CN111234608A - 一种水性电热碳浆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水性电热碳浆，包括以下重量份数的组分：水溶性丙烯酸树脂8～19份；甲醚化三聚氰胺甲醛树脂5～9份；中和剂2～7份；去离子水28～45份；成膜剂10～20份；慢干剂2～5份；导电剂10～25份；石墨烯1～4份；助剂2～5份，其中，水溶性丙烯酸树脂同时含有羧基和羟基，水溶性丙烯酸树脂同时包括玻璃化温度为40～70℃和90～140℃的两种或两种以上水溶性固体丙烯酸树脂。本发明水性电热碳浆环保，且电阻稳定性高。

Description

一种水性电热碳浆
技术领域
本发明属于油墨领域，具体涉及一种水性电热碳浆。
背景技术
电热碳浆是一种以碳系导电材料为导电剂，以有机树脂为粘接剂的导电油墨，通常以丝印或凹印方式印刷在PET等柔性基材上，接通电源后，能以远红外线的能量形式辐射热量，广泛应用于建筑供暖、农业生产供暖和生活供暖中。现有的电热碳浆，大部分都是溶剂型的，通常以丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂和环氧树脂中的一种或几种为粘接剂，以环己酮、异佛尔酮、二价酸酯等有机溶剂为树脂溶剂及稀释剂，搭配碳系导电材料如石墨、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯等为导电剂，这些溶剂型的电热碳浆使用时，大量有机溶剂蒸发，存在危害身体健康和污染环境的问题，电阻率变化大，申请号为2016103722691的中国专利公开一种自限温发热油墨，溶剂采用环己酮、二甲苯、三甲苯和四甲苯，油墨电阻变化率大，发热温度可控性差，且溶剂对人体和环境有较大的危害。因此，亟需一种环保，电阻率变化小的水性电热碳浆。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种环保，电阻率变化小的水性电热碳浆。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种水性电热碳浆，包括以下重量份数的组分：
Figure BDA0002363638800000011
Figure BDA0002363638800000021
其中，水溶性丙烯酸树脂同时含有羧基和羟基，水溶性丙烯酸树脂同时包括玻璃化温度为40～70℃和90～140℃的两种或两种以上水溶性固体丙烯酸树脂。
水溶性丙烯酸树脂，分子链上具有羧基，当用中和剂与羧基反应，使丙烯酸变成丙烯酸盐，从而具有水溶性。同时，在体系中含有的羟基，能进一步增加丙烯酸树脂的水溶性，使电热碳浆在水性体系中能稳定存在；体系含有的羧基和羟基，能与氨基树脂反应，形成交联网络，一方面，提高固化后的导电剂层的强度和柔韧性，另一方面，形成的交联网络能更好地固定导电剂的稳定分布，防止导电剂在热态下，由于体系热膨胀导致的导电剂迁移和团聚问题，使本电热碳浆的通电发热时功率、发热温度稳定性和断电后的电阻稳定性更好；选用玻璃化温度40-70℃和90-140℃的两种以上丙烯酸树脂配合，低玻璃化温度的丙烯酸树脂柔韧性较好，而高玻璃化温度的丙烯酸树脂能够提供更好的热稳定性，保证电热碳浆高温条件下长期使用的稳定性。
在本发明的其中一种具体实施方式中，甲醚化三聚氰胺甲醛树脂为六甲氧基三聚氰胺甲醛树脂。
甲醚化三聚氰胺甲醛树脂，是用甲醇对醚化的三聚氰胺甲醛树脂，甲醚化三聚氰胺甲醛树脂亲水性好，在水性体系中溶解度高，能够在水性体系中稳定存在。三聚氰胺甲醛树脂包含高度甲醚化三聚氰胺甲醛树脂、部分甲醚化三聚氰胺甲醛树脂，本电热碳浆采用的六甲氧基三聚氰胺甲醛树脂含有的游离羟甲基、亚氨基极少，在水性体系中稳定性更好；而且，六甲氧基三聚氰胺甲醛树脂含有六个参与反应的甲氧基甲基，与电热碳浆中另一个组分丙烯酸树脂形成的交联网络能给带来更好的硬度、强韧性，以及对导电剂的固定作用(交联网络的形成减少了导电剂通电使用时的热态下，导电剂的迁移和团聚，使导电剂的通电稳定性更好)。此外，部分甲醚化三聚氰胺甲醛树脂含有较多的羟甲基，容易释放游离甲醛，对环境污染较大。同时，含有羟甲基的部分甲醚化氨基树脂也容易发生自聚反应，影电热碳浆稳定性和膜层质量。
在本发明的其中一种具体实施方式中，中和剂为乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种。
乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺这三种中和剂沸点均在170℃以上，使用这三种中和剂，能够减慢电热碳浆的干燥速度，导热碳浆用于丝网印刷时，不易干版堵网，而且这三种中和剂相对于氨水等其余中和剂，味道较小，对皮肤的刺激性较小。
在本发明的其中一种具体实施方式中，成膜剂为二丙二醇甲醚、丙二醇丁醚和乙二醇丁醚中的至少一种。
二丙二醇甲醚、丙二醇丁醚和乙二醇丁醚作为成膜剂，在电热碳浆中迁移速度快，且在空气中的挥发速率高，导热碳浆涂膜时干燥快速。
在本发明的其中一种具体实施方式中，慢干剂为乙二醇、丙二醇、丁二醇和丙三醇中至少的一种。
采用乙二醇、丙二醇、丁二醇和丙三醇调节电热碳浆的干燥速度，避免印刷中堵网，保证印刷精度，且能使膜层表面流平光滑，减少表面网纹的出现。
在本发明的其中一种具体实施方式中，导电剂为纳米导电炭黑、导电石墨、碳纳米管和碳纤维中的至少一种。
在本发明的其中一种具体实施方式中，石墨烯为粒径0.5～10微米、层数1～10层的石墨烯粉或石墨烯含量在10％以上的石墨烯水分散液。
