CN109810551A - 一种玻璃管内涂层用石墨浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种玻璃管内涂层用石墨浆料及其制备方法，石墨浆料包括以下组分及重量份含量：石墨10‑25份、低分子醇混合溶剂55‑90份、高分子树脂分散剂1‑5份及表面活性控制剂0.1‑0.5份；制备时，依次经预分散、纳米砂磨机研磨分散及高速分散即可。与现有技术相比，本发明石墨浆料的浆液细腻、稳定，均匀喷淋在玻璃管内壁上以后，室温下能够快速表干，且在高温下烧结后形成的石墨涂层具有有机残余物少、密实性优异、附着力及涂层厚度适中等优势，制备过程简单快速，适用于工业应用。

Description

一种玻璃管内涂层用石墨浆料及其制备方法

技术领域

本发明属于核燃料元件技术领域，涉及一种玻璃管内涂层用石墨浆料及其制备方法。

背景技术

玻璃管是一种重要的核燃料元件，在加工时，需要在玻璃管的内壁上喷淋一层石墨浆料，石墨浆料在室温下表干，并在高温下烧结后形成石墨涂层。其中，石墨浆料也叫石墨乳、胶体石墨等，将石墨浆料喷淋在玻璃管内壁上以后，需要在室温下快速表干，而且在高温下烧结后，还要求有机残余物少，密实性优异，附着力适中。目前，市场上在售的大部分石墨浆料都是水基浆料，在室温环境无法快速表干，且在喷淋后容易堆积在玻璃管的下半部分，造成玻璃管上下膜厚差异过大。也有部分厂家研制出醇类溶剂体系的石墨烯浆料，虽然可以满足室温下的快速干燥，且烧结后的涂层密实性也相对优异，但由于石墨烯的比表面积大，片层尺寸大，而片层厚度只有几个纳米，因此石墨烯浆料的固含量最高不会超过5％，这就导致烧结后的涂层厚度太薄，而且附着力太强，并且存在产品价格高昂、产品质量鱼龙混杂等弊端，不适用于工业应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种玻璃管内涂层用石墨浆料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种玻璃管内涂层用石墨浆料，该石墨浆料包括以下组分及重量份含量：石墨10-25份、低分子醇混合溶剂55-90份、高分子树脂分散剂1-5份及表面活性控制剂0.1-0.5份。

进一步地，所述的石墨包括天然鳞片石墨或人造石墨中的一种或两种，并且所述的石墨中，碳含量≥99.5％，石墨化度≥90％。

进一步地，所述的石墨呈粉状，并且所述的石墨的粒径为300-600nm。

进一步地，所述的低分子醇混合溶剂包括以下组分及重量份含量：异丙醇45-60份、乙醇5-15份及丁醇5-15份。

作为优选的技术方案，所述的异丙醇、乙醇及丁醇均选用分析纯级试剂，水分含量均不高于0.5wt％。

进一步地，所述的高分子树脂分散剂包括乙基纤维素、甲基纤维素或聚乙烯醇缩丁醛中的一种或更多种。

进一步地，所述的表面活性控制剂包括聚醚改性聚硅氧烷、十八烯二羟乙基甲基氯化铵、2,2-二羟乙基十二烷基胺、十二烷基二甲基氧化胺、十四烷基二甲基氧化胺或十六烷基二甲基氧化胺中的一种或更多种。

一种玻璃管内涂层用石墨浆料的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)预分散：将低分子醇混合溶剂分为两份，分别为混合溶剂A、混合溶剂B，之后将混合溶剂A与石墨混合均匀，得到混合液A，将混合溶剂B与高分子树脂分散剂混合均匀，得到混合液B；

2)纳米砂磨机研磨分散：将混合液A加入至纳米砂磨机中，并在1500-2000r/min的转速下研磨25-35min，之后依次加入混合液B、表面活性控制剂，继续研磨2-4h，得到混合物料；

