CN105255272A

CN105255272A - 一种碳纳米管耐污散热涂料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN105255272A
Application number: CN201510646128.XA
Authority: CN
Inventors: 卢毅祥
Original assignee: Guangzhou Leizig Electrical Machinery Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Leizig Electrical Machinery Co Ltd
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2016-01-20

Abstract

本发明公开了一种碳纳米管耐污散热涂料及其制备方法和应用，该碳纳米管耐污散热涂料是由以重量份计碳纳米管1.0-2份，成膜剂50-60份，溶剂60-70份，疏水二氧化硅0.5-1.0份，有机醇盐10-15份制备而成。本发明所述的碳纳米管耐污散热涂料应用于电子制品领域。本发明所述的碳纳米管耐污散热涂料本发明所述的碳纳米管耐污散热涂料添加了纳米碳管等具有较高的热传导率和发射性的材料，导热系数大大增加，能使涂层表面呈现宏观光洁微观粗糙的形貌的纳米材料组元，可以大大增加散热装置与外界的接触面积，减少热屏蔽，显著提升散热效果；同时由于成膜剂的存在能有效提高涂料的耐污能力。

Description

一种碳纳米管耐污散热涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种碳纳米管耐污散热涂料及其制备方法和应用。

背景技术

各种半导体设备、电动机的驱动装置、LED照明、各种通信、整流器、医疗及工业设备等在使用中会产生热，热量使得设备里的电子元器件在较高的温度环境下工作，严重影响设备的使用寿命与工作效能，故需要将产生的热量及时散开。

碳纳米管导热性能优良，普通碳纳米管的导热系数可达3500W/m·K，各种金属中导热系数相对较高的有银(429W/m·K)、铜(380W/m·K)、金(317W/m·K)、铝(200W/m·K)，优异的导热性能使得碳纳米管成为工业应用中重要的散热材料。

“自清洁”概念自20世纪90年代提出以来,对其的研究和商品化进程发展迅速。目前，自清洁涂料已大规模应用于日常生活与工业领域，而市面上常见的自清洁涂料大多不能散热，故开发一款既能散热又有自清洁功能的涂料非常必要。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种碳纳米管耐污散热涂料，具有自清洁耐污能力和良好的散热性能的同时不影响涂料的其他性能。

本发明的另一目的在于提供一种碳纳米管耐污散热涂料的制备方法，通过控制组分的添加量和添加的顺序获得一种具有自清洁耐污能力和良好的散热性能的涂料。

本发明的有一目的在于提供一种碳纳米管耐污散热涂料的应用。

为实现上述目的本发明所采用的技术方案如下：

一种碳纳米管耐污散热涂料，其是由以重量份计的以下组分制备而成：

碳纳米管1.0-2份，

成膜剂50-60份，

溶剂60-70份，

疏水二氧化硅0.5-1.0份，

有机醇盐10-15份。

进一步的，所述碳纳米管耐污散热涂料是由以重量份计的以下组分制备而成：

碳纳米管1.0-1.5份，

成膜剂50-55份，

溶剂60-65份，

疏水二氧化硅0.8-1.0份，

有机醇盐10-12份。

具体的，本发明上述方中所述的成膜剂为氟碳树脂、有机硅树脂、氟硅树脂的一种或两种以上。

具体的，本发明上述方中所述的溶剂为醋酸丁酯、醋酸乙酯、二甲苯、正丁醇的一种或两种以上。

具体的，本发明上述方中所述的有机醇盐为钛酸正丁酯、钛酸异丙酯、正硅酸乙酯的一种或两种以上。

一种碳纳米管耐污散热涂料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

1)按照配方量将碳纳米管分散或在溶剂中，搅拌后以砂磨或球磨的混合方式形成碳纳米管稀释溶液；

2)在上述碳纳米管稀释液中加入疏水二氧化硅，继续以砂磨或球磨方式混合均匀形成混合液；

3)在上述混合液中加入有机醇盐并分散均匀；

4)最后加入成膜剂，搅拌均匀即可。

进一步的，上述方法中，步骤1)和步骤2)砂磨或球磨混合的转速为300-500转/分钟，混合时间不少于5小时。

利用本发明所述的碳纳米管耐污散热涂料涂覆器件的方法，该方法包括以下步骤：

A)表面处理：除去需涂覆的目标器件的表面油污；

B)涂覆涂料：将本发明所述的碳纳米管耐污散热涂料涂覆与经步骤A)处理后的目标器件的表面；

C)加热固化：对步骤B)涂覆好的目标器件加热固化，冷却后即成。

进一步的，上述方法中，步骤A)表面处理是采用质量浓度为1-5％的NaOH溶液浸泡目标器件2-5分钟，然后用水清洗2-3次。

进一步的，上述方法中，步骤B)碳纳米管耐污散热涂料涂覆的方式为浸涂、喷涂、刮涂、刷涂、辊涂、淋涂、旋涂的一种或两种以上交替进行。

进一步的，上述方法中，步骤C)加热固化的温度为160℃-200℃，并在该温度下保温20-30分钟。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的碳纳米管耐污散热涂料添加了纳米碳管等具有较高的热传导率和发射性的材料，导热系数大大增加，能使涂层表面呈现宏观光洁微观粗糙的形貌的纳米材料组元，可以大大增加散热装置与外界的接触面积，减少热屏蔽，显著提升散热效果；

