CN108192479A - 一种纳米复合散热涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米复合散热涂料及其制备方法，属于散热涂料技术领域。本发明以含羟基树脂与异氰酸酯交联生成双组分聚氨酯涂层，耐候性佳，有较强的耐酸、碱等化学品腐蚀能力，通过将红外发射率高、绝缘性好，可实现导热绝缘与高辐射兼容的氮化铝粉球磨分散进入纳米片层状氮化硼间距中构建接触点，均匀分散在树脂中有效填充粒子联结网络，提高导热性能，形成导热网络保证涂层具有较高的热导率，同时利用填料改善树脂，使其具有良好的机械性能、高粘接强度以及优异的高温热稳定性和电气绝缘性，本发明喷涂涂散热涂层的LED灯传导散热与辐射散热协同作用，能够显著降低散热器件温度，在散热系统应用有较好的市场前景。

Description

一种纳米复合散热涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米复合散热涂料及其制备方法，属于散热涂料技术领域。

背景技术

技术的发展及时代的需求，推动着电子产品飞速的进行着更新换代。如照明的发展，现在已经历经了四代光源：白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯（HID）以及半导体光源。LED是半导体光源的简称，与前几代光源相比具有省电、发光效率高、绿色环保、使用时间长等优点，将逐步取代传统光源。随着技术的发展，LED的优点会越来越突出，应用范围会越来越广，比如采用LED作为显像器件的电视机，具有背光均匀、节能环保等优点，成为液晶电视的发展方向。LED技术已得到国家政府的重视与财政支持，目前已经广泛应用于照明、装饰等领域。LED在照明、装饰等领域具有明显的优势，但受其技术的限制，也面临着关键技术难题：散热问题。LED是电致发光元件，由于制造材料以及技术的限制，内部的光子产率很低，仅有20%左右的电光转换效率，其余的电能全部转换为热能；LED又是典型的冷光源，光谱中几乎不含红外线，内部热量无法靠热辐射释放，而且使用要求的提高，趋向小型及大功率化发展，这些因素整体造成芯片内部温度很高。产热大，散热能力有限，造成电子元件内部温度很高。研究表明，电子元件的性能与其工作温度成负相关，比如 LED 结温每升高 10℃，光衰及寿命就会减半，同时发光效率也会降低。因此如何解决电子元件的散热问题，保证其正常工作成为制约着电子技术发展、应用的关键问题。

针对目前电子元件存在的散热问题，采用涂层技术解决散热逐渐成为了目前的研究热点。但目前散热涂料普遍存在附着力差，不耐热及降温效果不好的问题，限制了涂层技术在电子散热上的应用。为了使电子元件温度控制在正常的范围内，保证其正常工作，制备出散热效果、附着力等综合性能优异的涂层迫在眉睫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对散热涂料导热性差、机械性能差的问题，提供了一种纳米复合散热涂料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种纳米复合散热涂料，包括下述重量份原料：

200～350份羟基丙烯酸树脂，150～200份超细颜填料，20～30份润湿分散剂，20～30份消泡剂，100～120份二丙酮醇，80～100份二甲苯，15～30份流平剂，50～80份防沉蜡浆AQ-600，100～120g异氰酸酯固化剂。

所述羟基丙烯酸树脂为羟基丙烯酸树脂AC1018A、羟基丙烯酸树脂FX-9003、羟基丙烯酸树脂PU2050、羟基丙烯酸树脂YZ-H713、羟基丙烯酸树脂YZ800-70中的任意一种或多种。

所述超细颜填料为纳米片层状氮化硼与氮化铝粉按质量比（12～15）：（5～8）混合后用次亚磷酸钠溶液浸泡处理，过滤干燥后与乙二醇混合装入球磨机中球磨45～48h制得。

所述纳米片层状氮化硼为按质量比1：2将硼酸与尿素溶解在去离子水中加热至60～65℃，保温搅拌30～40min后蒸发至干，并在氮气氛围下，加热至850～950℃煅烧4～6h制得。

