CN107880665A - 一种水性纳米复合散热降温涂料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水性纳米复合散热降温涂料，涉及涂料技术领域。本发明水性纳米复合散热降温涂料包括以下原料：碳纳米管分散液、纳米硅酸锌、纳米二氧化钛、水性氟碳树脂乳液、助剂、流平剂、增稠剂。本发明水性纳米复合散热降温涂料采用碳纳米管分散液、纳米硅酸锌、纳米二氧化钛、水性氟碳树脂乳液为基料，碳纳米管经过处理得到的碳纳米管分散液首先水性氟碳树脂乳液混合，再与纳米硅酸锌、纳米二氧化钛混合，使得碳纳米管能够和纳米硅酸锌、纳米二氧化钛分散均匀，形成有效导热通道，提高涂料散热降温功能，制备的涂料热导率好，散热降温效果好。

Description

一种水性纳米复合散热降温涂料

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，特别是涉及一种水性纳米复合散热降温涂料。

背景技术

散热降温涂料是一种通过增强热源表面红外辐射率，从而提高物体表面散热效率的功能涂料。传统散热模式主要有热传导、对流和辐射散热，在很多需要高效散热的领域，由于受空间、尺寸及环境限制，无法采用加速强制对流的形式将热量交换出去，而仅通过热传导又不能满足需求的情况下，增强红外辐射散热是首选解决方案。由于自然界中很多材料均具有很高的热辐射系，比如涂料树脂本身，但其热导率非常低，与散热基底接触热阻很大，并不能实现加速基底红外辐射散热的作用。因此，红外散热涂料性能的提升依赖于高的红外辐射率、高的热导率和低的界面热阻。

传统散热涂料中往往以高热导率无机材料作为涂料填料，氮化硼和纳米碳材料(碳纳米管、石墨烯)都具有很高的热导率，其粉体材料是热管理材料的重要填料。尤其是碳纳米管，其中理论热导率高达5000W/mK，且其比表面积巨大，被誉为世界上最黑的物质，对光线的折射率只有0.045％，吸收率高达99.5％以上，辐射系数接近绝对黑体的1.0。因此纳米碳材料用作散热填料可同时发挥其热传导散热和红外辐射散热的功能，是高性能散热材料中的优秀填料。但是由于纳米碳材料巨大的表面积和一维或二维结构导致纳米碳材料在基体材料中分散困难，且难以获得高体积含量。且由于受到热传导机制的不同，研究发现纳米碳材料的添加对热导率的提高并不如对电导率的提高那么显著，远远低于人们所期望。与此同时，微米级尺度的氮化硼是一种常用的导热填料，其分散工艺要求远低于对纳米碳材料的要求，且其大尺寸颗粒更利于形成有效导热通道。但其红外辐射率偏低，无法充分发挥多种散热模式的作用。

因此，基于现有技术的缺陷，研制一种热导率好，散热降温效果好的涂料尤为重要。

发明内容

针对现有技术散热降温涂料热导率差，散热降温效果差的技术问题，为本发明提供一种水性纳米复合散热降温涂料。

本发明采用以下技术方案：

一种水性纳米复合散热降温涂料，所述水性纳米复合散热降温涂料包括以下重量份的原料：碳纳米管分散液30-60份、纳米硅酸锌15-30份、纳米二氧化钛20-40份、水性氟碳树脂乳液15-25份、助剂2-7份、流平剂2-5份、增稠剂1-4份。

优选的，所述水性纳米复合散热降温涂料包括以下重量份的原料：碳纳米管分散液40-50份、纳米硅酸锌20-26份、纳米二氧化钛25-35份、水性氟碳树脂乳液18-23份、助剂3-6份、流平剂3-4份、增稠剂2-3份。

优选的，所述水性纳米复合散热降温涂料包括以下重量份的原料：碳纳米管分散液45份、纳米硅酸锌23份、纳米二氧化钛30份、水性氟碳树脂乳液20份、助剂4.5份、流平剂3.5份、增稠剂2.5份。

