CN108084821A - 新型石墨烯玻璃均热涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型石墨烯玻璃均热涂料,其由包括以下重量份的原料制备而成:粘结剂32~60重量份;石墨烯2~20重量份;填料15~55重量份;助溶剂5~20重量份;助剂3~8重量份;去离子水5~40重量份。本发明石墨烯玻璃均热涂料能快速使玻璃外表面温度均匀,还有一定的散热效果,避免玻璃因受热不均而开裂。在局部受热的情况下,能保证玻璃的安全使用,本发明新型石墨烯玻璃均热涂料在均热的同时,由于其较高的热辐射系数,能快速将热量转移走,降低玻璃的温度。
Description
技术领域
本发明属于石墨烯材料领域,具体是涉及一种新型石墨烯玻璃均热涂料及其制备方法。
背景技术
燃气灶表面一般使用不锈钢板,但不锈钢成本高、重量大、且不易清洁护理,后来大面积使用玻璃来代替不锈钢板。玻璃是一种较为透明的不结晶的硅酸盐类非金属材料,具有光的透明性和一定的强度、硬度,其表面平整度可以与机械磨光相媲美。玻璃广泛应用于建筑、汽车等领域,已经成为一种基本的生产资料。玻璃是热的不良导体,且有易碎性。当玻璃内外的温度相差太大时,由于膨胀率不一样导致玻璃内部应力不一致就会引发玻璃的开裂。解决玻璃由于受热不均而导致玻璃开裂非常有必要。石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料,单层石墨烯几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光,同时石墨烯的导热系数高达5300W/m·K,比金刚石还要高。
但是现有技术缺乏将石墨烯更好的应用在燃具玻璃表面以解决玻璃均热问题的涂料。
综上所述,开发一种导热系数高、抗划伤、耐酸、碱、盐等化学药品、与玻璃附着力强、硬度高、耐磨性好的石墨烯涂料已成为当前市场的急需。
发明内容
基于此,有必要针对上述问题,提供一种新型石墨烯玻璃均热涂料及其制备方法。本发明新型石墨烯玻璃均热涂料导热系数高、抗划伤、耐酸碱盐等化学药品、与玻璃附着力强、硬度高、耐磨性好。
为实现上述技术目的,具体技术方案如下:
一种新型石墨烯玻璃均热涂料,其由包括以下重量份的原料制备而成:
粘结剂 32 ~ 60重量份;
石墨烯 2 ~ 20重量份;
填料 15 ~ 55重量份;
助溶剂 5 ~ 20重量份;
助剂 3 ~ 8重量份;
去离子水 5 ~ 40重量份;
所述粘结剂为水性环氧树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚酯树脂、水性胺类固化剂、水性氨基树脂、水性羟基丙烯酸树脂、水性异氰酸酯固化剂中的一种或一种以上。
所述石墨烯是厚度小于20nm、片径3~8um、比表面积80~120m2/g、层数少于10层的石墨烯浆料。
所述填料为超细氧化铝、氮化硼中的一种或两种。
所述助溶剂为无水乙醇、乙二醇、醇酯十二、丙二醇丁醚、丙二醇苯醚中的一种或一种以上。
所述助剂为分散剂、消泡剂、基材润湿剂、流平剂、防沉剂、增稠剂、偶联剂中的一种或一种以上。
所述去离子水为经过12级过滤的纯水。
在其中一些实施例中,其由包括以下重量份的原料制备而成:
粘结剂 44 ~ 54重量份;
石墨烯 4 ~ 8重量份;
填料 25 ~ 35重量份;
助溶剂 5~10重量份;
助剂 4 ~ 6 重量份;
去离子水 8~15重量份。
在其中一些实施例中,其由包括以下重量份的原料制备而成:
粘结剂 44 ~ 46重量份;
石墨烯 7 ~ 8重量份;
