CN109627943A - 一种适用于电池箱的多功能涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于电池箱的多功能涂料及其制备方法和应用，其原料包括：石墨烯、水性树脂、分散剂、增稠剂、交联剂和水，还选择性地包括流平剂、pH值调节剂、耐磨剂、阻燃剂和消泡剂中的一种或多种的组合；水性树脂由投料质量比为11:10‑9:5的水性聚氨酯树脂和水性丙烯酸树脂构成，增稠剂为聚丙烯酸酯增稠剂DN‑2222，交联剂为改性聚碳二亚胺交联剂XR‑5580；其制备为通过一定的投料方式将原料相互混合即可；以及上述涂料在新能源电动汽车电池箱外表面的涂层中的应用；本发明的涂料能够在具有高散热的同时兼具优异的附着力、耐碱性、耐磨性、耐盐雾以及粘度等物理力学性能，其高效的散热性可以不受外界环境的影响。

Description

一种适用于电池箱的多功能涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于新能源汽车用的涂料领域，尤其涉及新能源汽车电池箱用的涂料，具体涉及一种适用于电池箱的多功能涂料及其制备方法和应用。

背景技术

为了环境保护、节能环保和绿色能源推广应势而生，其中环境保护的方式之一就是扩大电动型汽车的使用量，降低油耗型汽车的使用量，但是现在电动型汽车一直处于低迷状态，制约电动汽车发展的主要因素就是新能源动力电池的使用寿命。针对这一问题，目前用于对新能源电池存放的电池箱上大多开设有散热孔，但由于散热孔的开设，导致在下雨时雨水很容易进入到电池箱的内部，使新能源电池短路，影响新能源电池的正常使用；也有一些新能源电池箱采用风冷或水冷的方式对电池箱的内部进行散热，但由于风冷或水冷时需要用到用电设备，导致新能源电池的负载过大，在散热的同时新能源电池又会产生新的热量，不仅浪费能源，而且还会影响新能源电池的使用寿命。

目前，已有技术人员对电池箱作了如下一些改进，进而提升其调温、阻燃、防火、自防护等特性：

例如中国发明专利CN107805082A，其公开了一种具有调温性能的绝缘纯电动客车燃料电池箱，包括箱体，箱体是由碳化硅复合材料制备，制备工艺如下：将碳化硅和致孔剂按照一定比例混合均匀，然后加入乙醇溶剂进行研磨，研磨均匀烘干，烧结，得到大孔碳化硅；取硅粉和大孔碳化硅、水、结合剂和防沉淀剂，高速搅拌得到混合物料，然后将混合物料置于模具中加压成型，坯体烘干，然后在氮化室中进行氮化烧结，得到表面粗糙的箱体；箱体浸泡在液体石蜡中，然后取出箱体冷却、打磨，最后在箱体表面喷涂一层涂料。虽然此专利的电池箱是由碳化硅复合材料制备，进而有一定的强度，同时由于箱体的表面浸涂有液体石蜡，同时箱体的表面涂布有一层涂料，使得制备的电池箱具有良好的调温性能；然而此专利还存在着制备工艺复杂、耗时长，且此专利只利用了石墨烯本身的高散热特性，涂料并没有很好的耐碱性、耐磨性、防腐功能。

又如中国发明专利CN108485478A，其公开了一种针对新能源汽车电池箱体用的防腐防火涂料，所述防腐防火涂料按照质量比例包括以下组分：环氧树脂10～20％、氯化橡胶3～11％、聚酰胺树脂4～14％、磷酸二氢铝5～15％、丙三醇4～14％、四溴双酚A5～15％、硅油溶液0.5～1％、玻璃纤维5～15％、环己酮3～13％、磷酸锌2～12％、200号溶剂汽油6～16％、助剂2.5～5％。此专利虽然实现了一定的防腐防火性能，但对于制约电池箱使用寿命的散热性能却无法改善，同时此专利所用树脂和溶剂均是油溶性的，对环境污染较大。

又如中国发明专利CN104962142A，其公开了一种汽车电池箱体防护涂料，包括聚氯乙烯粉末，强力结合胶，树脂材料粉末和色料，比重为1:1:1:0.3。此专利在箱体外表面形成一层具有弹性的保护膜，经过撞击后能快速回弹恢复原样，因此，箱体上喷涂上此防护涂料后，能很好的防护电池箱体，然而此专利同样无法改善制约电池箱使用寿命的散热性能，防腐防火效果较差，此外耐碱性并未可知，而且附着力也相对较差。