3)高速分散：将混合物料在3000-4000r/min下分散25-35分钟，即制得所述的石墨浆料。

进一步地，步骤1)中，所述的混合溶剂A与混合溶剂B的质量比为1:0.5-2。

进一步地，步骤1)中，将混合溶剂A与石墨混合均匀后，在密封环境中静置24-48h，得到混合液A。

作为优选的技术方案，步骤1)具体为：将混合溶剂A缓慢加入至石墨中，同时开动搅拌机，使石墨被混合溶剂A充分润湿，之后加盖密封，静置24-48h，得到混合液A；将混合溶剂B缓慢加入至高分子树脂分散剂中，同时伴随搅拌，直至形成均匀透明的粘稠液体，即为混合液B。

进一步地，步骤2)中，研磨温度为15-35℃。

作为优选的技术方案，步骤2)中，所述的纳米砂磨机为卧式纳米砂磨机。

作为优选的技术方案，步骤2)具体为：将混合液A吸入纳米砂磨机的料腔中，料腔中珠子的填充体积比为60-80％，主机转速为1500-2000r/min，研磨时，物料温度控制在15-35℃；研磨半小时后依次加入混合液B、表面活性控制剂，继续研磨3h后出料，即得到混合物料。

进一步地，步骤3)中，高速分散过程在离心分散机或高压均质机中进行。高速分散是将混合物料通过离心分散机或高压均质机再分散，以改善石墨浆料的流变状态，防止其过早产生分层，延长储存期。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)石墨浆料的浆液细腻、稳定，均匀喷淋在玻璃管内壁上以后，室温下能够快速表干，且在高温下烧结后形成的石墨涂层具有有机残余物少、密实性优异、附着力及涂层厚度适中等优势，适用于工业应用；

2)以较大粒径的片状纳米石墨粉作为原料，采用室温可以快速干燥的低分子混合醇类作为溶剂，经纳米砂磨机研磨分散后，再由离心分散机或高压均质机进行高速分散，即得到玻璃管内涂层用石墨浆料，制备过程简单快速，适于批量生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

分别称取异丙醇20Kg、乙醇10Kg、丁醇10Kg进行混合，制成低分子醇混合溶剂，然后称取低分子醇混合溶剂10Kg缓慢加入到10Kg石墨粉中，同时开动搅拌机，使石墨粉充分被低分子醇混合溶剂润湿，之后加盖密封，静置24-48小时。将浸泡好的石墨分散液加入异丙醇10Kg，搅拌均匀，进行稀释，得到石墨浆料。

另取上述低分子醇混合溶剂20Kg缓慢加入到5Kg乙基纤维素中，一边加低分子醇混合溶剂，一边搅拌，直至形成均匀透明的粘稠液体分散剂。

将石墨浆料泵入纳米砂磨机，进行研磨。料腔中珠子的填充体积比为75％，主机转速为1800r/min，物料温度33℃。研磨半小时后，加入乙基纤维素的粘稠液体分散剂、0.2Kg的聚醚改性聚硅氧烷，继续研磨3小时后，出料。

在经过纳米砂磨机研磨的石墨浆料中加入异丙醇10Kg，搅拌均匀，进行粘度调整。随后泵入离心分散机中，在转速3000r/min下，进行离心分散2遍后，出料，即得到玻璃管内涂层用石墨浆料。

对制备得到的玻璃管内涂层用石墨浆料进行性能分析，测得25℃下粘度为1600mPa·s。涂装在玻璃管上，在室温18-22℃下，流平30分钟后，在150℃烘箱中烘烤60分钟，随后放入400℃真空烧结炉中烧结120分钟，随炉冷却到室温，涂层表面外观平整，无缩孔。测得涂层厚度，上端为20-25μm，下端为45-50μm。使用3M800胶带进行附着力和密实性测试，胶带上粘附均匀一层，对着日光不透；玻璃管上也均匀残存一层，不透光。测得氢含量为150PPM。

实施例2：

分别称取异丙醇30Kg、乙醇10Kg、丁醇10Kg进行混合，制成低分子醇混合溶剂，然后称取低分子醇混合溶剂10Kg缓慢加入到10Kg石墨粉中，同时开动搅拌机，使石墨粉充分被低分子醇混合溶剂润湿，之后加盖密封，静置24-48小时。将10Kg异丙醇加入到浸泡好的石墨分散液中，搅拌均匀，进行稀释，得到石墨浆料。