填料 28 ~ 32重量份;
助溶剂 5 ~ 7重量份;
助剂 4 ~ 6重量份;
去离子水 5~9重量份。
在其中一些实施例中,所述粘结剂为水性丙烯酸树脂。
在其中一些实施例中,所述填料为目数为800~5000目的超细氧化铝、氮化硼中的一种或两种。
在其中一些实施例中,所述助溶剂为丙二醇丁醚、丙二醇甲醚中的一种或两种。
在其中一些实施例中,所述助剂为分散剂、基材润湿剂、消泡剂、防沉剂中的一种或一种以上。
本发明还提供一种上述新型石墨烯玻璃均热涂料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将所述石墨烯与所述填料分散均匀后研磨制备成复合导热功能浆料,该复合导热功能浆料的细度<5um;
(2)将步骤1所得复合导热功能浆料与所述粘结剂、助剂、助溶剂、去离子水混合分散均匀,即得石墨烯玻璃均热涂料。
本发明优选用料以及种类的石墨烯与球形导热填料颗粒(如氧化铝、氮化硼颗粒)能相互作用,在涂料里形成立体三维导热通道,相比传统散热涂料大幅提高涂料的散热效率,并能提高涂料的机械性能,增加涂料耐水性和附着力。石墨烯能提高涂层的热辐射系数,不仅能让玻璃快速均热,还能快速散热,降低玻璃温度。
本发明相较于现有技术的优点以及有益效果为:
本发明新型石墨烯玻璃均热涂料中所选用的石墨烯是二维片层结构,是目前已知导热系数最高的材料,优选的填料如氧化铝、氮化硼为散热涂料填料,导热系数相比石墨烯低很多。在涂料中加入本发明优选种类以及用量的的片状石墨烯和球形导热填料颗粒,球形填料颗粒能起到支撑石墨烯的作用,防止石墨烯在涂料干燥时回叠,石墨烯将球形导热填料连接起来,使涂料导热均匀。同时球形导热填料颗粒如氧化铝颗粒还能增加涂料垂直方向的导热系数,使涂料在玻璃上快速均热。
本发明石墨烯玻璃均热涂料能快速使玻璃外表面温度均匀,还有一定的散热效果,避免玻璃因受热不均而开裂。在局部受热的情况下,能保证玻璃的安全使用,本发明新型石墨烯玻璃均热涂料在均热的同时,由于其较高的热辐射系数,能快速将热量转移走,降低玻璃的温度。
附图说明
图1为本发明新型石墨烯玻璃均热涂料内部结构示意图。
具体实施方式
以下将结合具体的实施例对本发明做进一步说明。
本发明实施例所采用的原料均为市售常规原料。
以下实施例所用原料供应商具体如下:
其中,石墨烯是厚度小于20nm、片径3~8um、比表面积80~120m2/g、层数少于10层的石墨烯浆料,来源为深圳市国创珈伟石墨烯科技有限公司,型号为JIG-S111;
超细氧化铝来源为雅安百图高新材料股份有限公司BAK-2球形氧化铝(目数为1000~5000目)。
氮化硼来源为秦皇岛一诺高新材料开发有限公司六方氮化硼BNH01(目数为1000~5000目)。
实施例1:一种新型石墨烯玻璃均热涂料,所用原料用量如下:
粘结剂(水性丙烯酸树脂)50重量份、石墨烯2重量份、填料30重量份(其中超细氧化铝25重量份、氮化硼5份)、助溶剂6重量份(其中丙二醇丁醚3重量份,丙二醇甲醚3重量份),助剂5重量份(其中分散剂EFKA-4530重量份2.7份、基材润湿剂X-4061重量份1份、消泡剂TEGO-901W重量份0.3份、防沉剂帝斯巴隆AQ-600重量份1份)、去离子水7重量份。
制备方法包括以下步骤:
1、将以上原料中的石墨烯与填料(氮化硼、氧化铝)分散均匀后研磨制备成复合导热功能浆料,该复合导热功能浆料的细度<5um。
2、将步骤1所得复合导热功能浆料与粘结剂、助剂、助溶剂、去离子水混合分散均匀,即得新型石墨烯玻璃均热涂料。
实施例2:一种新型石墨烯玻璃均热涂料,所用原料用量如下:
