CN111040542A - 一种基于石墨烯的高效水性散热涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及散热涂料技术领域，公开了一种基于石墨烯的高效水性散热涂料及其制备方法，所述的基于石墨烯的高效水性散热涂料由以下原料组成：氧化石墨烯复合物12‑15％，水性有机硅改性丙烯酸树脂35‑45％，水性氨基树脂5‑10％，碳纳米管3％‑5％，分散剂2％‑4％，流平剂1％‑3％，水余量。本发明提供的该涂料，具有环保、高散热性、高耐盐雾，对铝合金及各种金属件皆有良好的附着性，二次机械加工性佳、可耐弯曲，适用于电子金属内外壳零件及内构件，加热设备的散热鳍片及各种有散热需求的金属工件等，具有较高的社会使用价值和应用前景。

Description

一种基于石墨烯的高效水性散热涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及散热涂料技术领域，具体涉及一种基于石墨烯的高效水性散热涂料及其制备方法。

背景技术

随着电子行业的高速发展，电子元件正向着小型化、微型化以及追求高频率和高运算速率的方向发展。电子元件的组装密度越来越高，导致其工作温度明显升高，这将直接影响到各种高精密仪器和设备的使用寿命和可靠性。相关统计数据显示，当电子元件工作温度每升高2℃，其可靠性就会下降10％，50℃时的寿命只有25℃时的1/6。因此电子元件的散热问题已经成为电子行业发展的一个瓶颈。

传统散热方式包括在发热电子元件背面叠装散热片和加装电子风扇，但两种方式都会很大程度上增加电子产品的体积，从而无法满足目前电子器件微型化、小型化和精密化的要求。

针对散热问题的严峻性，研究人员将涂层技术应用于电子领域，来解决其散热问题，取得了很好的效果。因为涂层技术很好的满足了电子设备轻量化，便携式的要求，而且涂层散热降温效果的同时还具备良好的绝缘、防腐、防水和自洁等性能，具有很高的实用价值。但目前散热涂料普遍存在附着力差，耐蚀性差，不耐热及降温效果不好的问题，限制了涂层技术在电子散热上的应用。为了使电子元件温度控制在正常的范围内，保证其正常工作，制备出散热效果、附着力等综合性能优异的涂层迫在眉睫。

为此，我们提出了一种基于石墨烯的高效水性散热涂料及其制备方法。

发明内容

(一)解决的技术问题

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于石墨烯的高效水性散热涂料，该涂料该涂料，具有环保、高散热性、高耐盐雾，对铝合金及各种金属件皆有良好的附着性，二次机械加工性佳、可耐弯曲等特点。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种基于石墨烯的高效水性散热涂料，所述涂料中各组分的含量如下：

氧化石墨烯复合物12-15％，水性有机硅改性丙烯酸树脂35-45％，水性氨基树脂5-10％，碳纳米管3％-5％，分散剂2％-4％，流平剂1％-3％，水余量。

进一步的，所述的氧化石墨烯的形态为片状，片径为8微米或40微米。

进一步的，所述的氧化石墨烯复合物为纳米银/氧化石墨烯/SiO2、纳米银/氧化石墨烯、氧化石墨烯/SiO2中的一种。

进一步的，所述的分散剂为十二烷基苯磺酸钠，聚乙烯吡咯烷酮，德国科盈KYC-913中一种或两种混合物。

进一步的，所述的流平剂为非硅流平剂KYC-616，丙烯酸酯流平剂L-1801中的一种或其混合物。

进一步的，所述的氧化石墨烯/SiO2复合物的制备方法为：

S1、将18g十六烷基三乙基溴化铵与0.75g氢氧化钠加入到1L水中，再添加300mL3mg/L氧化石墨烯水溶液，待其混合均匀，超声处理30min后加热到40℃；

S2、在磁力搅拌条件下，再逐滴加入含有10mL正硅酸乙酯的乙醇溶液；

S3、待其反应12h后，加入少量的联氨，将溶液加热到70℃，反应12h；

S4、获得的产物经过离心，多次加热的乙醇水溶液清洗，在室温条件下晾干，即得氧化石墨烯/SiO2复合物样品。

进一步的，所述的纳米银/氧化石墨烯/SiO2复合物的制备方法为：

S1、将100g氧化石墨烯/SiO2复合物添加到500g去离子水中，再加入70g的硝酸银，在室温下搅拌均匀，逐滴加入少量的硼氢化钠；

S2、搅拌反应2h后，再在75℃水浴下反应2h，用去离子水和乙醇分别洗涤6次；

S3、抽滤后真空干燥，即得纳米银/氧化石墨烯/SiO2复合物样品。

进一步的，所述的纳米银/氧化石墨烯复合物的制备方法与纳米银/氧化石墨烯/SiO2复合物样品制备方法相同，不同之处在于，氧化石墨烯/SiO2复合物改为氧化石墨烯。

本发明还提供了一种基于石墨烯的高效水性散热涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将水性有机硅改性丙烯酸树脂、分散剂以及水加入到500mL反应罐中；