优选的，所述碳纳米管分散液的制备方法为：将碳纳米管利用粉碎机粉碎，加入到去离子水中，并用转速为2000-3000r/min的混合机混合5-10min，再加入分散剂，利用砂磨机反复研磨，得到碳纳米管分散液。

优选的，所述碳纳米管分散液的制备由以下重量百分比的原料：碳纳米管10-15％、分散剂0.6-1％，余量为去离子水。

优选的，所述助剂为消泡剂、成膜助剂、分散剂中的至少一种。

优选的，所述流平剂为聚醚改性有机硅。

优选的，所述增稠剂为聚丙烯酸钠或钠基膨润土。

一种水性纳米复合散热降温涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照重量份称取各个原料；

S2、将水性氟碳树脂乳液与碳纳米管分散液混合，边搅拌边缓慢加入纳米硅酸锌、纳米二氧化钛，搅拌速度为1500-2000r/min，搅拌8-15min后将混合均匀的浆料加入砂磨机研磨1.5h，得到预混浆料；

S3、向步骤S2制备的预混浆料中加入助剂、流平剂、增稠剂，搅拌均匀，即可。

本发明一种水性纳米复合散热降温涂料，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：

本发明水性纳米复合散热降温涂料采用碳纳米管分散液、纳米硅酸锌、纳米二氧化钛、水性氟碳树脂乳液为基料，碳纳米管经过处理得到的碳纳米管分散液首先水性氟碳树脂乳液混合，再与纳米硅酸锌、纳米二氧化钛混合，使得碳纳米管能够和纳米硅酸锌、纳米二氧化钛分散均匀，形成有效导热通道，提高涂料散热降温功能，制备的涂料热导率好，散热降温效果好；

本发明纳米硅酸锌的加入，当该涂料用于钢铁表面涂层时，可以在钢铁表面形成锌铁配合物层，具有优异的防腐性、耐候性、导热性、耐水性、耐多种有机溶剂性；同时具有良好的导静电性和长期的阴极保护作用，且焊接性能优良，能带漆焊接，对环境无污染，对人体健康无影响；

本发明采用纳米级材料，可以与涂层形成较强的氢键结合，增强涂层的致密性和抗离子渗透性。纳米材料改变涂料的流变性，提高了涂层的附着力、硬度、光洁度和耐老化性，纳米硅酸锌与纳米氧化锌配合，进一步增强涂层的致密性和抗离子渗透性，使得本发明涂料具有广泛的应用前景。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例水性纳米复合散热降温涂料包括以下重量份的原料：碳纳米管分散液30份、纳米硅酸锌15份、纳米二氧化钛20份、水性氟碳树脂乳液15份、助剂2份、流平剂2份、增稠剂1份；

其中，碳纳米管分散液的制备方法为：将碳纳米管利用粉碎机粉碎，加入到去离子水中，并用转速为2000r/min的混合机混合5min，再加入分散剂，利用砂磨机反复研磨，得到碳纳米管分散液，碳纳米管分散液的制备由以下重量百分比的原料：碳纳米管10％、分散剂0.6％，余量为去离子水；助剂为消泡剂、成膜助剂、分散剂混合而成；流平剂为聚醚改性有机硅；增稠剂为聚丙烯酸钠；

本实施例水性纳米复合散热降温涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照重量份称取各个原料；

S2、将水性氟碳树脂乳液与碳纳米管分散液混合，边搅拌边缓慢加入纳米硅酸锌、纳米二氧化钛，搅拌速度为1500r/min，搅拌8min后将混合均匀的浆料加入砂磨机研磨1.5h，得到预混浆料；

S3、向步骤S2制备的预混浆料中加入助剂、流平剂、增稠剂，搅拌均匀，即可。

实施例2

本实施例水性纳米复合散热降温涂料包括以下重量份的原料：碳纳米管分散液60份、纳米硅酸锌30份、纳米二氧化钛40份、水性氟碳树脂乳液25份、助剂7份、流平剂5份、增稠剂4份；

