CN101781480B - 环保型自散热纳米生态涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种环保型自散热纳米生态涂料及其制备方法，属于功能涂料领域。该纳米生态涂料的配方为：铝溶胶15-80％、硅溶胶15-80％、纳米导热填料4-10％、颜料3-27％、防沉剂5-25％，其中纳米导热填料为2-5％、纳米碳管与2-10％、纳米氧化钴或2-10％、纳米氧化锆的复合体。其制备方法为：称取相应的铝溶胶、纳米导热填料、颜料及防沉剂等进行混合、高速分散，做为a组分；称取相应的硅溶胶，做为b组分；将a组分和b组分混合、低速分散，静置熟化，即得纳米生态涂料。本发明的优点在于纳米氧化钴和氧化锆粉体具有自散热、远红外释放作用，并且纳米粉末附着在碳管管壁上，形成网状一维热量传输通道，增强了涂料的热传输特性。
Description
技术领域
本发明属于功能涂料领域，涉及一种环保型自散热纳米生态涂料及其制备方法。
背景技术
汽车火车等交通工具，机枪大炮等军用设备，集成电路及电子等半导体设备，在使用过程中产生大量的热量，为了将这部分热量及时散发出去，目前，经常使用特氟龙一类的有机功能涂料来实现这一功能，这类涂料通常采用合成树脂来形成涂层表膜，在高温状态下，由于其散热性能不高，可能会对环境与身体造成多种不良影响。
无机瓷膜涂料由于具有搪瓷表面的品质，耐高温、散热快、远红外辐射等特性，并且符合环保的国际化要求，因此受到众多科研者和工业界的广泛关注。同时，随着纳米科技的高速发展，纳米材料被逐步应用在涂料领域。美国专利5759746，Fabrication process using amulti-layer antireflective layer和日本专利10-330937，Formation ofsubstantially flat coating均报道了通过在涂层中添加少量纳米氧化物材料来提高涂层的性能的技术。
碳纳米管是空心的管状纤维结构，其直径一般为几纳米至几十纳米，长度可达数微米甚至毫米。它具有很强的表面效应、量子尺寸效应、局域场效应和特殊的界面区等很多奇异的物理和化学特性。在涂料方面，利用碳纳米管的管状一维结构，其在基体中连成网状，形成骨架，其经处理后，表面有大量的羟基和羧基，与涂料粘合剂材料亲和性好，键合紧密，可起到钉扎作用，从而阻止基材中固体颗粒的移动，达到阻止微裂纹扩展，提高抗冲击能力。近年来，关于碳纳米管复合涂料方面的报道越来越多。例如，张欣宇、李荣先等在中国专利CN1944555A(公开号)中报道了环保型纳米导静电涂料及其制备方法，通过添加纳米碳管或纳米碳管与其它无机导电填料的复合物来提高涂料的导静电能力。中国授权专利CN 1304497C，一种含碳纳米管复合涂层型吸波材料及其制备方法，报道了通过碳纳米管与聚合物复合，使其体积电阻大幅度降低，在电磁场作用下，将雷达波能量转换为热能，该技术主要应用在航天、航空、兵器、舰艇等重要军事工业等领域。
鉴于上述技术现状，在本发明中，我们提出了一种集无机瓷膜涂料、纳米氧化物及碳纳米管的优点于一身的环保型自散热纳米生态涂料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种环保型自散热纳米生态涂料及其制备方法，用以实现一种具有自散热功能的瓷膜技术。
一种环保型自散热纳米生态涂料，其特征在于该涂料由如下配方组成：
其中，前述的比例是按比重展开的，总量为100％。
其中的铝溶胶为水分散型纳米级氧化铝，其粒度为10-40nm。
其中的硅溶胶为水分散型纳米级氧化硅，其粒度为10-40nm。