所述氮化铝粉为按摩尔比3.2：1～3.5：1将碳和氧化铝混合，再加入相对氧化铝质量1.2～1.5%的氟化钙球磨均匀后在氮气氛围下加热至1600～1650℃煅烧4～6h，冷却至700～750℃并通入空气煅烧2～3h制得。

所述次亚磷酸钠溶液的质量分数为2%，用量为纳米片层状氮化硼质量的2～5倍。

所述润湿分散剂为润湿分散剂5027、润湿分散剂A10、润湿分散剂8163、润湿分散剂5168、润湿分散剂8160中的任意一种或多种。

所述消泡剂为消泡剂821、消泡剂822、消泡剂823中的任意一种，所述流平剂为流平剂KH-28、流平剂BYK中的任意一种或多种。

所述异氰酸酯固化剂为固化剂MR-1002、固化剂JY01S、固化剂6120、固化剂OS-9018中的任意一种或多种。

一种纳米复合散热涂料的制备方法，具体步骤为：

（1）按质量比1：2将硼酸与尿素溶解在去离子水中加热至60～65℃，保温搅拌30～40min后蒸发至干，得前驱体；

（2）将前驱体在氮气氛围下，加热至850～950℃煅烧4～6h，洗涤干燥得纳米片层状氮化硼；

（3）按摩尔比3.2：1～3.5：1将碳和氧化铝混合，再加入相对氧化铝质量1.2～1.5%的氟化钙球磨均匀后在氮气氛围下加热至1600～1650℃煅烧4～6h，冷却至700～750℃并通入空气煅烧2～3h，得氮化铝粉；

（4）将纳米片层状氮化硼与氮化铝粉按质量比（12～15）：（5～8）混合后用次亚磷酸钠溶液浸泡处理，过滤干燥后与乙二醇混合装入球磨机中球磨45～48h，干燥得超细颜填料；

（5）取羟基丙烯酸树脂、润湿分散剂、消泡剂、超细颜填料、二丙酮醇、二甲苯装入搅拌机中，以120～180r/min搅拌30～40min，再加入流平剂、消泡剂、防沉蜡浆AQ-600，并转入球磨机中以1200～1500r/min球磨2～3h，球磨至涂料细度≤40μm，用120目铜网过滤，得涂料A；

（6）向涂料A中加入异氰酸酯固化剂，以1000～1200r/min搅拌1～3min，得纳米复合散热涂料。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明以含羟基树脂与异氰酸酯交联生成双组分聚氨酯涂层，耐候性佳，有较强的耐酸、碱等化学品腐蚀能力，通过将红外发射率高、绝缘性好，可实现导热绝缘与高辐射兼容的氮化铝粉球磨分散进入纳米片层状氮化硼间距中构建接触点，均匀分散在树脂中有效填充粒子联结网络，提高导热性能，形成导热网络保证涂层具有较高的热导率，同时利用填料改善树脂，使其具有良好的机械性能、高粘接强度以及优异的高温热稳定性和电气绝缘性；

（2）本发明制备了一种兼具绝缘、导热、辐射散热特性的功能涂层，满足散热涂料对于高红外发射率、高导热系数和高体积电阻率兼容一体化的新需求，并且对于市场上电子产品散热界面的多种金属及非金属基材均有良好的成膜性及结合强度，综合性能优良；