因此，本领域的技术人员亟待寻求一种能够提升电池箱散热效果且不影响电池使用寿命、不增大电池负载的方式方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术电池箱表明涂层的不足，提供一种新的适用于电池箱的多功能涂料，其能够在具有高散热的同时兼具优异的附着力、耐碱性、耐磨性、耐盐雾以及粘度等物理力学性能，而且其高效的散热性可以不受外界环境的影响。

本发明还提供了上述适用于电池箱的多功能涂料的制备方法。

本发明同时还提供了上述适用于电池箱的多功能涂料在新能源电动汽车电池箱外表面的涂层中的应用。

本发明同时又提供了一种新能源电动汽车电池箱。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：

一种适用于电池箱的多功能涂料，所述多功能涂料的原料包括：石墨烯、水性树脂、分散剂、增稠剂、交联剂和水，还选择性地包括流平剂、pH值调节剂、耐磨剂、阻燃剂和消泡剂中的一种或多种的组合；其中，所述水性树脂由水性聚氨酯树脂和水性丙烯酸树脂构成，所述水性聚氨酯树脂与所述水性丙烯酸树脂的投料质量比为11:10-9:5，所述增稠剂为聚丙烯酸酯增稠剂DN-2222，所述交联剂为改性聚碳二亚胺交联剂XR-5580。

根据本发明的一些优选方面，所述石墨烯为径向尺寸90-110微米、层数在5层以内的薄层石墨烯。

根据本发明的一些具体且优选的方面，所述石墨烯以石墨烯水溶液的方式加入所述多功能涂料的原料中，其中所述石墨烯水溶液中的石墨烯的质量百分含量为5-15％。更优选地，所述石墨烯水溶液中的石墨烯的质量百分含量为8-15％。根据本发明的一个具体方面，所述石墨烯水溶液中的石墨烯的质量百分含量为10％。

根据本发明的一些优选方面，以质量百分含量计，所述多功能涂料的原料中，石墨烯占2-8％、水性树脂占10-35％、分散剂占0.5-1％、增稠剂占0.1-1％、交联剂占1-2％、流平剂占0.1-0.5％、pH值调节剂占0.1-0.8％、耐磨剂占1-6％、阻燃剂占15-20％、消泡剂占0.1-0.2％，余量为水。

根据本发明的一些优选方面，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。根据本发明，选用聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂可以取得相对于其它常规分散剂更好的效果。

根据本发明的一些具体方面，所述流平剂为选自聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、聚醚聚酯改性有机硅氧烷和烷基改性有机硅氧烷中的一种或者多种的组合。

根据本发明的一些具体方面，所述pH值调节剂为选自二甲基乙醇胺、N-甲基乙醇胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、丁基乙醇胺、N-氨丙基-甲基乙醇胺、2-氨基-2-乙基-1、3-丙二醇和丁基二乙醇胺中的一种或者多种的组合。

根据本发明的一些具体方面，所述耐磨剂为选自液体硅偶联剂、聚氨酯偶联剂、硅烷偶联剂和水性有机硅助剂中的一种或者多种的组合。

根据本发明的一些具体方面，所述阻燃剂为选自三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝、红磷、MCA、MA、有机硅、聚磷酸铵、八溴醚、磷酸三苯酯和溴环中的一种或者多种的组合。

根据本发明的一些具体方面，所述消泡剂为有机硅消泡剂和/或油性消泡剂。

本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的适用于电池箱的多功能涂料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

按配方称取各原料，将石墨烯配制成成石墨烯水溶液，然后将石墨烯水溶液、水性树脂和部分水混合，搅拌，在搅拌过程中依次加入分散剂、增稠剂和交联剂，还选择性地在加入分散剂之后加入增稠剂之前依次加入流平剂、pH值调节剂，同时还选择性地在加入交联剂之后加入耐磨剂和阻燃剂，以及剩余水，搅拌混合，最后选择性地加入消泡剂，搅拌混合，制得所述适用于电池箱的多功能涂料。

本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的适用于电池箱的多功能涂料在新能源电动汽车电池箱外表面的涂层中的应用。

根据本发明的一些具体方面，可以采用喷涂、刷涂、浸涂、淋涂的方式将上述多功能涂料均匀涂布于电池箱外表面，进而在室温下自然固化或者在一定温度下固化。

本发明提供的又一技术方案：一种新能源电动汽车电池箱，包括电池箱本体、形成于所述电池箱本体外表面的涂层，所述涂层包括由上述所述的适用于电池箱的多功能涂料涂敷并固化而成的第一涂层和选择性地形成在所述第一涂层外表面的第二涂层，所述的第二涂层为疏水涂层。