另取上述低分子醇混合溶剂20Kg缓慢加入到5Kg乙基纤维素中，一边加低分子醇混合溶剂，一边搅拌，直至形成均匀透明的粘稠液体分散剂。

将上述石墨浆料泵入纳米砂磨机，进行研磨。料腔中珠子的填充体积比为80％。主机转速为1800r/min，物料温度33℃。研磨半小时后，加入乙基纤维素的粘稠液体分散剂、0.4Kg的聚醚改性聚硅氧烷，继续研磨3小时后，出料。

在经过砂磨机研磨的石墨浆料中加入异丙醇15Kg，搅拌均匀，进行粘度调整。随后泵入离心分散机中，在转速4000r/min下，进行离心分散2遍后，出料，即得玻璃管内涂层用石墨浆料。

对制备得到的玻璃管内涂层用石墨浆料进行性能分析，测得25℃下粘度为750mPa·s。涂装在玻璃管上，在室温18-22℃下，流平30分钟后，在150℃烘箱中烘烤60分钟，随后放入400℃真空烧结炉中烧结120分钟，随炉冷却到室温，涂层表面外观平整，无缩孔。测得涂层厚度，上端为9-10μm，下端为20-25μm。使用3M800胶带进行附着力和密实性测试，胶带上粘附均匀一层，对着日光不透；玻璃管上也均匀残存一层，不透光。测得氢含量为130PPM。

实施例3：

一种玻璃管内涂层用石墨浆料，该石墨浆料包括以下组分及重量份含量：石墨10份、低分子醇混合溶剂90份、高分子树脂分散剂1份及表面活性控制剂0.5份。

其中，石墨包括天然鳞片石墨及人造石墨，并且石墨中，碳含量≥99.5％，石墨化度≥90％；石墨呈粉状，并且石墨的粒径为300nm。

低分子醇混合溶剂包括以下组分及重量份含量：异丙醇60份、乙醇15份及丁醇15份；高分子树脂分散剂为甲基纤维素；表面活性控制剂为聚醚改性聚硅氧烷。

该石墨浆料的制备方法包括以下步骤：

1)预分散：将低分子醇混合溶剂分为两份，分别为混合溶剂A、混合溶剂B，且混合溶剂A与混合溶剂B的质量比为1:2，之后将混合溶剂A与石墨混合均匀，在密封环境中静置24h，得到混合液A，将混合溶剂B与高分子树脂分散剂混合均匀，得到混合液B；

2)纳米砂磨机研磨分散：将混合液A加入至纳米砂磨机中，并在35℃、1500r/min的转速下研磨35min，之后依次加入混合液B、表面活性控制剂，继续研磨2h，得到混合物料；

3)高速分散：将混合物料在4000r/min下分散25分钟，即制得石墨浆料。

实施例4：

一种玻璃管内涂层用石墨浆料，该石墨浆料包括以下组分及重量份含量：石墨25份、低分子醇混合溶剂55份、高分子树脂分散剂5份及表面活性控制剂0.1份。

其中，石墨包括为人造石墨，并且石墨中，碳含量≥99.5％，石墨化度≥90％；石墨呈粉状，并且石墨的粒径为600nm。

低分子醇混合溶剂包括以下组分及重量份含量：异丙醇45份、乙醇5份及丁醇5份；高分子树脂分散剂包括乙基纤维素及聚乙烯醇缩丁醛；表面活性控制剂包括十八烯二羟乙基甲基氯化铵及2,2-二羟乙基十二烷基胺。

该石墨浆料的制备方法包括以下步骤：

1)预分散：将低分子醇混合溶剂分为两份，分别为混合溶剂A、混合溶剂B，且混合溶剂A与混合溶剂B的质量比为1:0.5，之后将混合溶剂A与石墨混合均匀，在密封环境中静置48h，得到混合液A，将混合溶剂B与高分子树脂分散剂混合均匀，得到混合液B；

2)纳米砂磨机研磨分散：将混合液A加入至纳米砂磨机中，并在15℃、2000r/min的转速下研磨25min，之后依次加入混合液B、表面活性控制剂，继续研磨4h，得到混合物料；

