30ml，氨水0.3ml，正己醇2ml，甲基三乙氧基硅烷5ml，钛酸正丁酯2ml，常温下搅拌混合均匀，然后加入0.6g的去离子水，搅拌2h，室温陈化7天，得到表观均匀的溶胶凝胶溶液。

低表面能溶液的制备：在三口瓶中依次加入乙醇30ml，冰醋酸0.3ml，正己醇12ml，hcl(0.01m)2ml，甲基三乙氧基硅烷5ml，全氟辛基三乙氧基硅烷2ml，kh550为0.5ml，常温下搅拌混合均匀，然后加入0.5g的去离子水，搅拌12h，室温陈化5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。

将得到的低表面能溶液用无水乙醇稀释100倍。

将镍铬丝依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，并用氮气进行风干。然后将镍铬丝置于溶胶凝胶溶液中进行浸涂，室温下晾干，然后在120℃的烘箱中处理6h，即得所述的溶胶凝胶处理的镍铬加热丝。

将上述溶胶凝胶处理的镍铬丝置于低表面能溶液中进行浸涂，室温下晾干，然后在150℃的烘箱中处理3h，即得所述的溶胶凝胶处理的镍铬加热丝。

测试结果与实施例1相似。

实施例4

溶胶凝胶溶液的制备：在三口瓶中依次加入乙醇30ml，氨水0.2ml，正己醇2ml，四乙氧基硅烷5ml，常温下搅拌混合均匀，然后加入0.5g的去离子水，搅拌2h，室温陈化7天，得到表观均匀的溶胶凝胶溶液。

低表面能溶液的制备：在三口瓶中依次加入乙醇30ml，冰醋酸0.3ml，正己醇12ml，hcl(0.01m)2ml，甲基三乙氧基硅烷5ml，全氟辛基三乙氧基硅烷1ml,kh550为0.5ml，常温下搅拌混合均匀，然后加入0.4g的去离子水，搅拌12h，室温陈化5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。

将得到的低表面能溶液用无水乙醇稀释100倍。

将镍铬丝依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，并用氮气进行风干。然后将镍铬丝置于溶胶凝胶溶液中进行浸涂，室温下晾干，然后在120℃的烘箱中处理2h，即得所述的溶胶凝胶处理的镍铬加热丝。

将上述溶胶凝胶处理的镍铬丝置于低表面能溶液中进行浸涂，室温下晾干，然后在220℃的烘箱中处理6h，即得所述的溶胶凝胶处理的镍铬加热丝。

测试结果与实施例1相似。

实施例5

溶胶凝胶溶液的制备：在三口瓶中依次加入乙醇30ml，氨水0.5ml，正己醇2ml，四甲氧基硅烷5ml，常温下搅拌混合均匀，然后加入0.5g的去离子水，搅拌1h，室温陈化7天，得到表观均匀的溶胶凝胶溶液。

低表面能溶液的制备：在三口瓶中依次加入乙醇30ml，冰醋酸0.3ml，正己醇12ml，hcl(0.01m)2ml，甲基三乙氧基硅烷5ml，三氟丙基甲基二甲氧基硅烷、0.2ml，kh560为0.5ml，常温下搅拌混合均匀，然后加入0.4g的去离子水，搅拌12h，室温陈化5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。

将得到的低表面能溶液用无水乙醇稀释100倍。

将镍铬丝依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，并用氮气进行风干。然后将镍铬丝置于溶胶凝胶溶液中进行浸涂，室温下晾干，然后在120℃的烘箱中处理2h，即得所述的溶胶凝胶处理的镍铬加热丝。

将上述溶胶凝胶处理的镍铬丝置于低表面能溶液中进行浸涂，室温下晾干，然后在220℃的烘箱中处理6h，即得所述的溶胶凝胶处理的镍铬加热丝。

测试结果与实施例1相似。