根据本发明的一些优选方面，所述第一涂层、第二涂层的厚度分别为大于1小于等于100微米

根据本发明的一些优选方面，所述疏水涂层为有机氯硅烷单体、有机烷氧基硅烷单体、有机酰氧基硅烷单体、有机硅醇和含有机官能团的有机硅单体、含氟树脂一种或者多种混合。

本发明的多功能涂料利用了薄层石墨烯的高热导率和辐射率，将其均匀分散在树脂和助剂中，为传热提供了良好的通道。而且上述的多功能涂料和疏水涂层可直接涂布于电池箱的表面，依靠涂层表面的高导热、高辐射性从而达到快速传热的目的，这种方法技术简单、散热效果明显、适用范围广，发展速度也很快，并且在提高散热性能的同时，涂层还具备良好的抗静电、防腐、阻燃、耐磨、耐污等性能。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明的多功能涂料中引入具有高热导率和辐射率的石墨烯，同时有机结合特定的水性树脂及增稠剂和交联剂，确保涂料中石墨烯的高热导性等特性充分发挥和不受外界环境影响，且同时还保持了优异的附着力，涂层牢固度好，耐碱耐磨性好，此外，涂料组成简单且具有理想的粘度等物理力学性能，成膜性好，施工操作方便，相比于现有技术中的电池箱外涂层具有更优异的综合性能。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

下述中，如无特殊说明，所有的原料均来自于商购或者通过本领域的常规方法制备而得。

石墨烯水溶液的配制：将石墨烯与水混合分散形成均一稳定的石墨烯水溶液即可，其中石墨烯水溶液的浓度(即石墨烯的质量含量)可根据具体情况选择石墨烯与水的比例进行配制。

实施例1

本实施例提供一种适用于电池箱的多功能涂料，以质量百分含量计，其原料包括：石墨烯水溶液45％(石墨烯的质量含量为10％)、水性树脂30％(其中聚氨酯RU-71-035和丙烯酸树脂AC-106以质量比6:4混合)、聚乙烯吡咯烷酮PVP：0.9％、聚二甲基硅氧烷Ls-3110：0.5％，二甲基乙醇胺DEMA：0.6％，聚丙烯酸酯增稠剂DN-2222：0.8％，改性聚碳二亚胺交联剂XR-5580：1.0％，聚二甲基硅氧烷耐磨剂DC-51：5％，有机硅阻燃剂DC-8008：15％、油性消泡剂T-501：0.15％，余量为水。

将石墨烯水溶液、水性树脂和部分水混合加入搅拌机，控制转速2000转每分钟，搅拌时间30分钟；再在搅拌过程中依次分别加入聚乙烯吡咯烷酮PVP，聚二甲基硅氧烷Ls-3110，二甲基乙醇胺DEMA，聚丙烯酸酯增稠剂DN-2222，改性聚碳二亚胺交联剂XR-5580，聚二甲基硅氧烷耐磨剂DC-51，有机硅阻燃剂DC-8008，剩余水，控制转速在3000转每分钟，搅拌时间50分钟；最后加入油性消泡剂T-501，控制转速800转每分钟左右，搅拌15分钟；静置1小时，即得所述适用于电池箱的多功能涂料。

实施例2

本实施例提供一种适用于电池箱的多功能涂料，以质量百分含量计，其原料包括：石墨烯水溶液45％(石墨烯的质量含量为10％)、水性树脂30％(其中聚氨酯RU-71-035和丙烯酸树脂AC-106以质量比4:3混合)、聚乙烯吡咯烷酮PVP：0.9％、聚二甲基硅氧烷Ls-3110：0.5％，二甲基乙醇胺DEMA：0.6％，聚丙烯酸酯增稠剂DN-2222：0.8％，改性聚碳二亚胺交联剂XR-5580：1.0％，聚二甲基硅氧烷耐磨剂DC-51：5％，有机硅阻燃剂DC-8008：15％、油性消泡剂T-501：0.15％，余量为水。

将石墨烯水溶液、水性树脂和部分水混合加入搅拌机，控制转速2000转每分钟，搅拌时间30分钟；再在搅拌过程中依次分别加入聚乙烯吡咯烷酮PVP，聚二甲基硅氧烷Ls-3110，二甲基乙醇胺DEMA，聚丙烯酸酯增稠剂DN-2222，改性聚碳二亚胺交联剂XR-5580，聚二甲基硅氧烷耐磨剂DC-51，有机硅阻燃剂DC-8008，剩余水，控制转速在3000转每分钟，搅拌时间50分钟；最后加入油性消泡剂T-501，控制转速800转每分钟左右，搅拌15分钟；静置1小时，即得所述适用于电池箱的多功能涂料。

