CN110105828A - 一种用于金属涂层的石墨烯浆料、其制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于金属涂层的石墨烯浆料、其制备方法及应用。所述用于金属涂层的石墨烯浆料包括按质量百分比计算的如下组分：石墨烯0.1～5wt％、填料1～10wt％、溶剂70～90wt％、粘结剂5～30wt％、分散剂0.1～2wt％、功能添加剂0～3wt％。本发明提供的用于金属涂层的石墨烯浆料具有优异的成膜性能，所形成的涂层具有优异抗腐蚀性、防霉抗菌性和导热性，该涂层铝箔用于散热翅片，对于消除制冷时表面结露，减少风阻，可以有效提高涂层的抗腐蚀性能、增强涂层的热导率、提升涂层的辐射率，从而显著提高空调铝箔换热效率，减少能耗，提高能效比，可应用到空调、汽车、冷水机等需要热交换的领域。

Description

一种用于金属涂层的石墨烯浆料、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种石墨烯浆料，特别涉及一种用于金属箔涂层的石墨烯浆料及其制备方法和应用，属于纳米技术领域。
背景技术
随着我国经济的发展和人民生活水平的不断提高，空调的普及率逐年提高。空调正向小型化、高能效、长寿命目标发展。要实现这个目标，空调中的一个配件作用显得尤为重要，就是翅片式换热器。目前制作该换热器的主要原料为铝箔，铝箔大规模生产换热片已经有几十年的历史了。有大量专利(专利公开号为CN101104900A，专利名称为“一种热交换器用铝箔及其制造方法”；专利公开号为CN101307404A，专利名称为“高性能空调铝箔及其制造方法”；专利公开号为CN101824568A，专利名称为“空调用铝箔材料及空调用铝箔的制造方法；专利公开号为CN 102888540A，专利名称为“高热交换效率空调器用铝箔及其制造方法”)介绍了通过对铝箔的制造工艺改进，从而提升其作为空调散热器的性能，然而纯的铝箔存在亲水性差、易腐蚀、换热能力弱从而无法满足日益增长的空调散热需求。为了提高空调寿命，降低耗电量、改善通风质量和提高制冷效果，又相继开发了具有各种功能涂层的涂层换热片，专利公开号为CN103045068A，专利名称为“一种铝箔用水性涂层剂及其制备方法”；专利公开号为CN103087602A，专利名称为“一种亲水涂层铝箔专用水性涂料”；提供了一种亲水涂层的制备方法，该涂层铝箔具有优异的亲水性，对于空调降低风阻，提高能效比有改善作用。然而，以上方案在提高空调铝箔的换热效率上已经无法满足需求，特别是在涂层铝箔方面，传统的亲水涂层具有很低的导热率，严重阻碍空调内部热量向外界传递，换热效率受到影响。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于金属涂层的石墨烯浆料及其制备方法，其能充分发挥石墨烯优异防腐、导热、高辐射率等性能，并且复合了一些导热添加剂、防锈剂从而显著提高现有空调铝箔换热效率和耐腐蚀性，减少能耗，提高能效比，并延长使用寿命。
本发明的另一目的在于提供所述用于金属涂层的石墨烯浆料的应用。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种用于金属涂层的石墨烯浆料，其包括按质量百分比计算的如下组分：石墨烯0.1～5wt％、填料1～10wt％、溶剂70～90wt％、粘结剂5～30wt％、分散剂0.1～2wt％、功能添加剂0～3wt％。
进一步地，所述石墨烯浆料的粘度为100～8000mPas。
在一些实施例中，所述石墨烯的尺寸为0.5～20μm，层数为1～20层，电导率不低于105S/m。
本发明实施例还提供了前述用于金属涂层的石墨烯浆料的制备方法，其包括：
将石墨烯、填料、溶剂、粘结剂、分散剂、功能添加剂高速分散、砂磨混合，制得所述用于金属涂层的石墨烯浆料。
本发明实施例还提供了一种石墨烯涂层，它由前述用于金属涂层的石墨烯浆料形成。
本发明实施例还提供了前述的石墨烯涂层于热交换领域中的应用。
相应的，本发明实施例还提供了一种装置，其包含基材，以及形成于基材上的前述的石墨烯涂层。
进一步地，所述基材包括金属箔，优选为铝箔，但不限于此。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优势：