粘结剂(水性丙烯酸树脂)32重量份、石墨烯20重量份、填料30重量份(其中超细氧化铝25重量份、氮化硼5份)、助溶剂6重量份(其中丙二醇丁醚3重量份,丙二醇甲醚3重量份)、助剂5重量份(其中分散剂EFKA-4530重量份2.7份、基材润湿剂X-4061重量份1份、消泡剂TEGO-901W重量份0.3份、防沉剂帝斯巴隆AQ-600重量份1份)、去离子水7重量份。
制备方法同实施例1。
实施例3:一种新型石墨烯玻璃均热涂料,所用原料用量如下:
粘结剂(水性丙烯酸树脂)46重量份、石墨烯3重量份、填料34重量份(其中超细氧化铝25重量份、氮化硼9份)、助溶剂6重量份(其中丙二醇丁醚3重量份,丙二醇甲醚3重量份)、助剂5重量份(其中分散剂EFKA-4530重量份2.7份、基材润湿剂X-4061重量份1份、消泡剂TEGO-901W重量份0.3份、防沉剂帝斯巴隆AQ-600重量份1份)、去离子水7重量份。
制备方法同实施例1。
实施例4:一种新型石墨烯玻璃均热涂料,所用原料用量如下:
粘结剂(水性丙烯酸树脂)33重量份、石墨烯15重量份、填料34重量份(其中超细氧化铝25重量份、氮化硼9份)、助溶剂6重量份(其中丙二醇丁醚3重量份,丙二醇甲醚3重量份)、助剂5重量份(其中分散剂EFKA-4530重量份2.7份、基材润湿剂X-4061重量份1份、消泡剂TEGO-901W重量份0.3份、防沉剂帝斯巴隆AQ-600重量份1份)、去离子水7重量份。
制备方法同实施例1。
实施例5:一种新型石墨烯玻璃均热涂料,所用原料用量如下:
粘结剂(水性丙烯酸树脂)44重量份、石墨烯4重量份、填料34重量份(其中超细氧化铝25重量份、氮化硼9份)、助溶剂6重量份(其中丙二醇丁醚3重量份,丙二醇甲醚3重量份)、助剂5重量份(其中分散剂EFKA-4530重量份2.7份、基材润湿剂X-4061重量份1份、消泡剂TEGO-901W重量份0.3份、防沉剂帝斯巴隆AQ-600重量份1份)、去离子水7重量份。
制备方法同实施例1。
实施例6:一种新型石墨烯玻璃均热涂料,所用原料用量如下:
粘结剂(水性丙烯酸树脂)44重量份、石墨烯8重量份、填料30重量份(其中超细氧化铝25重量份、氮化硼9份)、助溶剂6重量份(其中丙二醇丁醚3重量份,丙二醇甲醚3重量份)、助剂5重量份(其中分散剂EFKA-4530重量份2.7份、基材润湿剂X-4061重量份1份、消泡剂TEGO-901W重量份0.3份、防沉剂帝斯巴隆AQ-600重量份1份)、去离子水7重量份。
制备方法同实施例1。
对比例1:一种新型石墨烯玻璃均热涂料,所用原料用量如下:
粘结剂(水性丙烯酸树脂)60重量份、石墨烯10重量份、助剂5重量份(其中分散剂EFKA-4530重量份2.7份、基材润湿剂X-4061重量份1份、消泡剂TEGO-901W重量份0.3份、防沉剂帝斯巴隆AQ-600重量份1份)、去离子水17重量份,助溶剂丙二醇丁醚4份,丙二醇甲醚4份。
制备方法同实施例1。
对比例2:一种新型石墨烯玻璃均热涂料,所用原料用量如下:
粘结剂(水性丙烯酸树脂)44重量份、填料38重量份(其中超细氧化铝25重量份、氮化硼13份)、助剂5重量份(其中分散剂EFKA-4530重量份2.7份、基材润湿剂X-4061重量份1份、消泡剂TEGO-901W重量份0.3份、防沉剂帝斯巴隆AQ-600重量份1份)、去离子水7重量份,助溶剂丙二醇丁醚3份,丙二醇甲醚3份。
制备方法同实施例1。
下表1为实施例和对比例的玻璃均热石墨烯涂层性能参数:
表1 实施例和对比例的玻璃均热石墨烯涂层性能参数表