实施例3

本实施例提供一种适用于电池箱的多功能涂料，以质量百分含量计，其原料包括：石墨烯水溶液45％(石墨烯的质量含量为10％)、水性树脂30％(其中聚氨酯RU-71-035和丙烯酸树脂AC-106以质量比12:7混合)、聚乙烯吡咯烷酮PVP：0.9％、聚二甲基硅氧烷Ls-3110：0.5％，二甲基乙醇胺DEMA：0.6％，聚丙烯酸酯增稠剂DN-2222：0.8％，改性聚碳二亚胺交联剂XR-5580：1.0％，聚二甲基硅氧烷耐磨剂DC-51：5％，有机硅阻燃剂DC-8008：15％、油性消泡剂T-501：0.15％，余量为水。

将石墨烯水溶液、水性树脂和部分水混合加入搅拌机，控制转速2000转每分钟，搅拌时间30分钟；再在搅拌过程中依次分别加入聚乙烯吡咯烷酮PVP，聚二甲基硅氧烷Ls-3110，二甲基乙醇胺DEMA，聚丙烯酸酯增稠剂DN-2222，改性聚碳二亚胺交联剂XR-5580，聚二甲基硅氧烷耐磨剂DC-51，有机硅阻燃剂DC-8008，剩余水，控制转速在3000转每分钟，搅拌时间50分钟；最后加入油性消泡剂T-501，控制转速800转每分钟左右，搅拌15分钟；静置1小时，即得所述适用于电池箱的多功能涂料。

对比例1

基本同实施例1，其区别仅在于，水性树脂仅为单一的聚氨酯RU-71-035，含量为30％。

对比例2

基本同实施例1，其区别仅在于，水性树脂仅为单一的丙烯酸树脂AC-106，含量为30％。

对比例3

基本同实施例1，其区别仅在于，水性树脂中聚氨酯RU-71-035和丙烯酸树脂AC-106的质量比为1∶1。

对比例4

本例提供一种浆料，具体制备方法如下：

a.称取1g石墨烯和99g超纯水，配备质量分数为1％的石墨烯溶液，按照石墨烯：分散剂＝1:0.001的质量比，称量0.001g十六烷基苯磺酸钠作为分散剂加入上述石墨烯溶液中，超声分散处理50min，形成均匀稳定的石墨烯分散液。

b.按照石墨烯:胶黏剂：增稠剂＝1:0.2:0.3的质量比，分别称量0.2g水性环氧树脂和0.3g阿拉伯树胶，先后加入步骤a中的石墨烯分散液中，磁力搅拌6h以上，直至形成均匀稳定的浆料。

性能测试

准备7个电池箱，将上述实施例1-3以及对比例1-4制得的涂料分别采用喷涂的方式均匀涂布于电池箱外表面，且保持涂布厚度为30微米，将涂布后的电池箱置于室温下自然固化；再在电池箱外表面同样采用上面的涂布方式涂布一层疏水涂层-有机烷氧基硅烷单体，且保持涂布厚度为30微米，将涂布后的电池箱置于室温下自然固化。

