CN109694625A - 热发射涂布材料组合物、热发射涂层和涂层形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热发射涂布材料组合物、热发射涂层和涂层形成方法。具体而言，提供了不具有任何热发射填料的热发射涂布材料组合物、热发射涂层和涂层形成方法。所述热发射涂布材料组合物包括具有5至20个碳原子的侧链的聚‑α‑烯烃和硅烷偶联剂。所述侧链优选包括10至15个碳原子。所述热发射涂布材料组合物在基材表面上形成热发射涂层。

Description

热发射涂布材料组合物、热发射涂层和涂层形成方法

技术领域

本发明涉及形成在基材表面上以促进热释放的热发射涂层，包括在热发射涂层中的热发射涂布材料组合物及用于其的涂层形成方法。

背景技术

在装置的表面上形成热发射涂层以促进从装置释放热是公知的。这种热发射涂层通常包括主要由诸如丙烯酸树脂等树脂组成的主要材料，和包含在主要材料中的热发射填料，该填料主要由保持在主要材料中的诸如炭黑等无机颗粒组成。参见(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP2006-281514A

发明内容

本发明要完成的任务

现有技术中的热发射涂层包括热发射填料作为必需成分。这意味着必须选择适合用于主要材料的热发射填料，制备热发射填料，将热发射填料分散在主要材料中，以及其它必要的工艺。一些热发射填料不利地促进了主要材料的劣化。如果不使用任何热发射填料，则形成涂层将变得更容易。

本发明是鉴于现有技术的上述问题而作出的，本发明的主要目的是提供一种不具有任何热发射填料的热发射涂布材料组合物、热发射涂层和涂层形成方法

完成任务的手段

为了达到上述目的，本发明的第一方面提供用于形成热发射涂层的热发射涂布材料组合物，其中所述热发射涂布材料组合物包含具有由以下化学式(1)表示的结构的聚-α-烯烃和硅烷偶联剂，

其中R₁是氢或甲基，并且R₂是具有5至20个碳原子的直链烷基。

本发明的该方面使得可以提供不具有任何热发射填料的热发射涂布材料组合物。在该组合物中，直链烷基足够柔韧从而能够具有各种构象。因此，包括直链烷基侧链的旋转或振动运动的分子运动增加了其中的能量消耗并且还增加了侧链与外部气体分子和/或液体分子之间的接触，从而促进和改善了热发射涂层的热释放。

在以上方面中，所述热发射涂布材料组合物含有的所述硅烷偶联剂的量优选为所述聚-α-烯烃和所述硅烷偶联剂之和的1重量％至10重量％。

该特征可以提高聚-α-烯烃和硅烷偶联剂之间的反应速率。

在以上方面中，所述化学式(1)中的R₂优选是具有10至15个碳原子的直链烷基。

该特征可以提高热发射涂层的热发射率。

本发明的另一方面提供一种热发射涂层，其包含上述方面所述的热发射涂布材料组合物，并且形成在基材的表面上。

本发明的该方面使得可以提供不具有任何热发射填料的热发射涂层。

在以上方面中，所述热发射涂层优选具有15μm至50μm的厚度。

该特征可以提高热发射涂层的热发射率。在热发射涂层中，大部分热释放通过位于热发射涂层的表面部分中的直链烷基侧链发生。因此，表面积与热发射涂层的体积之比越大，其热发射率变得越大。

在以上方面中，所述基材优选包括铝。

该特征使得热发射涂层能够以稳定的方式粘附到基材上。

在以上方面中，所述热发射涂层优选包含量为0.1重量％以下的由无机颗粒形成的热发射填料。另外，优选的是，所述热发射涂层不包含任何由无机颗粒形成的热发射填料。

该特征可以提高热发射涂层的热发射率。位于表面部分的热发射填料可以防止直链烷基侧链的分子运动，其导致热发射涂层的热发射率降低。

本发明的又一方面提供用于在基材上形成热发射涂层的涂层形成方法，所述方法包括：施加含有具有由以下化学式(1)表示的结构的聚-α-烯烃和硅烷偶联剂的溶液的第一步骤；和在第一步骤之后于100℃至150℃对施加了所述溶液的基材进行加热的第二步骤，

其中R₁是氢或甲基，并且R₂是具有5至20个碳原子的直链烷基。

本发明的效果

由上可以意识到，本发明能够提供不具有任何热发射填料的热发射涂布材料组合物、热发射涂层和涂层形成方法。

附图说明

图1是用于热发射率测试的测试容器的图；

图2A是显示热释放时间和温度之间关系的图表；

图2B是显示热释放时间和温度差(ln(Ts-Ta))之间关系的图表；

图3是显示热发射涂层厚度与热释放速率比之间关系的图表；和

图4是显示侧链的碳原子数与热释放速率比之间关系的图表。

具体实施方式

以下描述根据本发明的热发射涂布材料组合物、热发射涂层和用于其的涂层形成方法的实施方式。

(热发射涂布材料组合物)