3)高速分散：将混合物料在3000r/min下分散35分钟，即制得石墨浆料。

实施例5：

一种玻璃管内涂层用石墨浆料，该石墨浆料包括以下组分及重量份含量：石墨17份、低分子醇混合溶剂70份、高分子树脂分散剂3份及表面活性控制剂0.3份。

其中，石墨为天然鳞片石墨，并且石墨中，碳含量≥99.5％，石墨化度≥90％；石墨呈粉状，并且石墨的粒径为450nm。

低分子醇混合溶剂包括以下组分及重量份含量：异丙醇50份、乙醇10份及丁醇10份；高分子树脂分散剂包括乙基纤维素、甲基纤维素及聚乙烯醇缩丁醛；表面活性控制剂包括十二烷基二甲基氧化胺、十四烷基二甲基氧化胺及十六烷基二甲基氧化胺。

该石墨浆料的制备方法包括以下步骤：

1)预分散：将低分子醇混合溶剂分为两份，分别为混合溶剂A、混合溶剂B，且混合溶剂A与混合溶剂B的质量比为1:1，之后将混合溶剂A与石墨混合均匀，在密封环境中静置36h，得到混合液A，将混合溶剂B与高分子树脂分散剂混合均匀，得到混合液B；

2)纳米砂磨机研磨分散：将混合液A加入至纳米砂磨机中，并在20℃、1800r/min的转速下研磨30min，之后依次加入混合液B、表面活性控制剂，继续研磨3h，得到混合物料；

3)高速分散：将混合物料在3500r/min下分散30分钟，即制得石墨浆料。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种玻璃管内涂层用石墨浆料，其特征在于，该石墨浆料包括以下组分及重量份含量：石墨10-25份、低分子醇混合溶剂55-90份、高分子树脂分散剂1-5份及表面活性控制剂0.1-0.5份。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃管内涂层用石墨浆料，其特征在于，所述的石墨包括天然鳞片石墨或人造石墨中的一种或两种，并且所述的石墨中，碳含量≥99.5％，石墨化度≥90％。

3.根据权利要求1所述的一种玻璃管内涂层用石墨浆料，其特征在于，所述的石墨呈粉状，并且所述的石墨的粒径为300-600nm。

4.根据权利要求1所述的一种玻璃管内涂层用石墨浆料，其特征在于，所述的低分子醇混合溶剂包括以下组分及重量份含量：异丙醇45-60份、乙醇5-15份及丁醇5-15份。

5.根据权利要求1所述的一种玻璃管内涂层用石墨浆料，其特征在于，所述的高分子树脂分散剂包括乙基纤维素、甲基纤维素或聚乙烯醇缩丁醛中的一种或更多种。

6.根据权利要求1所述的一种玻璃管内涂层用石墨浆料，其特征在于，所述的表面活性控制剂包括聚醚改性聚硅氧烷、十八烯二羟乙基甲基氯化铵、2,2-二羟乙基十二烷基胺、十二烷基二甲基氧化胺、十四烷基二甲基氧化胺或十六烷基二甲基氧化胺中的一种或更多种。

7.一种如权利要求1至6任一项所述的玻璃管内涂层用石墨浆料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)预分散：将低分子醇混合溶剂分为两份，分别为混合溶剂A、混合溶剂B，之后将混合溶剂A与石墨混合均匀，得到混合液A，将混合溶剂B与高分子树脂分散剂混合均匀，得到混合液B；

2)纳米砂磨机研磨分散：将混合液A加入至纳米砂磨机中，并在1500-2000r/min的转速下研磨25-35min，之后依次加入混合液B、表面活性控制剂，继续研磨2-4h，得到混合物料；

3)高速分散：将混合物料在3000-4000r/min下分散25-35分钟，即制得所述的石墨浆料。

8.根据权利要求7所述的一种玻璃管内涂层用石墨浆料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的混合溶剂A与混合溶剂B的质量比为1:0.5-2。

9.根据权利要求7所述的一种玻璃管内涂层用石墨浆料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，将混合溶剂A与石墨混合均匀后，在密封环境中静置24-48h，得到混合液A。

10.根据权利要求7所述的一种玻璃管内涂层用石墨浆料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，研磨温度为15-35℃。