（3）本发明喷涂涂散热涂层的LED灯传导散热与辐射散热协同作用，能够显著降低散热器件温度，在散热系统应用有较好的市场前景。

具体实施方式

取150～200g硼酸，加入1.5～2.0L去离子水中，在50～60℃恒温水浴下，以300～400r/min搅拌20～30min，再加入300～400g尿素并加热至60～65℃，保温搅拌30～40min后转入旋转蒸发仪中减压蒸发至干，得前驱体，将前驱体置于马弗炉中，在氮气氛围下，以20℃/min加热至850～950℃煅烧4～6h，冷却至室温后，用质量分数为1%盐酸和无水乙醇洗涤产物3～5次，并转入干燥箱中，在80～90℃下干燥6～8h，得纳米片层状氮化硼，按摩尔比3.2：1～3.5：1取碳和氧化铝，并装入球磨机中混合均匀，再加入相对氧化铝质量1.2～1.5%的氟化钙，继续球磨10～20min后转入管式炉中，在氮气氛围下，以20℃/min加热至1600～1650℃煅烧4～6h，冷却至700～750℃并通入空气煅烧2～3h，得氮化铝粉，取120～150g纳米片层状氮化硼，50～80g氮化铝粉，加入300～600g质量分数为2%次亚磷酸钠溶液中，在25～30℃恒温水浴下保温搅拌3～5min，过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣3～5次，并置于105～110℃干燥箱中干燥2～3h，再与100～120g乙二醇混合装入球磨机中，球磨45～48h后转入干燥箱中，在120～130℃下干燥2～3h，得超细颜填料，取200～350g羟基丙烯酸树脂，20～30g润湿分散剂，10～15g消泡剂，150～200g超细颜填料，100～120g二丙酮醇，80～100g二甲苯装入搅拌机中，以120～180r/min搅拌30～40min，再加入15～30g流平剂，10～15g消泡剂，50～80g防沉蜡浆AQ-600，并转入球磨机中以1200～1500r/min球磨2～3h，球磨至涂料细度≤40μm，用120目铜网过滤，得涂料A，向涂料A中加入100～120g异氰酸酯固化剂，以1000～1200r/min搅拌1～3min，得纳米复合散热涂料。

实例1

取150g硼酸，加入1.5L去离子水中，在50℃恒温水浴下，以300r/min搅拌20min，再加入300g尿素并加热至60℃，保温搅拌30min后转入旋转蒸发仪中减压蒸发至干，得前驱体，将前驱体置于马弗炉中，在氮气氛围下，以20℃/min加热至850℃煅烧4h，冷却至室温后，用质量分数为1%盐酸和无水乙醇洗涤产物3次，并转入干燥箱中，在80℃下干燥6h，得纳米片层状氮化硼，按摩尔比3.2：1取碳和氧化铝，并装入球磨机中混合均匀，再加入相对氧化铝质量1.2%的氟化钙，继续球磨10min后转入管式炉中，在氮气氛围下，以20℃/min加热至1600℃煅烧4h，冷却至700℃并通入空气煅烧2h，得氮化铝粉，取120g纳米片层状氮化硼，50g氮化铝粉，加入300g质量分数为2%次亚磷酸钠溶液中，在25℃恒温水浴下保温搅拌3min，过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣3次，并置于105℃干燥箱中干燥2h，再与100g乙二醇混合装入球磨机中，球磨45h后转入干燥箱中，在120℃下干燥2h，得超细颜填料，取200g羟基丙烯酸树脂，20g润湿分散剂，10g消泡剂，150g超细颜填料，100g二丙酮醇，80g二甲苯装入搅拌机中，以120r/min搅拌30min，再加入15g流平剂，10g消泡剂，50g防沉蜡浆AQ-600，并转入球磨机中以1200r/min球磨2h，球磨至涂料细度≤40μm，用120目铜网过滤，得涂料A，向涂料A中加入100g异氰酸酯固化剂，以1000r/min搅拌1～3min，得纳米复合散热涂料。