热发射涂布材料组合物是包含在热发射涂层中的组合物，并含有具有由以下化学式(1)表示的结构的聚-α-烯烃和硅烷偶联剂，

其中R₁是氢或甲基，并且R₂是具有5至20个碳原子的直链烷基。

具有由化学式(1)表示的结构的聚-α-烯烃可以通过具有7至22个碳原子的α-烯烃的聚合反应来制造。通过使用在β位具有甲基侧链的α-烯烃，可以制造具有由化学式(1)表示的结构(其中R₁是甲基)的聚-α-烯烃。

硅烷偶联剂具有由通式X-Si-Y₃表示的结构，其中X是有机基团，Y是具有1-3个碳原子的烷氧基。有机基团的实例包括乙烯基、环氧基、甲基丙烯酰基、丙烯酰基、氨基和巯基。烷氧基的实例包括甲氧基、乙氧基、二甲氧基和二乙氧基。可以在X和Si之间插入具有1至6个碳原子的亚烷基。在一些情况下，Y中的一个烷氧基可以改变为甲基。硅烷偶联剂的实例包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-三乙氧基甲硅烷基-N-(1,3-二甲基-亚丁基)丙胺、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷和3-巯基丙基三甲氧基硅烷。

硅烷偶联剂的含量为聚-α-烯烃和硅烷偶联剂之和的1重量％至10重量％，优选1重量％至5重量％。在硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷的情况下，聚-α-烯烃的R₁为氢，R₂为具有5至20个碳原子的直链烷基，当硅烷偶联剂的含量为5重量％至10重量％时，聚-α-烯烃与硅烷偶联剂之间的反应率为90％以上，当硅烷偶联剂的含量为1重量％至4重量％时，聚-α-烯烃与硅烷偶联剂之间的反应率为98％以上。

(热发射涂布材料)

热发射涂布材料包括上述含有聚-α-烯烃和硅烷偶联剂的热发射涂布材料组合物和溶解所述热发射涂布材料组合物的溶剂，并且以液体形式制备。溶剂优选为挥发性有机溶剂，溶剂的非限制性实例包括：酮，例如丙酮和甲基乙基酮；乙酸酯，例如乙酸甲酯、乙酸乙酯和乙酸丙酯；碳氢化物，例如正己烷、环己烷、甲基环己烷和正庚烷；芳香烃，例如甲苯、二甲苯和苯；和醚，例如乙二醇单丁醚、乙二醇单苯醚和乙二醇二甲醚。热发射涂布材料可以进一步含有其他成分，例如颜料、颜料分散剂、流平剂、消泡剂和增稠剂。

(热发射涂层)

热发射涂层是在基材表面上形成的涂层，并且包括上述热发射涂布材料组合物。例如，基材可以是热交换器的壳体、管或芯。在这种情况下，热交换器可以是例如车辆的中间冷却器或散热器。基材优选由铁、铝或其合金形成。

在热发射涂层中，具有化学式(1)表示的结构的聚-α-烯烃通过硅烷偶联剂与基材键合。硅烷偶联剂通过水解与基材键合，水解使其烷氧基改变为羟基，羟基又与铁或铝表面上的羟基形成氢键。硅烷偶联剂在其有机基团上与聚-α-烯烃结合。例如，硅烷偶联剂在化学式(1)中取代R₂，并在其有机基团上与聚-α-烯烃的主链中的碳结合。优选地，热发射涂层的厚度为15μm至50μm。

热发射涂层包括量为0.1重量％以下的由无机颗粒形成的热发射填料。优选的是，热发射涂层不含任何由无机颗粒形成的热发射填料。热发射填料可以由填充材料的颗粒形成，例如炭黑、氧化锌、氮化铝、氧化硅、氟化钙、氮化硼、石英、高岭土、氢氧化铝、膨润土、滑石、硅化物、镁橄榄石、云母、堇青石或氮化硼。

形成热发射涂层的聚-α-烯烃具有直链烷基侧链，其足够柔韧以能够具有各种构象。因此，据认为包括侧链的旋转或振动运动的分子运动增加了其中的能量消耗并且还增加了侧链与外部气体分子和/或液体分子之间的接触，从而提高了热发射涂层的热发射率。侧链优选为直链烷基，这是因为其易于分子运动。据认为，当侧面变化包括极性基团、双键、三键或一些其他类型的基团或键时，侧链的分子运动被阻止，导致热发射涂层的热发射率降低。

(涂层形成方法)