本发明提供的用于金属涂层的石墨烯浆料具有优异的成膜性能，所形成的涂层具有优异抗腐蚀性、防霉抗菌性和导热性，该涂层铝箔用于散热翅片，对于消除制冷时表面结露，减少风阻，可以有效提高涂层的抗腐蚀性能、增强涂层的热导率、提升涂层的辐射率，从而显著提高空调铝箔换热效率，减少能耗，提高能效比，延长使用寿命具有积极的作用，可广泛应用到空调、汽车、冷水机等需要热交换的领域。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
新兴的石墨烯(Graphene)是单层石墨片构成的二维碳纳米结构材料，石墨烯具有优异的力学、电学、热学、化学惰性和阻气性能。石墨烯的迁移率可达2×104cm2/V×s为硅的100倍，在室温下石墨烯的电阻率可达108 S/m，可耐受为108A/cm2的电流，是铜耐受能力的100倍，热导率为3000-5000 W/mK，热辐射率可达98％，并且其二维结构在抗腐蚀方面有独特的优势。将石墨烯作为铝箔涂层中可以有效提高涂层的抗腐蚀性能、增强涂层的热导率、提升涂层的辐射率，从而显著提高空调铝箔换热效率，减少能耗，提高能效比，并延长使用寿命。
本发明实施例的一个方面提供的一种用于金属涂层的石墨烯浆料，其包括按质量百分比计算的如下组分：石墨烯0.1～5wt％、填料1～10wt％、溶剂70～90wt％、粘结剂5～30wt％、分散剂0.1～2wt％、功能添加剂0～3wt％。
进一步地，所述石墨烯浆料的粘度为100～8000mPas。
在一些实施例中，所述石墨烯的尺寸为0.5～20μm，层数为1～20层，电导率不低于105S/m。
在一些实施例中，所述填料包括石墨、富勒烯、炭黑、碳纳米管、碳纳米管纤维、碳纤维、乙炔黑、科琴黑、碳晶、氮化硼、氮化铝、碳化硅、锌、铝、铜、银、镍、镉、铁、碳素钢、氧化铝、硅、氧化铍、氮化硅、氧化镁、硫酸钡、硫酸锌、玻璃鳞片、硅微粉、云母粉、钛白粉、滑石粉、碳酸钙、云母氧化铁、磷酸锌、三聚磷酸铝、复合磷酸盐、铁钛粉、云母氧化铁灰、磷铁粉、锌酪黄等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
在一些实施例中，所述粘结剂包括酚醛树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂、氟碳树脂、氯醋树脂、聚酯树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、醛酮、聚酮树脂、硝基纤维素树脂、乙基纤维素、松香、琥珀、虫胶、黄原胶等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述溶剂包括水、乙二醇、乙酸丁酯、异丙醇、二价酸酯、乙基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、丁基溶纤剂醋酸酯、溶剂汽油、乙醇、辛醇、丁醇、松油醇、丁二酸二甲酯、丙二醇甲醚醋酸酯、戊二酸二甲酯、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇丁醚、二丙酮醇、乙二醇乙醚醋酸酯、丁醇、甲苯、二甲苯、邻苯二甲酸二丁酯、异佛尔酮等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
在一些实施例中，所述功能添加剂包括偶联剂、流平剂、表面活性剂、消泡剂等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述偶联剂包括康宁A-1020、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述流平剂包括有机硅类物质、丙烯酸类物质、氟碳化合物类物质等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、甘油、明胶、聚乙二醇、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、十六烷基溴化铵、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基二苯醚二磺酸钠、聚四氟乙烯、Triton-100、吐温、Tego Dispers610s、BYK163、BYK190、BYK420等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述消泡剂包括Tego Foamex N、聚醚类消泡剂、矿物油类消泡剂、有机硅消泡剂、聚醚改性有机硅消泡剂等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。。