其中的纳米导热填料为纳米碳管与纳米氧化钴或纳米氧化锆的复合体，其中的纳米碳管为管径在10-100nm之间、长度为5-15μm的单壁纳米碳管或多壁纳米碳管中的一种，所占重量百分比为2-5％；所述的氧化钴为纳米级氧化钴，其粒度为15-40nm，所占重量百分比为2-10％；所述的氧化锆为纳米级氧化锆，其粒度为15-40nm，所占重量百分比为2-10％。
其中的颜料主要是功能型颜料，为铜铬黑、铁锰黑、钛锰棕、铁铬棕、钴蓝、钛镍黄、钛绿、钛白粉、硅灰粉，以及烛光金粉或各种色彩颜料调配的色浆中的一种或一种以上的混合物。
其中的防沉剂，包括无机膨润土中的钠基膨润土、钙基膨润土、锂基膨润土、氢基膨润土(活性白土)的一种或一种以上的混合物。
一种环保型自散热纳米生态涂料的制备方法，其特征在于该方法包括有如下的步骤：
步骤1，按照前述的比例，分别称取相应分量的铝溶胶、纳米导热填料、颜料及防沉剂，经初期混合之后进行高速分散，将这部分原料做为a组分；
步骤2，按照前述的比例，称取相应分量的硅溶胶，将其做为b组分；
步骤3，使用时将a组分和b组分进行低速分散，充分混合后静置熟化，形成所述的纳米生态涂料。
所述的高速分散，是采用高速分散机带齿状分散盘以转速900-1000r/min来实现的，分散时间为2-3h。
所述的低速分散，是采用低速分散机带齿状分散盘以转速400-500r/min来实现的，分散时间为5-8h。
本发明的优点：
本发明主要选用天然矿石无机膨润土代替传统的有机试剂作为防沉剂，减少了涂料配方中的环境污染因素，并且此类矿石在高温下无有害气体释放，安全可靠，具有积极的环保效果。在不改变原有涂料制备工艺的前提下，通过添加纳米碳管和纳米氧化钴的复合物进一步提高了涂料的自散热性能，其中纳米碳管在基体中连成网状，形成骨架，同时，涂料中的氧化钴纳米粉末附着在管壁上，从而建立了网状的一维热量传输通道，增强了其热传输特性；纳米氧化钴粉体具有自散热、远红外释放作用，并且，其远红外释放效率高达92％以上，其对人体有保健作用。
另外，本发明以纳米级铝溶胶、纳米级硅溶胶为成膜物质，成膜后的化学键以“Si＝O”和“Al＝O”为主，完全是无机分子结构，由于其粒度介于纳米级，在后续的涂装和成型过程中，可以利用该胶体自身的粘性与附着力，来代替传统意义上的有机溶剂及粘接剂填料等，具有天然的安全无毒性，是一种环保型耐高温涂料。
具体实施方式
具体实施例1：
本发明所述的环保型自散热纳米生态涂料，可按照如下配方构成：
这些组分合起来共为1000kg。
其中的铝溶胶为水分散型纳米级氧化铝，其粒度可选为15nm。
其中的硅溶胶为水分散型纳米级氧化硅，其粒度为20nm。
其中的纳米导热填料为20kg纳米碳管与50kg纳米氧化钴的复合体，纳米碳管为管径在30-50nm之间、长度为5-10μm的单壁纳米碳管，纳米级氧化钴的粒度为20nm。
其中的颜料，可选为铜铬黑，具有极好的耐化学腐蚀性，户外耐候性，热稳定性，耐光性，并具有无渗透性，无迁移性。
其中的防沉剂，可选用无机膨润土中的钠基膨润土，该成分对整体涂料的成型、光洁度的提升可发挥作用。
具体实施例2：
本发明所述的环保型自散热纳米生态涂料，可按照如下配方构成：
这些组分合起来共为1000kg。
其中的铝溶胶为水分散型纳米级氧化铝，其粒度可选为25nm。
其中的硅溶胶为水分散型纳米级氧化硅，其粒度为15nm。
其中的纳米导热填料为30kg纳米碳管与70kg纳米氧化锆的复合体，纳米碳管为管径在20-40nm之间、长度为10-15μm的单壁纳米碳管，纳米级氧化锆的粒度为20nm。
其中的颜料，可选为钛白粉，其遮盖力强，粒子均匀细小，易于分散且性能稳定。
其中的防沉剂等，可选用无机膨润土中的锂基膨润土，具有极高的物理化学性和分散性，对涂料的成型等发挥重要的作用。
具体实施例3：
本发明所述的环保型自散热纳米生态涂料，可按照如下配方构成：
这些组分合起来共为1000kg。
其中的铝溶胶为水分散型纳米级氧化铝，其粒度可选为35nm。
其中的硅溶胶为水分散型纳米级氧化硅，其粒度为25nm。