第一涂层形成方法包括向基材的表面施加上述热发射涂布材料的第一步骤。施加方法包括喷涂、浸涂、刷涂、辊涂和任何其他合适的施加技术。第一涂层形成方法还包括将其上施加了热发射涂布材料的基材在100℃至150℃加热20至40分钟的下一步骤。该步骤使聚-α-烯烃通过硅烷偶联剂与基材表面键合，并使溶剂挥发。结果，在基材的表面上形成热发射涂层。

实施例

(涂层形成方法的实施例)

制备几种热发射涂布材料组合物，其中组合物具有由化学式(1)表示的结构，其中R₁是氢，R₂是具有不同碳原子数的烷基。乙烯基三甲氧基硅烷用作硅烷偶联剂。用乙二醇单丁醚稀释每个聚-α-烯烃和硅烷偶联剂，从而产生得到相应的热发射涂布材料。硅烷偶联剂的含量为每种聚-α-烯烃和硅烷偶联剂之和的5重量％。每种聚-α-烯烃和硅烷偶联剂的总浓度为乙二醇单丁醚的5重量％。作为基体(基材)，使用铝板(A1050，长150mm，宽70mm，厚0.8mm)。通过将适量的热发射涂布材料空气喷涂到基体的表面上，将每种热发射涂布材料施加到基体的主表面上。然后，在加热炉中，将施加有热发射涂布材料的基体在120℃下加热30分钟。该加热步骤使得每种聚-α-烯烃通过硅烷偶联剂键合到基材表面，并且还使乙二醇单丁醚挥发，从而在基材表面上形成热发射涂层。将加热后测定的热发射涂层的厚度确定为热发射涂层的厚度。热发射涂层的厚度可以通过空气喷涂的热发射涂布材料的量来调节。

(热发射率测试)

通过以下热发射率测试评估每个热发射涂层的热发射率。如图1所示，长方体钢罐1的底部(长130mm，宽50mm，高100mm，厚0.8mm)用基体3封闭，基体3上形成有热发射涂层2，从而形成测试容器4。设置基体3使得具有热发射涂层2的表面面向下(向外)。钢罐1和基体3通过粘合剂彼此液密地粘合。测试容器4的顶部和侧面覆盖有厚度为30mm的泡沫聚苯乙烯6(绝热材料)。将测试容器4放置在其间设置有泡沫聚苯乙烯6的容器支架7上，并且将基体3放置得足够远离那些其他元件。在测试容器4的顶部形成液体入口。在测试过程开始时，将加热至100℃的350mL发动机油注入测试容器4中。将注入的发动机油用设置在测试容器内的搅拌棒8以200rpm搅拌。此外，在测试容器4内还设置有用于测量发动机油温度的热电偶9。用于测量外部空气温度的热电偶(未示出)设置在测量装置外部(在发泡聚苯乙烯外部)。测量在外部空气温度为室温(约22℃)的环境中进行，并且当注入的发动机油的温度从100℃降低至达到85℃时，时间定义为零时间，从这开始测量并记录发动机油的温度。作为参考，使用具有底部且不具有任何热发射涂层的测试容器进行类似的热发射率测试(温度测量)。

图2A和2B显示了热发射率测试的所得结果。图2A和2B显示在聚-α-烯烃具有由化学式(1)表示的结构(其中R₁是氢，R₂是具有13个碳原子的烷基)并且热发射的厚度涂层为20μm的条件下获得的结果。图2A显示了包括横轴表示时间[s]并且纵轴表示温度[℃]的图表。随着时间的推移，由于经由基体的热释放，发动机油的温度降低。图2B示出了显示图2A中所示的转换结果的图表，并且在图2B的图中，横轴表示时间[s]，纵轴表示(ln(Ts-Ta)；即，通过从发动机油温度Ts减去相应的外部空气温度Ta获得的值的自然对数。如图2A和2B可以看出，确认当底部基体设有热发射涂层时，图中的斜率与不具有热发射涂层的底部基体的情况(参比测试)相比更大。此处，图2B的图表中的斜率，即每单位时间(1s)的ln(Ts-Ta)的变化量被定义为热释放率Vs、Vr。Vs表示设置有热发射涂层的基体的热释放速率，Vr表示不具有热发射涂层的基体的热释放速率。将热释放速率Vs与热释放速率Vr(参比测试)的比率定义为热释放速率比R(＝(Vs-Vr)/Vr×100)。

(涂布厚度对热发射率的影响)

使用具有由化学式(1)表示的结构(其中R₁是氢，R₂是具有13个碳原子的烷基)的聚-α-烯烃，来通过将不同量的热发射涂布材料喷涂在基体上而制备几种具有不同厚度的热发射涂层。对具有不同厚度的各热发射涂层的每个基体上进行测试。