本发明实施例的另一个方面还提供了前述用于金属涂层的石墨烯浆料的制备方法，其包括：
将石墨烯、填料、溶剂、粘结剂、分散剂、功能添加剂高速分散、砂磨混合，制得所述用于金属涂层的石墨烯浆料。
本发明实施例的另一个方面还提供了一种石墨烯涂层，它由前述用于金属涂层的石墨烯浆料形成。
进一步地，所述的石墨烯浆料经过涂布和烘干工艺在铝箔等基材上形成的石墨烯涂层的厚度为0.5～10μm，具有抗腐蚀性、防霉抗菌性和导热性。不限于作为第一层底涂或第二层面涂。该面涂具有亲水或疏水性。
本发明实施例的另一个方面还提供了前述的石墨烯涂层于热交换领域中的应用。
进一步地，所述热交换领域包括空调、汽车或冷水机等领域，但不限于此。
本发明实施例的另一个方面还提供了一种装置，其包含基材，以及形成于基材上的前述的石墨烯涂层。
进一步地，所述基材包括金属箔，优选为铝箔，但不限于此。
综上所述，本发明的用于金属涂层的石墨烯浆料具有优异的成膜性能，所形成的涂层具有优异抗腐蚀性、防霉抗菌性和导热性，该涂层铝箔用于散热翅片，对于消除制冷时表面结露，减少风阻，可以有效提高涂层的抗腐蚀性能、增强涂层的热导率、提升涂层的辐射率，从而显著提高空调铝箔换热效率，减少能耗，提高能效比，延长使用寿命具有积极的作用，可广泛应用到空调、汽车、冷水机等需要热交换的领域。
以下结合若干实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下列实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1：石墨烯1g、纳米氧化铝0.5g、磷酸锌0.5g、纳米二氧化钛0.5g、400g25wt％丙烯酸树脂乳液(含固化剂)、十二烷基磺酸钠0.5g、聚氧丙烯甘油醚1g、BYK3100.5g。先后通过高速分散、砂磨混合得到到细度＜1μm的石墨烯浆料。在铝箔上滚涂、240℃20s得到层厚为1μm的石墨烯底涂涂层a。
石墨烯1g、丙烯酸均聚物62g,丙烯酰胺均聚物38g，氨丙基三乙氧基硅烷1g，十二烷基苯磺酸钠0.5g，异丙醇10g，固化剂甲醚化三聚氰胺甲醛树脂50g，先后通过高速分散、砂磨混合得到到细度＜1μm的石墨烯浆料。通过在涂有涂层a的铝箔上滚涂、240℃20s得到层厚为0.8μm石墨烯亲水面涂涂层。
实施例2：石墨烯1g、纳米碳管0.1g、100g丙烯酸树脂(含固化剂)、二甲苯100g，BYK1630.5g、三聚磷酸铝1g、纳米氧化镁1g。先后通过高速分散、砂磨混合得到到细度＜1μm的石墨烯浆料，通过在铝箔上滚涂、200℃20s得到层厚为1μm石墨烯底涂涂层a。
石墨烯1g、丙烯酸均聚物62g,丙烯酰胺均聚物38g，氨丙基三乙氧基硅烷1g，十二烷基苯磺酸钠0.5g，异丙醇10g，固化剂甲醚化三聚氰胺甲醛树脂50g，先后通过高速分散、砂磨混合得到到细度＜1μm的石墨烯浆料，通过在涂有涂层a的铝箔上滚涂、240℃20s得到层厚为0.8μm的石墨烯亲水面涂涂层。
藉由本发明实施例1-2的结果，本发明本发明提供的用于金属涂层的石墨烯浆料具有优异的成膜性能，所形成的涂层具有优异抗腐蚀性、防霉抗菌性和导热性，该涂层铝箔用于散热翅片，对于消除制冷时表面结露，减少风阻，可以有效提高涂层的抗腐蚀性能、增强涂层的热导率、提升涂层的辐射率，从而显著提高空调铝箔换热效率，减少能耗，提高能效比，延长使用寿命具有积极的作用，可广泛应用到空调、汽车、冷水机等需要热交换的领域。
此外，本案发明人还利用前文所列出的其它原料以及其它工艺条件等替代实施例1-2中的各种原料及相应工艺条件进行了相应试验，并同样制得了具有优异的成膜性能，所形成的涂层具有优异抗腐蚀性、防霉抗菌性和导热性的用于金属涂层的石墨烯浆料。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于金属涂层的石墨烯浆料，其特征在于包括按质量百分比计算的如下组分：石墨烯0.1～5wt％、填料1～10wt％、溶剂70～90wt％、粘结剂5～30wt％、分散剂0.1～2wt％、功能添加剂0～3wt％。
