CN109486319A - 一种散热涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种散热涂料及其制备方法，散热涂料包括如下重量份的原料：聚合物基体乳液20～35份、成膜助剂0.5～1份、红外辐射粉体2～10份、粉体分散剂2～10份、颜填料15～20份、高导热填料5～10份、防沉降剂0.8～1.5份、消泡剂0.4～0.8份、涂料分散剂0.3～1.2份和水20～50份。在涂料中分别添加红外辐射粉体和高导热填料，既能够增强涂层的导热效果，并且可以快速将热量以8～13.5μm的红外波长向大气空间中辐射，有效降低涂层表面和内部的温度，散热降温作用明显；采用水作为溶剂，经济环保；散热涂料的制备过程简单，生产成本低，适用于批量化生产。

Description

一种散热涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种散热涂料及其制备方法。
背景技术
机械设备和建筑物等的散热问题一直是人们研究的热点。发动机过热会造成充气系数下降，燃料燃烧不充分。此外，零件过热会使材料力学性能降低，产生热应力，最终导致零件变形、产生裂纹和影响各零件间正常的运动间隙，使得零件之间的摩擦阻力增加，磨损加剧。特别是活塞环和气缸壁之间的运动，摩擦严重时会发生烧蚀、卡滞、使发动机停转或者发生拉缸现象。并且温度过高会使润滑油变质和结焦，失去润滑性能，进一步加剧零件的磨损。这些都将影响发动机的动力性、可靠性和耐久性。若建筑物散热不良，会造成热量累积并向室内传导，造成室内温度上升，空调等设备的能耗增高。石化储罐等工业设施的温度过高容易产生爆炸，造成重大危害。
此外，目前市场上的散热涂料都是溶剂型产品，会使用到有机溶剂，与目前我国环保大趋势不相符合。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种散热涂料及其制备方法，其散热效果好，制备方法简单。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种散热涂料，包括如下重量份的原料：聚合物基体乳液20～35份、成膜助剂0.5～1份、红外辐射粉体2～10份、粉体分散剂2～10份、颜填料15～20份、高导热填料5～10份、防沉降剂0.8～1.5份、消泡剂0.4～0.8份、涂料分散剂0.3～1.2份和水20～50份。
本发明采用的另一技术方案为：
一种散热涂料的制备方法，将2～10份的红外辐射粉体、2～10份的粉体分散剂和20～50份的水进行混合，然后依次进行第一次研磨和分散处理，得到粉体浆料；将所述粉体浆料与0.3～1.2份的涂料分散剂、0.2～0.4份的消泡剂、15～20份的颜填料和5～10份的高导热填料进行混合，然后进行第二次研磨，得到研磨浆料；将20～35份的聚合物基体乳液和0.5～1份的成膜助剂与所述研磨浆料进行混合，得到混合浆料；将0.8～1.5份的防沉降剂和0.2～0.4份的消泡剂与所述混合浆料进行混合，得到所述散热涂料。
本发明的有益效果在于：在涂料中分别添加红外辐射粉体和高导热填料，既能够增强涂层的导热效果，并且可以快速将热量以8～13.5μm的红外波长向大气空间中辐射，有效降低涂层表面和内部的温度，散热降温作用明显；采用水作为溶剂，经济环保；散热涂料的制备过程简单，生产成本低，适用于批量化生产。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键的构思在于：在涂料中分别添加红外辐射粉体和高导热填料，既能够增强涂层的导热效果，并且可以快速将热量以8～13.5μm的红外波长向大气空间中辐射。