S2、待其混合均匀后依次加入氧化石墨烯复合物、碳纳米管、流平剂；

S3、待其混合均匀后，再加入组分总重量2倍的研磨锆珠，在搅拌机中以1500r/min的转速对涂料分散2h；

S4、再加入水性氨基树脂，以1200r/min的转速对涂料进行再次分散并随时测定涂料的细度；

S5、当组分细度＜50μm时，用200目筛网过滤去杂质，即可得到目标涂料。

本涂料在使用时，根据具体情况采用相应型号的砂纸对待处理的基材(铝板、钢板、铁板)进行打磨，去掉基材表面大部分的铁锈；利用皂化反应，用碱洗去掉基材表面的油污；对于难以去掉的锈污，利用酸与氧化物发生化学反应的原理加入强酸去掉；最后用蒸馏水洗净，烘干；然后采用喷涂工艺将涂料喷涂在基材表面上，置于160℃下烘烤固化成膜，40min左右取出。且需要注意的是，涂层的厚度控制在60微米。

(三)有益效果

本发明实施例提供了一种基于石墨烯的高效水性散热涂料及其制备方法，具备以下有益效果：

与现有技术相比，本发明具有环保、高散热性、高耐盐雾，对铝合金及各种金属件皆有良好的附着性，二次机械加工性佳、可耐弯曲；适用于电子金属内外壳零件及内构件，加热设备的散热鳍片及各种有散热需求的金属工件等；市场推广价值高。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种基于石墨烯的高效水性散热涂料，所述涂料中各组分的含量如下：

氧化石墨烯/SiO2 15％，水性有机硅改性丙烯酸树脂45％，水性氨基树脂10％，碳纳米管3％，德国科盈KYC-913 2.5％，非硅流平剂KYC-616 1％，水余量。

其中氧化氧化石墨烯/SiO2复合物制备过程中氧化石墨烯水溶液选择的石墨烯片径为8微米。

实施例2

一种基于石墨烯的高效水性散热涂料，所述涂料中各组分的含量如下：

纳米银/氧化石墨烯/SiO2 15％，水性有机硅改性丙烯酸树脂45％，水性氨基树脂10％，碳纳米管3％，德国科盈KYC-913 2.5％，非硅流平剂KYC-616 1％，水余量。

其中氧化氧化石墨烯/SiO2复合物制备过程中氧化石墨烯水溶液选择的石墨烯片径为8微米。

实施例3

一种基于石墨烯的高效水性散热涂料，所述涂料中各组分的含量如下：

纳米银/氧化石墨烯15％，水性有机硅改性丙烯酸树脂45％，水性氨基树脂10％，碳纳米管3％，德国科盈KYC-913 2.5％，非硅流平剂KYC-616 1％，水余量。

其中氧化氧化石墨烯/SiO2复合物制备过程中氧化石墨烯水溶液选择的石墨烯片径为8微米。

实施例4

一种基于石墨烯的高效水性散热涂料，所述涂料中各组分的含量如下：

纳米银/氧化石墨烯/SiO2 15％，水性有机硅改性丙烯酸树脂45％，碳纳米管3％，德国科盈KYC-913 2.5％，非硅流平剂KYC-616 1％，水余量。

其中氧化氧化石墨烯/SiO2复合物制备过程中氧化石墨烯水溶液选择的石墨烯片径为8微米。

实施例5

一种基于石墨烯的高效水性散热涂料，所述涂料中各组分的含量如下：

纳米银/氧化石墨烯/SiO2 15％，水性有机硅改性丙烯酸树脂45％，水性氨基树脂10％，碳纳米管3％，德国科盈KYC-913 2.5％，非硅流平剂KYC-616 1％，水余量。