2.根据权利要求1所述的用于金属涂层的石墨烯浆料，其特征在于：所述石墨烯浆料的粘度为100～8000mPas；和/或，所述石墨烯的尺寸为0.5～20μm，层数为1～20层，电导率不低于105S/m。
3.根据权利要求1所述的用于金属涂层的石墨烯浆料，其特征在于：所述填料包括石墨、富勒烯、炭黑、碳纳米管、碳纳米管纤维、碳纤维、乙炔黑、科琴黑、碳晶、氮化硼、氮化铝、碳化硅、锌、铝、铜、银、镍、镉、铁、碳素钢、氧化铝、硅、氧化铍、氮化硅、氧化镁、硫酸钡、硫酸锌、玻璃鳞片、硅微粉、云母粉、钛白粉、滑石粉、碳酸钙、云母氧化铁、磷酸锌、三聚磷酸铝、复合磷酸盐、铁钛粉、云母氧化铁灰、磷铁粉、锌酪黄中的任意一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的用于金属涂层的石墨烯浆料，其特征在于：所述粘结剂包括酚醛树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂、氟碳树脂、氯醋树脂、聚酯树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、醛酮、聚酮树脂、硝基纤维素树脂、乙基纤维素、松香、琥珀、虫胶、黄原胶中的任意一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的用于金属涂层的石墨烯浆料，其特征在于：所述溶剂包括水、乙二醇、乙酸丁酯、异丙醇、二价酸酯、乙基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、丁基溶纤剂醋酸酯、溶剂汽油、乙醇、辛醇、丁醇、松油醇、丁二酸二甲酯、丙二醇甲醚醋酸酯、戊二酸二甲酯、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇丁醚、二丙酮醇、乙二醇乙醚醋酸酯、丁醇、甲苯、二甲苯、邻苯二甲酸二丁酯、异佛尔酮中的任意一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的用于金属涂层的石墨烯浆料，其特征在于：所述功能添加剂包括偶联剂、流平剂、表面活性剂、消泡剂中的任意一种或两种以上的组合；
优选的，所述偶联剂包括康宁A-1020、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的任意一种或两种以上的组合；
优选的，所述流平剂包括有机硅类物质、丙烯酸类物质、氟碳化合物类物质中的任意一种或两种以上的组合；
优选的，所述表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、甘油、明胶、聚乙二醇、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、十六烷基溴化铵、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基二苯醚二磺酸钠、聚四氟乙烯、Triton-100、吐温、Tego Dispers610s、BYK163、BYK190、BYK420中的任意一种或两种以上的组合；
优选的，所述消泡剂包括Tego Foamex N、聚醚类消泡剂、矿物油类消泡剂、有机硅消泡剂、聚醚改性有机硅消泡剂中的任意一种或两种以上的组合。
7.权利要求1-6中任一项所述用于金属涂层的石墨烯浆料的制备方法，其特征在于包括：
将石墨烯、填料、溶剂、粘结剂、分散剂、功能添加剂高速分散、砂磨混合，制得所述用于金属涂层的石墨烯浆料。
8.一种石墨烯涂层，其特征在于它由权利要求1-6中任一项所述用于金属涂层的石墨烯浆料形成；优选的，所述石墨烯涂层的厚度为0.5～10μm。
9.权利要求8所述的石墨烯涂层于热交换领域中的应用；优选的，所述热交换领域包括空调、汽车或冷水机领域。
10.一种装置，其特征在于包含基材，以及形成于基材上的权利要求8所述的石墨烯涂层；优选的，所述基材包括金属箔；优选的，所述金属箔包括铝箔。
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