2.本发明所述的碳纳米管耐污散热涂料采用碳纳米管作为原料，并根据碳纳米管的特性选择溶剂，能有效防止碳纳米管凝结，提高其分散性能，使得到的涂料具有良好的分散性能；

3.在本发明中，由于碳纳米管与疏水二氧化硅结合，能够提高涂料的耐污能力和散热性能；

4.在本发明所述的制备方法中，通过控制原料的添加顺序和混合的方式，可以进一步防止碳纳米管因凝团而导致的分散不均匀。

附图说明

图1为本发明中发射率测试结果图；

图2为本发明中发射率测试结果图。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明所述的碳纳米管耐污散热涂料，其是由以重量份计的以下组分制备而成：

碳纳米管1.0-2份，

成膜剂50-60份，

溶剂60-70份，

疏水二氧化硅0.5-1.0份，

有机醇盐10-15份。

进一步的，所述碳纳米管耐污散热涂料，其是由以重量份计的以下组分制备而成：

碳纳米管1.0-1.5份，

成膜剂50-60份，

溶剂60-70份，

疏水二氧化硅0.8-1.0份，

有机醇盐10-12份。

在本发明中，成膜剂是可以在基材表面形成一层黏着牢固的、具有一定柔软性、延伸性和弹性、耐摩擦性、耐水性等的连续均匀薄膜的一类材料。具体的，本发明中所采用的成膜剂为氟碳树脂、有机硅树脂、氟硅树脂的一种或两种以上。