实例2

取175g硼酸，加入1.75L去离子水中，在55℃恒温水浴下，以350r/min搅拌25min，再加入350g尿素并加热至63℃，保温搅拌35min后转入旋转蒸发仪中减压蒸发至干，得前驱体，将前驱体置于马弗炉中，在氮气氛围下，以20℃/min加热至900℃煅烧5h，冷却至室温后，用质量分数为1%盐酸和无水乙醇洗涤产物4次，并转入干燥箱中，在85℃下干燥7h，得纳米片层状氮化硼，按摩尔比3.3：1取碳和氧化铝，并装入球磨机中混合均匀，再加入相对氧化铝质量1.3%的氟化钙，继续球磨15min后转入管式炉中，在氮气氛围下，以20℃/min加热至1625℃煅烧5h，冷却至725℃并通入空气煅烧2h，得氮化铝粉，取135g纳米片层状氮化硼，65g氮化铝粉，加入450g质量分数为2%次亚磷酸钠溶液中，在27℃恒温水浴下保温搅拌4min，过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣4次，并置于107℃干燥箱中干燥2h，再与110g乙二醇混合装入球磨机中，球磨47h后转入干燥箱中，在125℃下干燥2h，得超细颜填料，取275g羟基丙烯酸树脂，25g润湿分散剂，13g消泡剂，175g超细颜填料，110g二丙酮醇，90g二甲苯装入搅拌机中，以150r/min搅拌35min，再加入22g流平剂，13g消泡剂，65g防沉蜡浆AQ-600，并转入球磨机中以1350/min球磨2h，球磨至涂料细度≤40μm，用120目铜网过滤，得涂料A，向涂料A中加入110g异氰酸酯固化剂，以1100r/min搅拌2min，得纳米复合散热涂料。

实例3

取200g硼酸，加入2.0L去离子水中，在60℃恒温水浴下，以400r/min搅拌30min，再加入400g尿素并加热至65℃，保温搅拌40min后转入旋转蒸发仪中减压蒸发至干，得前驱体，将前驱体置于马弗炉中，在氮气氛围下，以20℃/min加热至950℃煅烧6h，冷却至室温后，用质量分数为1%盐酸和无水乙醇洗涤产物5次，并转入干燥箱中，在90℃下干燥8h，得纳米片层状氮化硼，按摩尔比3.5：1取碳和氧化铝，并装入球磨机中混合均匀，再加入相对氧化铝质量1.5%的氟化钙，继续球磨20min后转入管式炉中，在氮气氛围下，以20℃/min加热至1650℃煅烧6h，冷却至750℃并通入空气煅烧3h，得氮化铝粉，取150g纳米片层状氮化硼，80g氮化铝粉，加入600g质量分数为2%次亚磷酸钠溶液中，在30℃恒温水浴下保温搅拌5min，过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣5次，并置于110℃干燥箱中干燥3h，再与120g乙二醇混合装入球磨机中，球磨48h后转入干燥箱中，在130℃下干燥3h，得超细颜填料，取350g羟基丙烯酸树脂，30g润湿分散剂， 15g消泡剂，200g超细颜填料， 120g二丙酮醇，100g二甲苯装入搅拌机中，以180r/min搅拌40min，再加入30g流平剂，15g消泡剂，80g防沉蜡浆AQ-600，并转入球磨机中以1500r/min球磨3h，球磨至涂料细度≤40μm，用120目铜网过滤，得涂料A，向涂料A中加入120g异氰酸酯固化剂，以1200r/min搅拌3min，得纳米复合散热涂料。

将本发明制备的纳米复合散热涂料及安徽某公司生产的散热涂料进行检测，具体检测结果如下表表1：

表1纳米复合散热涂料性能表征

由表1可知本发明制备的纳米复合散热涂料，涂层附着力为1级、硬度为H级，导热系数高，具有极好的耐温性、附着力及机械性能，有广阔的应用空间。

Claims (10)

1.一种纳米复合散热涂料，其特征在于，包括下述重量份原料：

200～350份羟基丙烯酸树脂，150～200份超细颜填料，20～30份润湿分散剂，20～30份消泡剂，100～120份二丙酮醇，80～100份二甲苯，15～30份流平剂，50～80份防沉蜡浆AQ-600，100～120g异氰酸酯固化剂。