一种散热涂料，包括如下重量份的原料：聚合物基体乳液20～35份、成膜助剂0.5～1份、红外辐射粉体2～10份、粉体分散剂2～10份、颜填料15～20份、高导热填料5～10份、防沉降剂0.8～1.5份、消泡剂0.4～0.8份、涂料分散剂0.3～1.2份和水20～50份。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：在涂料中分别添加红外辐射粉体和高导热填料，既能够增强涂层的导热效果，并且可以快速将热量以8～13.5μm的红外波长向大气空间中辐射，有效降低涂层表面和内部的温度，散热降温作用明显；采用水作为溶剂，经济环保。
进一步的，所述聚合物基体乳液为无机纳米二氧化硅改性聚丙烯酸乳液和无机纳米二氧化硅改性聚氨酯乳液中的至少一种。
由上述描述可知，采用无机纳米二氧化硅对聚合物基体进行改性，可以大幅度提升涂层的硬度和附着力，保证涂层的使用寿命。
进一步的，所述成膜助剂为醇酯类助剂、醇醚类助剂和醇醚酯类助剂中的至少一种。
由上述描述可知，成膜助剂的种类可以根据需要选择一种或多种。
进一步的，所述红外辐射粉体为石墨烯、碳纳米管和碳纤维中的至少一种。
由上述描述可知，石墨烯和碳纳米管均是综合性能优异的纳米材料，具有超细的纳米级结构和超大的比表面积。阵列化的碳纳米管的辐射系数可达到0.98以上，因而是目前辐射率最高的材料。同时，碳纳米管沿轴向具有非常高的热导率，因而该类材料作为填料配制涂料时，会同时具有高的辐射率和导热系数。碳纤维的导热性能好，热膨胀系数小。
进一步的，所述高导热填料为AlN、Si3N4、Al2O3、BeO、MgO和SiC中的至少一种。
进一步的，所述颜填料为钛白粉、高岭土、滑石粉、重钙和云母粉中的至少一种。
进一步的，所述防沉降剂为气相二氧化硅、有机改性膨润土和水性聚酰胺蜡中的至少一种。
由上述描述可知，高导热填料、颜填料和防沉降剂的种类均可以根据需要进行选择。
本发明涉及的另一技术方案为：
一种散热涂料的制备方法，将2～10份的红外辐射粉体、2～10份的粉体分散剂和20～50份的水进行混合，然后依次进行第一次研磨和分散处理，得到粉体浆料；将所述粉体浆料与0.3～1.2份的涂料分散剂、0.2～0.4份的消泡剂、15～20份的颜填料和5～10份的高导热填料进行混合，然后进行第二次研磨，得到研磨浆料；将20～35份的聚合物基体乳液和0.5～1份的成膜助剂与所述研磨浆料进行混合，得到混合浆料；将0.8～1.5份的防沉降剂和0.2～0.4份的消泡剂与所述混合浆料进行混合，得到所述散热涂料。
由上述描述可知，散热涂料的制备过程简单，生产成本低，适用于批量化生产。
进一步的，通过超声波进行分散处理，分散处理的时间为至少30min。
由上述描述可知，采用超声进行分散，其分散效果好。
进一步的，所述研磨浆料的细度小于30μm。
本发明的实施例一为：
一种散热涂料的制备方法，包括如下步骤：
将2～10份的红外辐射粉体加入到20～50份的水中，然后加入2～10份的粉体分散剂，搅拌均匀，采用研磨机对混合物进行第一次研磨，研磨时间为2h，然后采用超声进行分散处理，将研磨后的混合物分散至少30min，得到粉体浆料。
将得到的粉体浆料转移至调漆缸中，加入0.3～1.2份的涂料分散剂和0.2～0.4份的消泡剂高速搅拌均匀后加入15～20份的颜填料和5～10份的高导热填料进行混合，然后对混合物进行第二次研磨，得到研磨浆料，研磨浆料的细度小于30μm，降低转速，加入20～35份的聚合物基体乳液，在低速下进行搅拌，然后慢慢加入0.5～1份的成膜助剂，使各组分充分混合均匀，得到混合浆料。