其中，碳纳米管分散液的制备方法为：将碳纳米管利用粉碎机粉碎，加入到去离子水中，并用转速为3000r/min的混合机混合10min，再加入分散剂，利用砂磨机反复研磨，得到碳纳米管分散液，碳纳米管分散液的制备由以下重量百分比的原料：碳纳米管15％、分散剂1％，余量为去离子水；助剂为消泡剂和成膜助剂按照质量比1：1混合而成；流平剂为聚醚改性有机硅；增稠剂为钠基膨润土；

本实施例水性纳米复合散热降温涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照重量份称取各个原料；

S2、将水性氟碳树脂乳液与碳纳米管分散液混合，边搅拌边缓慢加入纳米硅酸锌、纳米二氧化钛，搅拌速度为2000r/min，搅拌15min后将混合均匀的浆料加入砂磨机研磨1.5h，得到预混浆料；

S3、向步骤S2制备的预混浆料中加入助剂、流平剂、增稠剂，搅拌均匀，即可。

实施例3

本实施例水性纳米复合散热降温涂料包括以下重量份的原料：碳纳米管分散液45份、纳米硅酸锌23份、纳米二氧化钛30份、水性氟碳树脂乳液20份、助剂4.5份、流平剂3.5份、增稠剂2.5份；

其中，碳纳米管分散液的制备方法为：将碳纳米管利用粉碎机粉碎，加入到去离子水中，并用转速为2500r/min的混合机混合7min，再加入分散剂，利用砂磨机反复研磨，得到碳纳米管分散液，碳纳米管分散液的制备由以下重量百分比的原料：碳纳米管13％、分散剂0.8％，余量为去离子水；助剂为消泡剂、成膜助剂、分散剂混合而成种；流平剂为聚醚改性有机硅；增稠剂为聚丙烯酸钠；

本实施例水性纳米复合散热降温涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照重量份称取各个原料；

S2、将水性氟碳树脂乳液与碳纳米管分散液混合，边搅拌边缓慢加入纳米硅酸锌、纳米二氧化钛，搅拌速度为1700r/min，搅拌11min后将混合均匀的浆料加入砂磨机研磨1.5h，得到预混浆料；

S3、向步骤S2制备的预混浆料中加入助剂、流平剂、增稠剂，搅拌均匀，即可。

实施例4

本实施例水性纳米复合散热降温涂料包括以下重量份的原料：碳纳米管分散液40份、纳米硅酸锌20份、纳米二氧化钛25份、水性氟碳树脂乳液18份、助剂3份、流平剂3份、增稠剂2份；

其中，碳纳米管分散液的制备方法为：将碳纳米管利用粉碎机粉碎，加入到去离子水中，并用转速为2200r/min的混合机混合6min，再加入分散剂，利用砂磨机反复研磨，得到碳纳米管分散液，碳纳米管分散液的制备由以下重量百分比的原料：碳纳米管12％、分散剂0.7％，余量为去离子水；助剂为消泡剂；流平剂为聚醚改性有机硅；增稠剂为钠基膨润土；

本实施例水性纳米复合散热降温涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照重量份称取各个原料；

S2、将水性氟碳树脂乳液与碳纳米管分散液混合，边搅拌边缓慢加入纳米硅酸锌、纳米二氧化钛，搅拌速度为1600r/min，搅拌9min后将混合均匀的浆料加入砂磨机研磨1.5h，得到预混浆料；

S3、向步骤S2制备的预混浆料中加入助剂、流平剂、增稠剂，搅拌均匀，即可。

实施例5

本实施例水性纳米复合散热降温涂料包括以下重量份的原料：碳纳米管分散液50份、纳米硅酸锌26份、纳米二氧化钛35份、水性氟碳树脂乳液23份、助剂6份、流平剂4份、增稠剂3份；

其中，碳纳米管分散液的制备方法为：将碳纳米管利用粉碎机粉碎，加入到去离子水中，并用转速为2800r/min的混合机混合8min，再加入分散剂，利用砂磨机反复研磨，得到碳纳米管分散液，碳纳米管分散液的制备由以下重量百分比的原料：碳纳米管14％、分散剂0.9％，余量为去离子水；助剂为分散剂；流平剂为聚醚改性有机硅；增稠剂为聚丙烯酸钠；