在本发明的其中一种具体实施方式中，助剂包括分散剂、消泡剂、基材润湿剂和流平剂中的至少一种。
在本发明的其中一种具体实施方式中，还包括填料，填料的重量份数为1～7份，填料包括气相二氧化硅、膨润土和碳酸钙中的至少一种。
在本发明的其中一种具体实施方式中，还包括磺酸催化剂。由于六甲氧基三聚氰胺甲醛树脂的反应活性较低，固化温度较低时，需要添加磺酸催化剂提高反应活性。
相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明电热碳浆体系含有的羧基和羟基，能与氨基树脂反应，形成交联网络，一方面，提高固化后的导电剂层的强度和柔韧性，另一方面，形成的交联网络能更好地固定导电剂的稳定分布，防止导电剂在热态下，由于体系热膨胀导致的导电剂迁移和团聚问题，使本电热碳浆的通电发热时功率、发热温度稳定性和断电后的电阻稳定性更好；选用玻璃化温度40-70℃和90-140℃的两种以上丙烯酸树脂配合，低玻璃化温度的丙烯酸树脂柔韧性较好，而高玻璃化温度的丙烯酸树脂能够提供更好的热稳定性，保证电热碳浆高温条件下长期使用的稳定性，采用的成分对环境友好，环保无污染。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
本发明具体实施方式实施例1-3和对比例1-2使用的原料如表1所示。
表1实施例1-3和对比例1-2原料配比
Figure BDA0002363638800000061
Figure BDA0002363638800000071
本发明具体实施方式对比例3-4使用的原料如表2所示。
表2对比例3-4原料配比
Figure BDA0002363638800000072
实施例1-3所得的电热碳浆使用过程中较稳定，通电168h电阻变化率均低于5％，实施例1-3与对比例1-3同为水性电热碳浆，实施例1-3的电阻稳定性得到较大的改善；作为公知常识，油性电热碳浆的电阻稳定性要优于水性电热碳浆，本发明实施例1-3的电热碳浆的电热稳定性优于对比例3-4的油性电热碳浆。
实施例1-3和对比例1-2的电热碳浆制备方法：
a)将中和剂与纯水加入反应釜中，混合均匀，然后将温度提高到80℃，在搅拌的条件下，投入水溶性丙烯酸树脂，连续搅拌30-90分钟，直至树脂液澄清透明，滤去不溶物得到水性丙烯酸树脂液。
b)将甲醚化氨基树脂、纯水、成膜剂、慢干剂、助剂分别加入上一步骤得到的丙烯酸树脂液中，搅拌30分钟分散均匀。
c)在上一步骤半成品中投入导电剂、石墨烯，搅拌10-30分钟预分散，随后转移到三辊机中研磨3-5遍，直至成品细度小于5微米。
d)检测，包装，得到成品。
对比例3-4的电热碳浆制备方法：
a)在容器中投入要求数量的异佛尔酮和DBE，加热到80℃，然后在搅拌的条件下分别投入丙烯酸树脂A11和聚氨酯树脂5715，继续搅拌1.5h～2.5h，待固体树脂完全溶解后，滤去不溶物，得到澄清透明的有机树脂液。
b)在上述树脂液中投入要求数量的BYK-361N、BYK-066N、BYK-2013，分散均匀。
c)在上述半成品中投入相应数量的导电炭黑、导电石墨和石墨烯，预分散30min后，在三辊机中研磨3～5遍，直至浆料细度小于5um，得到亮黑的流动浆料。
d)检测，包装，即得到成品。
对本领域的技术人员来说，可如以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水性电热碳浆，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
Figure FDA0002363638790000011
其中，所述水溶性丙烯酸树脂同时含有羧基和羟基，所述水溶性丙烯酸树脂同时包括玻璃化温度为40～70℃和90～140℃的两种或两种以上水溶性固体丙烯酸树脂。
2.根据权利要求1所述的水性电热碳浆，其特征在于，所述甲醚化三聚氰胺甲醛树脂为六甲氧基三聚氰胺甲醛树脂。
3.根据权利要求1所述的水性电热碳浆，其特征在于，所述中和剂为乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种。
4.根据权利要求1所述的水性电热碳浆，其特征在于，所述成膜剂为二丙二醇甲醚、丙二醇丁醚和乙二醇丁醚中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的水性电热碳浆，其特征在于，所述慢干剂为乙二醇、丙二醇、丁二醇和丙三醇中至少的一种。
6.根据权利要求1所述的水性电热碳浆，其特征在于，所述导电剂为纳米导电炭黑、导电石墨、碳纳米管和碳纤维中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的水性电热碳浆，其特征在于，所述石墨烯为粒径0.5～10微米、层数1～10层的石墨烯粉或石墨烯含量在10％以上的石墨烯水分散液。
8.根据权利要求1所述的水性电热碳浆，其特征在于，所述助剂包括分散剂、消泡剂、基材润湿剂和流平剂中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的水性电热碳浆，其特征在于，还包括填料，所述填料的重量份数为1～7份，所述填料包括气相二氧化硅、膨润土和碳酸钙中的至少一种。
10.根据权利要求2所述的水性电热碳浆，其特征在于，还包括磺酸催化剂。
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