保持低速搅拌，慢慢将0.8～1.5份的防沉降剂和0.2～0.4份的消泡剂加入到所述混合浆料进行混合，继续搅拌20min，即得到所述散热涂料。本实施例中，还可以对得到的散热涂料进行过滤和包装等后处理。
本实施例中，所述聚合物基体乳液为无机纳米二氧化硅改性聚丙烯酸乳液和无机纳米二氧化硅改性聚氨酯乳液中的至少一种。所述成膜助剂为醇酯类助剂(十二碳醇酯)、醇醚类助剂(乙二醇丁醚、丙二醇苯醚等)和醇醚酯类助剂(己二醇丁醚醋酸酯)中的至少一种。所述红外辐射粉体为石墨烯、碳纳米管和碳纤维中的至少一种。所述高导热填料为AlN、Si3N4、Al2O3、BeO、MgO和SiC中的至少一种。所述颜填料为钛白粉、高岭土、滑石粉、重钙和云母粉中的至少一种。所述防沉降剂为气相二氧化硅、有机改性膨润土和水性聚酰胺蜡中的至少一种。
本发明的实施例二为：
一种散热涂料的制备方法，与实施例一的不同之处在于：
将2份的红外辐射粉体加入到20份的水中，然后加入2份的粉体分散剂，搅拌均匀，采用研磨机对混合物进行第一次研磨，研磨时间为2h，然后采用超声进行分散处理，将研磨后的混合物分散30min，得到粉体浆料。
将得到的粉体浆料转移至调漆缸中，加入0.3份的涂料分散剂和0.2份的消泡剂高速搅拌均匀后加入18份的颜填料和10份的高导热填料进行混合，然后对混合物进行第二次研磨，得到研磨浆料，研磨浆料的细度小于30μm，降低转速，加入25份的聚合物基体乳液，在低速下进行搅拌，然后慢慢加入0.8份的成膜助剂，使各组分充分混合均匀，得到混合浆料。
保持低速搅拌，慢慢将1.5份的防沉降剂和0.2份的消泡剂加入到所述混合浆料进行混合，继续搅拌20min，即得到所述散热涂料。
本发明的实施例三为：
一种散热涂料的制备方法，与实施例一的不同之处在于：
将4份的红外辐射粉体加入到40份的水中，然后加入4份的粉体分散剂，搅拌均匀，采用研磨机对混合物进行第一次研磨，研磨时间为2h，然后采用超声进行分散处理，将研磨后的混合物分散至少30min，得到粉体浆料。
将得到的粉体浆料转移至调漆缸中，加入1份的涂料分散剂和0.4份的消泡剂高速搅拌均匀后加入20份的颜填料和5份的高导热填料进行混合，然后对混合物进行第二次研磨，得到研磨浆料，研磨浆料的细度小于30μm，降低转速，加入35份的聚合物基体乳液，在低速下进行搅拌，然后慢慢加入1份的成膜助剂，使各组分充分混合均匀，得到混合浆料。
保持低速搅拌，慢慢将1份的防沉降剂和0.4份的消泡剂加入到所述混合浆料进行混合，继续搅拌20min，即得到所述散热涂料。
本发明的实施例四为：
一种散热涂料的制备方法，与实施例一的不同之处在于：
将10份的红外辐射粉体加入到50份的水中，然后加入10份的粉体分散剂，搅拌均匀，采用研磨机对混合物进行第一次研磨，研磨时间为2h，然后采用超声进行分散处理，将研磨后的混合物分散30min，得到粉体浆料。
将得到的粉体浆料转移至调漆缸中，加入1.2份的涂料分散剂和0.3份的消泡剂高速搅拌均匀后加入15份的颜填料和8份的高导热填料进行混合，然后对混合物进行第二次研磨，得到研磨浆料，研磨浆料的细度小于30μm，降低转速，加入30份的聚合物基体乳液，在低速下进行搅拌，然后慢慢加入0.5份的成膜助剂，使各组分充分混合均匀，得到混合浆料。
保持低速搅拌，慢慢将0.8份的防沉降剂和0.3份的消泡剂加入到所述混合浆料进行混合，继续搅拌20min，即得到所述散热涂料。
将实施例二至实施例四制备获得的散热涂料分别进行性能测试，其中降温散热测试采用的方法是：采用了未喷涂层的马口铁板，在马口铁板上分别喷涂实施例二至实施例四中得到的散热涂料，空白样板上喷涂不含红外辐射粉体和高导热填料的涂料，其余组分及含量与实施例二相同。连接好测试线路，将喷涂散热涂料的涂层样板和空白样板同时置于180℃恒温箱中，恒温1h后取出。在自然对流的情况下用炉温仪测定其降温曲线，将15分钟左右涂层样板的温差作为涂层的降温幅度。同时对涂层的涂层硬度和涂膜附着力进行测试，测试结果如表1所示。