然后对上述涂布完成的7个电池箱进行散热能力、附着力、耐碱性、疏水性、耐磨性、阻燃性、盐雾试验、粘度等测试，所得结果见表1。

各性能的测试方法以及测试标准如下所示：

1、附着力：划格法，GB/T 9286-1998；

2、耐碱性：样片在20％NaOH溶液中浸泡20分钟，GB/T 9265；

3、疏水性：直接测量接触角，GB/T 24368-2009；

4、耐磨性：落砂法，GB/T 23988-2009；

5、阻燃性：垂直燃烧法试验，GB 4609-1984；

6、盐雾试验：中性盐雾试验45小时，GB/T 1771-1991；

7、粘度：流量杯测量，GB/T 1723-1993；

8、散热性：将电池箱放于加热板上平衡加热30min，然后用感温线固定于电池箱中心处，利用感温仪测试温度，GB 19913-2005。

表1

经表1性能测试发现石墨烯类的涂料均有一定程度的散热功能，但本发明实施例1-3的多功能涂料相对于对比例1-3的涂料而言，粘度适中；相对于对比例2-3的涂料而言，实施例1-3的涂料在电池箱表面附着力、抗碱性、耐磨、防腐好；同时相对于对比例4而言，在耐碱性、耐磨性以及阻燃性方面更优异。综上，本发明的多功能涂料能够在电池箱表面具有附着力好、散热效果明显、阻燃性突出的特点，同时还兼具在外界环境下能够抗碱性、耐磨、防腐、防水、绝缘，而且还具有高效的散热性不受外界环境影响的突出特点，进而尤其适用于新能源电动汽车电池箱的涂层中，可以延长新能源动力电池的使用寿命。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于电池箱的多功能涂料，其特征在于，所述多功能涂料的原料包括：石墨烯、水性树脂、分散剂、增稠剂、交联剂和水，还选择性地包括流平剂、pH值调节剂、耐磨剂、阻燃剂和消泡剂中的一种或多种的组合；其中，所述水性树脂由水性聚氨酯树脂和水性丙烯酸树脂构成，所述水性聚氨酯树脂与所述水性丙烯酸树脂的投料质量比为11:10-9:5，所述增稠剂为聚丙烯酸酯增稠剂DN-2222，所述交联剂为改性聚碳二亚胺交联剂XR-5580。

2.根据权利要求1所述的适用于电池箱的多功能涂料，其特征在于，所述石墨烯为径向尺寸90-110微米、层数在5层以内的薄层石墨烯。

3.根据权利要求1所述的适用于电池箱的多功能涂料，其特征在于，所述石墨烯以石墨烯水溶液的方式加入所述多功能涂料的原料中，其中所述石墨烯水溶液中的石墨烯的质量百分含量为5-15%。

4.根据权利要求3所述的适用于电池箱的多功能涂料，其特征在于，以质量百分含量计，所述多功能涂料的原料中，石墨烯占2-8%、水性树脂占10-35%、分散剂占0.5-1%、增稠剂占0.1-1%、交联剂占1-2%、流平剂占0.1-0.5%、pH值调节剂占0.1-0.8%、耐磨剂占1-6%、阻燃剂占15-20%、消泡剂占0.1-0.2%，余量为水。

5.根据权利要求1所述的适用于电池箱的多功能涂料，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。

6.根据权利要求1所述的适用于电池箱的多功能涂料，其特征在于，所述流平剂为选自聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、聚醚聚酯改性有机硅氧烷和烷基改性有机硅氧烷中的一种或者多种的组合；和/或，所述pH值调节剂为选自二甲基乙醇胺、N-甲基乙醇胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、丁基乙醇胺、N-氨丙基-甲基乙醇胺、2-氨基-2-乙基-1、3-丙二醇和丁基二乙醇胺中的一种或者多种的组合；和/或，所述耐磨剂为选自液体硅偶联剂、聚氨酯偶联剂、硅烷偶联剂和水性有机硅助剂中的一种或者多种的组合；和/或，所述阻燃剂为选自三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝、红磷、MCA、MA、有机硅、聚磷酸铵、八溴醚、磷酸三苯酯和溴环中的一种或者多种的组合；和/或，所述消泡剂为有机硅消泡剂和/或油性消泡剂。

7.一种权利要求1-6中任一项权利要求所述的适用于电池箱的多功能涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

按配方称取各原料，将石墨烯配制成成石墨烯水溶液，然后将石墨烯水溶液、水性树脂和部分水混合，搅拌，在搅拌过程中依次加入分散剂、增稠剂和交联剂，还选择性地在加入分散剂之后加入增稠剂之前依次加入流平剂、pH值调节剂，同时还选择性地在加入交联剂之后加入耐磨剂和阻燃剂，以及剩余水，搅拌混合，最后选择性地加入消泡剂，搅拌混合，制得所述适用于电池箱的多功能涂料。

8.一种权利要求1-6中任一项权利要求所述的适用于电池箱的多功能涂料在新能源电动汽车电池箱外表面的涂层中的应用。

9.一种新能源电动汽车电池箱，包括电池箱本体、形成于所述电池箱本体外表面的涂层，其特征在于，所述涂层包括由如权利要求1-6中任一项权利要求所述的适用于电池箱的多功能涂料涂敷并固化而成的第一涂层和选择性地形成在所述第一涂层外表面的第二涂层，所述的第二涂层为疏水涂层。

10.根据权利要求9所述的新能源电动汽车电池箱，其特征在于，所述第一涂层、第二涂层的厚度分别为大于1小于等于100微米。