本实施例水性纳米复合散热降温涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照重量份称取各个原料；

S2、将水性氟碳树脂乳液与碳纳米管分散液混合，边搅拌边缓慢加入纳米硅酸锌、纳米二氧化钛，搅拌速度为1900r/min，搅拌14min后将混合均匀的浆料加入砂磨机研磨1.5h，得到预混浆料；

S3、向步骤S2制备的预混浆料中加入助剂、流平剂、增稠剂，搅拌均匀，即可。

将实施例1-5制备的涂料进行建筑外墙涂膜，同等建筑结构，同等体积建筑，夏季室外温度相同时(40℃)涂膜后室内温度对比，以及其他性能测试，结果见表1。

表1涂料进行涂膜后性能测试

由表1数据显示，发明涂料作为建筑外墙涂料使用，同等建筑结构，同等体积建筑，夏季室外温度相同时，喷涂普通涂料与喷涂本发明水性纳米复合散热降温涂料进行比较，喷涂本发明水性纳米复合散热降温涂料的室内温度比喷涂普通涂料的室内温度低，最高达到15℃，本发明涂料热导率好，散热降温效果好，而且耐碱性、耐水性好，附着力强。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种水性纳米复合散热降温涂料，其特征在于，所述水性纳米复合散热降温涂料包括以下重量份的原料：碳纳米管分散液30-60份、纳米硅酸锌15-30份、纳米二氧化钛20-40份、水性氟碳树脂乳液15-25份、助剂2-7份、流平剂2-5份、增稠剂1-4份。

2.根据权利要求1所述的水性纳米复合散热降温涂料，其特征在于，所述水性纳米复合散热降温涂料包括以下重量份的原料：碳纳米管分散液40-50份、纳米硅酸锌20-26份、纳米二氧化钛25-35份、水性氟碳树脂乳液18-23份、助剂3-6份、流平剂3-4份、增稠剂2-3份。

3.根据权利要求1所述的水性纳米复合散热降温涂料，其特征在于，所述水性纳米复合散热降温涂料包括以下重量份的原料：碳纳米管分散液45份、纳米硅酸锌23份、纳米二氧化钛30份、水性氟碳树脂乳液20份、助剂4.5份、流平剂3.5份、增稠剂2.5份。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的水性纳米复合散热降温涂料，其特征在于，所述碳纳米管分散液的制备方法为：将碳纳米管利用粉碎机粉碎，加入到去离子水中，并用转速为2000-3000r/min的混合机混合5-10min，再加入分散剂，利用砂磨机反复研磨，得到碳纳米管分散液。

5.根据权利要求4所述的水性纳米复合散热降温涂料，其特征在于，所述碳纳米管分散液的制备由以下重量百分比的原料：碳纳米管10-15％、分散剂0.6-1％，余量为去离子水。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的水性纳米复合散热降温涂料，其特征在于：所述助剂为消泡剂、成膜助剂、分散剂中的至少一种。

7.根据权利要求1-3任意一项所述的水性纳米复合散热降温涂料，其特征在于：所述流平剂为聚醚改性有机硅。

8.根据权利要求1-3任意一项所述的水性纳米复合散热降温涂料，其特征在于：所述增稠剂为聚丙烯酸钠或钠基膨润土。

9.一种如权利要求1-8任意一项所述的水性纳米复合散热降温涂料，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：

S1、按照重量份称取各个原料；

S2、将水性氟碳树脂乳液与碳纳米管分散液混合，边搅拌边缓慢加入纳米硅酸锌、纳米二氧化钛，搅拌速度为1500-2000r/min，搅拌8-15min后将混合均匀的浆料加入砂磨机研磨1.5h，得到预混浆料；

S3、向步骤S2制备的预混浆料中加入助剂、流平剂、增稠剂，搅拌均匀，即可。