表1散热涂料的性能测试结果
涂层硬度，H 涂层附着力，级 涂层导热系数，W/(m·K) 降温幅度，℃
实例二 1 1 1.70 10.5
实例三 1 0 1.89 11.8
实例四 1 1 2.10 14.6
空白样板 1 0 0.3 1.6
从表1中可知，本发明的散热涂料由于加入了红外辐射粉体和高导热填料，涂层的导热系数高，对马口铁板的降温幅度快，当将本发明的散热涂料应用于其他设备装置时，可以提高其使用寿命和安全性能。
综上所述，本发明提供的一种散热涂料及其制备方法，散热涂料涂布后具有良好的导热系数和散热效率，可以将所附着设备的热量快速传导至涂层表面并散发出去，快速降低设备的温度，提高安全性能，延长设备的使用寿命；散热涂料的制备过程简单，不使用有机溶剂，节能环保。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种散热涂料，其特征在于，包括如下重量份的原料：聚合物基体乳液20～35份、成膜助剂0.5～1份、红外辐射粉体2～10份、粉体分散剂2～10份、颜填料15～20份、高导热填料5～10份、防沉降剂0.8～1.5份、消泡剂0.4～0.8份、涂料分散剂0.3～1.2份和水20～50份。
2.根据权利要求1所述的散热涂料，其特征在于，所述聚合物基体乳液为无机纳米二氧化硅改性聚丙烯酸乳液和无机纳米二氧化硅改性聚氨酯乳液中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的散热涂料，其特征在于，所述成膜助剂为醇酯类助剂、醇醚类助剂和醇醚酯类助剂中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的散热涂料，其特征在于，所述红外辐射粉体为石墨烯、碳纳米管和碳纤维中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的散热涂料，其特征在于，所述高导热填料为AlN、Si3N4、Al2O3、BeO、MgO和SiC中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的散热涂料，其特征在于，所述颜填料为钛白粉、高岭土、滑石粉、重钙和云母粉中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的散热涂料，其特征在于，所述防沉降剂为气相二氧化硅、有机改性膨润土和水性聚酰胺蜡中的至少一种。
8.一种散热涂料的制备方法，其特征在于，将2～10份的红外辐射粉体、2～10份的粉体分散剂和20～50份的水进行混合，然后依次进行第一次研磨和分散处理，得到粉体浆料；将所述粉体浆料与0.3～1.2份的涂料分散剂、0.2～0.4份的消泡剂、15～20份的颜填料和5～10份的高导热填料进行混合，然后进行第二次研磨，得到研磨浆料；将20～35份的聚合物基体乳液和0.5～1份的成膜助剂与所述研磨浆料进行混合，得到混合浆料；将0.8～1.5份的防沉降剂和0.2～0.4份的消泡剂与所述混合浆料进行混合，得到所述散热涂料。
9.根据权利要求8所述的散热涂料的制备方法，其特征在于，通过超声波进行分散处理，分散处理的时间为至少30min。
10.根据权利要求8所述的散热涂料的制备方法，其特征在于，所述研磨浆料的细度小于30μm。
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