本发明所选择的溶剂最好是对碳纳米管具有良好的分散或溶解作用，具体的，本发明上述方中所述的溶剂为醋酸丁酯、醋酸乙酯、二甲苯、正丁醇的一种或两种以上。

具体的，本发明上述方中所述的有机醇盐为钛酸正丁酯、钛酸异丙酯、正硅酸乙酯的一种或两种以上。在本发明中有机醇盐可以提高聚合物的粘合性，并提高涂料对体系的附着力。

由于单壁管直径大小的分布范围小，缺陷少，具有更高的均匀一致性。在本发明中，为了进一步提高碳纳米管分性能，具体可以采用的碳纳米管具体可以是单壁碳纳米管。

3)在上述混合液中加入有机醇盐并分散均匀；

4)最后加入成膜剂，搅拌均匀即可。

A)表面处理：除去需涂覆的目标器件的表面油污；

本发明所述的碳纳米管耐污散热涂料可以涂覆的目标器件的材料可以是铝、铝合金、铜、ABS、马口铁中的一种。

以下是本发明具体的实施例，在下述实施例中所采用的原料和试剂均可以通过购买获得。

实施例1

碳纳米管1.0份，

成膜剂60份，

溶剂60份，

疏水二氧化硅0.5份，

有机醇盐10份；

3)在上述混合液中加入有机醇盐并分散均匀；

4)最后加入成膜剂，搅拌均匀即可。

实施例2

碳纳米管2.0份，

成膜剂50份，

溶剂70份，

疏水二氧化硅1.0份，

有机醇盐15份；

3)在上述混合液中加入有机醇盐并分散均匀；

4)最后加入成膜剂，搅拌均匀即可。

实施例3

碳纳米管1.5份，

成膜剂60份，

溶剂70份，

疏水二氧化硅0.8份，

有机醇盐12份；

3)在上述混合液中加入有机醇盐并分散均匀；

4)最后加入成膜剂，搅拌均匀即可。

应用实施例1

采用实施例1的碳纳米管耐污散热涂料对铝制器件进行涂覆，具体步骤如下：

A)表面处理：用3％的NaOH溶液浸泡铝制器件3分钟，除去需涂覆的铝制器件的表面油污，然后用水清洗2次；

B)涂覆涂料：将实施例1所述的碳纳米管耐污散热涂料采用喷涂的方式涂覆于经步骤A)处理后的铝制器件的表面；

C)加热固化：对步骤B)涂覆好的铝制器件加热至160℃并在该温度下保温30分钟固化，冷却后即成。

应用实施例2

采用实施例1的碳纳米管耐污散热涂料对马口铁进行涂覆，具体步骤如下：

A)表面处理：用5％的NaOH溶液浸泡马口铁3分钟，除去需涂覆的马口铁的表面油污，然后用水清洗3次；

B)涂覆涂料：将实施例1所述的碳纳米管耐污散热涂料采用喷涂的方式涂覆于经步骤A)处理后的马口铁的表面；

C)加热固化：对步骤B)涂覆好的马口铁加热至200℃并在该温度下保温20分钟固化，冷却后即成。

性能测试

对上述实施例1-3的碳纳米管耐污散热涂料进行性能测试，测试的方案如下。

1.耐污性能测试

1)将实施例1-3所述的碳纳米管耐污散热涂料图按照应用实施例1的步骤涂覆到100mm×150mm的铝基板上，在23±℃的环境下进行养护3天；

2)粉煤灰水的配制：取适量的粉煤灰与水以1:1(质量比)比例混合均匀；

3)取三个位置测定原始反射系数取其平均值，记为A；用软毛刷将(0.7±0.1)g粉煤灰水横向纵向均匀涂在涂层表面上，在23±2℃，相对湿度(50±5)％条件下干燥2h。装置中加入15L水，开阀门最大，移动样板冲水1min，保证全面冲刷；然后在在23±2℃，相对湿度(50±5)％的养护条件下干燥至第二天，为一循环，按上述操作，取反射系数值，记为B；涂层的耐沾污性由反射系数下降率表示：

X＝(A-B)/A×100，计算结果见表1。

表1

实施例编号	计算结果	级别
			1	12％	一等品
2	15％	一等品
			3	13％	一等品

2.涂膜发射率测试

将实施例1-3所述的碳纳米管耐污散热涂料图按照应用实施例1的步骤涂覆到铝基板上，采用傅立叶红外光谱仪进行测试，测试结果见图1和图2。测试结果表明，在较宽的频率范围内，三者的反射率均能达到60％-90％。

3.附着力测试

1)对实施例1-3的碳纳米管耐污散热涂料先测定密度D，采用刷涂法在100mm×150mm铝基板上分别涂上1-3的碳纳米管耐污散热涂料，刷涂两道底漆，

然后按下式计算出刷涂质量。m＝D×S×80×10-5每道刷涂质量为：计算刷涂质量±0.1g两道刷涂间隔时间不小于6h；样板至少放置16h；

2)将样板放置在坚硬平直的物面上，试验前检查刀具的切割刀刃并通过磨刃或更换刀片使其保持良好的状态，如果样板是木质材料或类似材料制成则在与木纹方向呈约45度方向进行切割。再作相同数量的平行切割线与原先切割线成90度角相交，以形成网格图形，使用均匀的切割速率在涂层上形成规定的切割数，所有切割都应划透至底材表面；用软毛刷沿网格图形每一条对角线轻轻地向后扫几次，再向前扫几次；

3)然后施加胶粘带，按均匀的速度拉出一段胶粘带，除去最前面的一段，然后剪下长约75mm的胶粘带。把该胶粘带的中心点放在网格上方方向与一组切割线平行，然后用手指把胶粘带在网格区上方的部位压平，胶粘带长度至少超过网格为确保胶粘带与涂层接触良好用手指尖用力蹭胶粘带。测试结果见表2。

表2

实施例编号	现象	级别
			1	切割交叉处有少许脱落，切割面积受影响不超过2％	1级
2	切割交叉处有少许脱落，切割面积受影响不超过3％	1级
			3	切割交叉处有少许脱落，切割面积受影响不超过2％	1级

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims

1.一种碳纳米管耐污散热涂料，其特征在于，其是由以重量份计的以下组分制备而成：

碳纳米管1.0-2份，

成膜剂50-60份，

溶剂60-70份，

疏水二氧化硅0.5-1.0份，

有机醇盐10-15份。

2.根据权利要求1所述的碳纳米管耐污散热涂料，其特征在于，所述成膜剂为氟碳树脂、有机硅树脂、氟硅树脂的一种或两种以上。

3.根据权利要求1所述的碳纳米管耐污散热涂料，其特征在于，所述溶剂为醋酸丁酯、醋酸乙酯、二甲苯、正丁醇的一种或两种以上。

4.根据权利要求1所述的碳纳米管耐污散热涂料，其特征在于，所述有机醇盐为钛酸正丁酯、钛酸异丙酯、正硅酸乙酯的一种或两种以上。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的碳纳米管耐污散热涂料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

3)在上述混合液中加入有机醇盐并分散均匀；

4)最后加入成膜剂，搅拌均匀即可。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1)和步骤2)中的砂磨或球磨混合的转速为300-500转/分钟，混合时间不少于5小时。

7.利用权利要求1-4任一项所述的碳纳米管耐污散热涂料涂覆器件的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A)表面处理：除去需涂覆的目标器件的表面油污；

B)涂覆涂料：将权利要求1-4所述的碳纳米管耐污散热涂料涂覆与经步骤A)处理后的目标器件的表面；

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤A)表面处理是采用质量浓度为1-5％的NaOH溶液浸泡目标器件2-5分钟，然后用水清洗2-3次。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤B)碳纳米管耐污散热涂料涂覆的方式为浸涂、喷涂、刮涂、刷涂、辊涂、淋涂、旋涂的一种或两种以上交替进行。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤C)加热固化的温度为160℃-200℃，并在该温度下保温20-30分钟。