其中纳米银/氧化石墨烯/SiO2复合物制备过程中氧化石墨烯水溶液选择的石墨烯为片径8微米氧化石墨烯水溶液与片径40微米的混合物，其体积比为1:1。

实施例6

一种基于石墨烯的高效水性散热涂料，所述涂料中各组分的含量如下：

纳米银/氧化石墨烯/SiO2 15％，水性有机硅改性丙烯酸树脂45％，水性氨基树脂10％，德国科盈KYC-913 2.5％，非硅流平剂KYC-616 1％，水余量。

其中氧化氧化石墨烯/SiO2复合物制备过程中氧化石墨烯水溶液选择的石墨烯为片径8微米氧化石墨烯水溶液与片径40微米的混合物，其体积比为1:1。

涂层性能结果见表1。

表1涂层性能

从表1可知，本发明实施例1-6的涂层导热系数为3.2-3.8之间，硬度为H-3H之间，耐盐雾时间为800-1000之间，相较于目前市场上的水性散热涂料具有明显优势。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种基于石墨烯的高效水性散热涂料，其特征在于，所述涂料中各组分的含量如下：

氧化石墨烯复合物12-15％，水性有机硅改性丙烯酸树脂35-45％，水性氨基树脂5-10％，碳纳米管3％-5％，分散剂2％-4％，流平剂1％-3％，水余量。

2.如权利要求1所述的一种基于石墨烯的高效水性散热涂料，其特征在于，所述的氧化石墨烯的形态为片状，片径为8微米或40微米。

3.如权利要求1所述的一种基于石墨烯的高效水性散热涂料，其特征在于：所述的氧化石墨烯复合物为纳米银/氧化石墨烯/SiO2、纳米银/氧化石墨烯、氧化石墨烯/SiO2中的一种。

4.如权利要求1所述的一种基于石墨烯的高效水性散热涂料，其特征在于，所述的分散剂为十二烷基苯磺酸钠，聚乙烯吡咯烷酮，德国科盈KYC-913中一种或两种混合物。

5.如权利要求1所述的一种基于石墨烯的高效水性散热涂料，其特征在于，所述的流平剂为非硅流平剂KYC-616，丙烯酸酯流平剂L-1801中的一种或其混合物。

6.如权利要求3所述的一种基于石墨烯的高效水性散热涂料，其特征在于，所述的氧化石墨烯/SiO2复合物的制备方法为：

S1、将18g十六烷基三乙基溴化铵与0.75g氢氧化钠加入到1L水中，再添加300mL3mg/L氧化石墨烯水溶液，待其混合均匀，超声处理30min后加热到40℃；

S2、在磁力搅拌条件下，再逐滴加入含有10mL正硅酸乙酯的乙醇溶液；

S3、待其反应12h后，加入少量的联氨，将溶液加热到70℃，反应12h；

S4、获得的产物经过离心，多次加热的乙醇水溶液清洗，在室温条件下晾干，即得氧化石墨烯/SiO2复合物样品。

7.如权利要求3所述的一种基于石墨烯的高效水性散热涂料，其特征在于，所述的纳米银/氧化石墨烯/SiO2复合物的制备方法为：

S1、将100g氧化石墨烯/SiO2复合物添加到500g去离子水中，再加入70g的硝酸银，在室温下搅拌均匀，逐滴加入少量的硼氢化钠；

S2、搅拌反应2h后，再在75℃水浴下反应2h，用去离子水和乙醇分别洗涤6次；

S3、抽滤后真空干燥，即得纳米银/氧化石墨烯/SiO2复合物样品。

8.如权利要求7所述的一种基于石墨烯的高效水性散热涂料，其特征在于，所述的纳米银/氧化石墨烯复合物的制备方法与纳米银/氧化石墨烯/SiO2复合物样品制备方法相同，不同之处在于，氧化石墨烯/SiO2复合物改为氧化石墨烯。

9.一种制备如权利要求1-8任一项所述的基于石墨烯的高效水性散热涂料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将水性有机硅改性丙烯酸树脂、分散剂以及水加入到500mL反应罐中；

S2、待其混合均匀后依次加入氧化石墨烯复合物、碳纳米管、流平剂；

S3、待其混合均匀后，再加入组分总重量2倍的研磨锆珠，在搅拌机中以1500r/min的转速对涂料分散2h；

S4、再加入水性氨基树脂，以1200r/min的转速对涂料进行再次分散并随时测定涂料的细度；

S5、当组分细度＜50μm时，用200目筛网过滤去杂质，即可得到目标涂料。