综合分析表1数据,实施例6的综合性能最优,在保证涂料导热系数的同时,涂料的附着力也较好。实施例2和实施例4虽然导热系数好,但是涂层在玻璃表面附着力较实施例6差,附着力差的原因是石墨烯比表面积较大,添加过多会导致粘结剂不能完全包覆石墨烯及填料。
在涂料中加入石墨烯,涂层的热辐射系数大幅增加,由于石墨烯的高导热系数,石墨烯涂层的平面导热系数极大提高,但是轴向导热系数与平面导热系数拆局明显。加入氧化铝和氮化硼球形导热填料后,涂层轴向导热系数有较大幅度提升。若涂层中只添加球形导热填料而不添加石墨烯,则涂层平面导热系数较低。石墨烯与球形导热填料在涂层中相互协同共同提高涂层的导热能力,同时石墨烯又大幅提高涂层的热敷时系数,是涂层能对玻璃快速均热和散热。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种新型石墨烯玻璃均热涂料,其特征在于,其由包括以下重量份的原料制备而成:
粘结剂 32 ~ 60重量份;
石墨烯 2 ~ 20重量份;
填料 15 ~ 55重量份;
助溶剂 5 ~ 20重量份;
助剂 3 ~ 8重量份;
去离子水 5 ~ 40重量份;
所述粘结剂为水性环氧树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚酯树脂、水性胺类固化剂、水性氨基树脂、水性异氰酸酯固化剂中的一种或一种以上;
所述石墨烯是厚度小于20nm、片径3~8um、比表面积80~200m2/g、层数少于10层的石墨烯浆料;
所述填料为超细氧化铝、氮化硼中的一种或两种;
所述助溶剂为无水乙醇、乙二醇、醇酯十二、丙二醇丁醚、丙二醇苯醚中的一种或一种以上;
所述助剂为分散剂、消泡剂、基材润湿剂、流平剂、防沉剂、增稠剂、偶联剂中的一种或一种以上。
2.根据权利要求1所述的新型石墨烯玻璃均热涂料,其特征在于,其由包括以下重量份的原料制备而成:
粘结剂 44 ~ 54重量份;
石墨烯 4 ~ 8重量份;
填料 25 ~ 35重量份;
助溶剂 5~10重量份;
助剂 4 ~ 6 重量份;
去离子水 8~15重量份。
3.根据权利要求2所述的新型石墨烯玻璃均热涂料,其特征在于,其由包括以下重量份的原料制备而成:
粘结剂 44 ~ 46重量份;
石墨烯 7 ~ 8重量份;
填料 28 ~ 32重量份;
助溶剂 5 ~ 7重量份;
助剂 4 ~ 6重量份;
去离子水 5~9重量份。
4.根据权利要求1~3任一项所述的新型石墨烯玻璃均热涂料,其特征在于,所述粘结剂为水性丙烯酸树脂。
5.根据权利要求1~3任一项所述的新型石墨烯玻璃均热涂料,其特征在于,所述填料为目数为800~5000目的超细氧化铝、氮化硼中的一种或两种。
6.根据权利要求1~3任一项所述的新型石墨烯玻璃均热涂料,其特征在于,所述助溶剂为丙二醇丁醚、丙二醇甲醚中的一种或两种。
7.根据权利要求1~3任一项所述的新型石墨烯玻璃均热涂料,其特征在于,所述助剂为分散剂、基材润湿剂、消泡剂、防沉剂中的一种或一种以上。
8.一种权利要求1~7任一项所述新型石墨烯玻璃均热涂料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将所述石墨烯与所述填料分散均匀后研磨制备成复合导热功能浆料,该复合导热功能浆料的细度<5um;
(2)将步骤1所得复合导热功能浆料与所述粘结剂、助剂、助溶剂、去离子水混合分散均匀,即得石墨烯玻璃均热涂料。
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