2.如权利要求1所述的一种纳米复合散热涂料，其特征在于，所述羟基丙烯酸树脂为羟基丙烯酸树脂AC1018A、羟基丙烯酸树脂FX-9003、羟基丙烯酸树脂PU2050、羟基丙烯酸树脂YZ-H713、羟基丙烯酸树脂YZ800-70中的任意一种或多种。

3.如权利要求1所述的一种纳米复合散热涂料，其特征在于，所述超细颜填料为纳米片层状氮化硼与氮化铝粉按质量比（12～15）：（5～8）混合后用次亚磷酸钠溶液浸泡处理，过滤干燥后与乙二醇混合装入球磨机中球磨45～48h制得。

4.如权利要求3所述的一种纳米复合散热涂料，其特征在于，所述纳米片层状氮化硼为按质量比1：2将硼酸与尿素溶解在去离子水中加热至60～65℃，保温搅拌30～40min后蒸发至干，并在氮气氛围下，加热至850～950℃煅烧4～6h制得。

5.如权利要求3所述的一种纳米复合散热涂料，其特征在于，所述氮化铝粉为按摩尔比3.2：1～3.5：1将碳和氧化铝混合，再加入相对氧化铝质量1.2～1.5%的氟化钙球磨均匀后在氮气氛围下加热至1600～1650℃煅烧4～6h，冷却至700～750℃并通入空气煅烧2～3h制得。

6.如权利要求3所述的一种纳米复合散热涂料，其特征在于，所述次亚磷酸钠溶液的质量分数为2%，用量为纳米片层状氮化硼质量的2～5倍。

7.如权利要求1所述的一种纳米复合散热涂料，其特征在于，所述润湿分散剂为润湿分散剂5027、润湿分散剂A10、润湿分散剂8163、润湿分散剂5168、润湿分散剂8160中的任意一种或多种。

8.如权利要求1所述的一种纳米复合散热涂料，其特征在于，所述消泡剂为消泡剂821、消泡剂822、消泡剂823中的任意一种，所述流平剂为流平剂KH-28、流平剂BYK中的任意一种或多种。

9.如权利要求1所述的一种纳米复合散热涂料，其特征在于，所述异氰酸酯固化剂为固化剂MR-1002、固化剂JY01S、固化剂6120、固化剂OS-9018中的任意一种或多种。

10.如权利要求1～9任意一项所述的一种纳米复合散热涂料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

（1）按质量比1：2将硼酸与尿素溶解在去离子水中加热至60～65℃，保温搅拌30～40min后蒸发至干，得前驱体；

（2）将前驱体在氮气氛围下，加热至850～950℃煅烧4～6h，洗涤干燥得纳米片层状氮化硼；

（3）按摩尔比3.2：1～3.5：1将碳和氧化铝混合，再加入相对氧化铝质量1.2～1.5%的氟化钙球磨均匀后在氮气氛围下加热至1600～1650℃煅烧4～6h，冷却至700～750℃并通入空气煅烧2～3h，得氮化铝粉；

（4）将纳米片层状氮化硼与氮化铝粉按质量比（12～15）：（5～8）混合后用次亚磷酸钠溶液浸泡处理，过滤干燥后与乙二醇混合装入球磨机中球磨45～48h，干燥得超细颜填料；

（5）取羟基丙烯酸树脂、润湿分散剂、消泡剂、超细颜填料、二丙酮醇、二甲苯装入搅拌机中，以120～180r/min搅拌30～40min，再加入流平剂、消泡剂、防沉蜡浆AQ-600，并转入球磨机中以1200～1500r/min球磨2～3h，球磨至涂料细度≤40μm，用120目铜网过滤，得涂料A；

（6）向涂料A中加入异氰酸酯固化剂，以1000～1200r/min搅拌1～3min，得纳米复合散热涂料。