图3显示了热发射涂层的厚度和热释放速率比之间的关系的图表。从图3所示的结果可以确认，随着热发射涂层的厚度增加，热释放率比降低。还确认，当热发射涂层的厚度在高于80μm的范围内时，热释放率比变化很小。在该实施例的热发射涂层的情况下，当涂层的厚度为10μm以下时，难以形成均匀的涂层。此外，热发射涂层理想地具有至少10μm的厚度，这是因为当热发射涂层的厚度为零时，热释放率比变为零。优选的是，热发射涂层的厚度为15μm至50μm。由于在该厚度范围内，热发射率随着膜厚度变薄而增加，因此热发射涂层的厚度更优选为15μm至40μm，进一步更优选为15μm至30μm。热发射涂层越薄，热发射涂层的表面积与体积之比越大，这意味着相对于体积更多的直链烷基侧链放置在热发射涂层的表面上。据认为这就是热发射率的增加如何发生。

(侧链对热发射率的影响)

使用具有由化学式(1)表示的结构(其中R₁是氢，R₂是具有8、13和17个碳原子的烷基)的聚-α-烯烃来制备各自厚度为20μm的各热发射涂层。在具有各热发射涂层的每个基体上进行热发射率测试。

图4显示了示出侧链的碳原子数与热发射涂层的热释放速率比之间的关系的图表。从图4所示的结果可以确认，在直链烷基的碳原子数(侧链中的碳原子数)为8、13或17的任何情况下，热释放速率比大于0，并且与未提供热发射涂层的情况相比，热发射率提高。从图4的结果获得的近似曲线也确认，当侧链的碳数为5至20时，热释放速率比大于0，并且热发射率因热发射涂层而提高。此外，确认当直链烷基的碳原子数(侧链中的碳原子数)为10至15时，热释放速率比最大化。因此，侧链中的碳原子数优选在10至15的范围内。

(热发射填料对热发射涂层的热发射率的影响)

使用具有由化学式(1)表示的结构(其中R₂是具有13个碳原子的烷基)的聚-α-烯烃来制备该实施例的热发射涂布材料。另外，通过将炭黑(粒径3μm)作为热发射填料以0.5重量％的浓度悬浮来制备比较例的热发射涂布材料。比较例的热发射涂布材料与该实施例的热发射涂布材料相同，不同之处在于它包括热发射填料。使用实施例和比较例的热发射涂布材料来制备厚度均为20μm的各个热发射涂层。分别对具有实施例和比较例的热发射涂层的每个基体进行热发射率测试。

热发射率测试的结果确认，该实施例的热发射涂层(不具有任何热发射填料)具有比比较例的热发射涂层(具有热发射填料)更高的热发射率。认为由于热发射填料暴露于表面，热发射涂层的表面部分中的直链烷基侧链的密度降低。还认为热发射填料防止了在热发射涂层的表面部分中由直链烷基组成的侧链的分子运动。结果，与包括热发射填料的热发射涂层相比，不具有任何热发射填料的热发射涂层表现出增加的热发射率。

术语表

1 钢罐

2 热发射涂层

3 基体

4 测试容器

6 泡沫聚苯乙烯

7 容器支架

8 搅拌棒

9 热电偶

Claims (9)

1.一种用于形成热发射涂层的热发射涂布材料组合物，其中所述热发射涂布材料组合物包含具有由以下化学式(1)表示的结构的聚-α-烯烃和硅烷偶联剂，

其中R₁是氢或甲基，并且R₂是具有5至20个碳原子的直链烷基。

2.如权利要求1所述的热发射涂布材料组合物，其中，所述热发射涂布材料组合物含有的所述硅烷偶联剂的量为所述聚-α-烯烃和所述硅烷偶联剂之和的1重量％至10重量％。

3.如权利要求1所述的热发射涂布材料组合物，其中，所述化学式(1)中的R₂是具有10至15个碳原子的直链烷基。

4.一种热发射涂层，其包含权利要求1至3中任一项所述的热发射涂布材料组合物，并且形成在基材的表面上。

5.如权利要求4所述的热发射涂层，其中，所述热发射涂层的厚度为15μm至50μm。

6.如权利要求4所述的热发射涂层，其中，所述基材包括铝。

7.如权利要求4所述的热发射涂层，其中，所述热发射涂层包含量为0.1重量％以下的由无机颗粒形成的热发射填料。

8.如权利要求4所述的热发射涂层，其中，所述热发射涂层不包含任何由无机颗粒形成的热发射填料。

9.一种用于在基材上形成热发射涂层的涂层形成方法，所述方法包括：

施加含有具有由以下化学式(1)表示的结构的聚-α-烯烃和硅烷偶联剂的溶液的第一步骤；和

在第一步骤之后于100℃至150℃对施加了所述溶液的基材进行加热的第二步骤，

其中R₁是氢或甲基，并且R₂是具有5至20个碳原子的直链烷基。