其中的纳米导热填料为40kg纳米碳管与30kg纳米氧化钴和20kg纳米氧化锆的复合体，纳米碳管为管径在10-30nm之间、长度为10-15μm的单壁纳米碳管，纳米级氧化钴和氧化锆的粒度为20nm。
其中的颜料，可选为钴蓝，具有极好的遮盖力，色彩透明性和高着色力，热稳定性，耐光性，很高的光反射性。
其中的防沉剂，可选用无机膨润土中的钙基膨润土，能增强涂层的耐水性，提高涂层的强度和附着力和分散性，增强涂料的稳定性。
本发明所述的环保型自散热纳米生态涂料的制备方法，它可以通过如下的步骤来实现：
步骤1，按照前述的比例，分别称取相应分量的铝溶胶、纳米导热填料、颜料及防沉剂，经初期混合之后进行高速分散，将这部分原料作为a组分。
步骤2，按照前述的比例，称取相应分量的硅溶胶，将其作为b组分。
步骤3，使用时将a组分和b组分进行低速分散，充分混合后静置熟化，形成所述的纳米生态涂料。
进一步，所述的环保型自散热纳米生态涂料的生产方法，还具有如下技术特征：
所述的高速分散，是采用高速分散机带齿状分散盘以转速900-1000r/min来实现的，分散时间为2-3h。
所述的低速分散，是采用低速分散机带齿状分散盘以转速400-500r/min来实现的，分散时间为5-8h。
以上是对本发明的描述而非限定，基于本发明思想的其它实施方式，均在本发明的保护范围之中。
Claims (11)
1.一种环保型自散热纳米生态涂料，其特征在于，该涂料由如下配方组成：
2.根据权利要求1所述的环保型自散热纳米生态涂料，其特征在于：所述的铝溶胶为水分散型纳米级氧化铝，其粒度为10-40nm。
3.根据权利要求1所述的环保型自散热纳米生态涂料，其特征在于：所述的硅溶胶为水分散型纳米级氧化硅，其粒度为10-40nm。
4.根据权利要求1所述的环保型自散热纳米生态涂料，其特征在于：所述的纳米碳管为管径在10-100nm之间、长度为5-15μm的单壁纳米碳管或多壁纳米碳管中的一种，所占重量百分比为2-5％。
5.根据权利要求1所述的环保型自散热纳米生态涂料，其特征在于：所述的氧化钴为纳米级氧化钴，其粒度为15-40nm，所占重量百分比为2-10％。
6.根据权利要求1所述的环保型自散热纳米生态涂料，其特征在于：所述的氧化锆为纳米级氧化锆，其粒度为15-40nm，所占重量百分比为2-10％。
7.根据权利要求1所述的环保型自散热纳米生态涂料，其特征在于：所述的颜料，为铜铬黑、铁锰黑、钛锰棕、铁铬棕、钴蓝、钛镍黄、钛绿、钛白粉、硅灰粉，以及烛光金粉或各种色彩颜料调配的色浆中的一种或一种以上的混合物。
8.根据权利要求1所述的环保型自散热纳米生态涂料，其特征在于：所述的防沉剂，包括无机膨润土中的钠基膨润土、钙基膨润土、锂基膨润土、氢基膨润土的一种或一种以上的混合物。
9.一种环保型自散热纳米生态涂料的制备方法，其特征在于该方法包括有如下的步骤：
步骤1，按照前述的权利要求1所述的比例，分别称取相应分量的铝溶胶、纳米碳管与纳米氧化钴或氧化锆的混合体、颜料及防沉剂，经初期混合之后进行高速分散，将这部分原料做为a组分；
步骤2，按照前述的权利要求1所述的比例，称取相应分量的硅溶胶，将其做为b组分；
步骤3，使用时将a组分和b组分进行低速分散，充分混合后静置熟化，形成所述的纳米生态涂料。
10.根据权利要求9所述的环保型自散热纳米生态涂料的制备方法，其特征在于：所述的高速分散，是采用高速分散机带齿状分散盘以转速900-1000r/min来实现的，分散时间为2-3h。
11.根据权利要求9所述的环保型自散热纳米生态涂料的制备方法，其特征在于：所述的低速分散，是采用低速分散机带齿状分散盘以转速400-500r/min来实现的，分散时间为2-3h。
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