CN111808463A

CN111808463A - 一种高温电热涂料及其制备方法

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Publication number: CN111808463A
Application number: CN202010741208.4A
Authority: CN
Inventors: 魏春光; 谷星星; 王静霞
Original assignee: Shenzhen Hanshu Technology New Energy Co ltd
Current assignee: Shenzhen Hanshu Technology New Energy Co ltd
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2020-07-29
Publication date: 2020-10-23

Abstract

本发明公开一种高温电热涂料及其制备方法，本发明的高温电热涂料包括按质量百分比计的如下组分：第一电热填料5‑50%、第二电热填料0‑10%、耐高温粘结剂10‑40%、耐高温填料0.1‑10%、分散剂1‑10%、功能助剂0.1‑10%，余量为水。本发明的高温电热涂料具有电阻率小、储存稳定性好、升温速率快、热转换效率优异等优点，可在短时间内使发热温度达到200~600℃，高温下保持各组分材料稳定不氧化，并可保证长期使用温度在300℃左右，且发热情况分布均匀，长期使用不会发生功率衰退；另外，制备该高温电热涂料的方法工艺简单、安全环保，成本低廉，适合大规模的工业化生产。

Description

一种高温电热涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料领域，特别涉及一种高温电热涂料及其制备方法。

背景技术

电热涂料作为功能涂料的一种，是在导电涂料的基础上开发的一种具有优异电热特性的新型功能涂料。它能像油漆一样覆着在需要加热的物体的表面或任意面上进行加热，由于可以直接覆着在基材表面，因此具有极高的热效率。与电暖器相比，电热涂料具有使用寿命长、省电方便、安全可靠等优点，在生产和生活的各个方面都有着广泛的应用前景，如用于建筑取暖、工业烘箱干燥、石油化工管道保温等。随着科技工业的不断发展，对于功能性涂料的性能要求不断提高。

目前市面上使用广泛的电热涂料是一种将炭黑、石墨等碳系材料为导电剂，均匀分散于有机载体中，同时以涂覆、丝印、凹印等方式施涂于PET、环氧玻纤板、陶瓷面板等绝缘性基材上，再以导电载流条作为两端电极，在电极两端施加电压，从而稳定发热的功能涂料。电热填料赋予电热涂料电热性能，电热填料主要有金属系、碳系等几类。金属系具有很好的导电性，但是都比较容易氧化，这会严重影响涂料的导电性能，进而影响涂料的发热效果，而且金属粉成本很高，严重限制其实际应用，此外由于金属粉的密度比较大，涂料会有沉降的问题；碳系填料具有质轻、无毒无害、不易氧化、价格低廉等优点，在国内外电热涂料均应用较多，但碳系电热性能与金属仍具有差距，电阻率较银、铜、镍、铝等金属大，致使碳系电热涂料升温较慢、温度不高而难以广泛应用。若通过增大导电填料的含量来降低电阻值，则会导致涂层的附着力下降，影响涂层的使用寿命。目前市场上公开了几种电热涂料专利，它们主要是采用碳粉和石墨作为填料，存在的问题是这些电热涂料的电阻都在几十欧姆以上，若进一步增大导电填料含量来降低电阻，则涂层的附着力变差，实际使用时发热效率相对较低，需要较高的电压(高于 36伏安全电压)，不利于实际应用。

现有技术中的电热涂料大多都存在表面发热温度不高，升温速率慢，发热温度不均匀，发热效率低，最高温度不到200℃，耐热性和耐老化性能较差，使用时间长易发生功率衰退，工作寿命比较短等缺陷，严重制约了电热涂料的快速发展和在许多领域的应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述缺陷，提供一种高温电热涂料。该高温电热涂料具有电阻率小、储存稳定性好、升温速率快、热转换效率优异等优点，可在短时间内使发热温度达到200～600℃，高温下保持各组分材料稳定不氧化，并可保证长期使用温度在300℃左右，且发热情况分布均匀，长期使用不会发生功率衰退；另外，制备该高温电热涂料的方法工艺简单、安全环保，成本低廉，适合大规模的工业化生产。

具体地，本发明的技术方案如下：

一种高温电热涂料，其特征在于，包括按质量百分比计的如下组分：第一电热填料5-50％、第二电热填料0-10％、耐高温粘结剂10-40％、耐高温填料0.1-10％、分散剂1-10％、功能助剂0.1-10％，余量为水。

作为本发明高温电热涂料的一种改进，所述第一电热填料为碳系导电材料，包括碳纳米管、石墨烯、碳纤维、人造石墨、天然石墨和导电炭黑中的任意一种或多种组合。

作为本发明高温电热涂料的一种改进，所述第二电热填料为抗氧化处理后的金属粉，包括银粉、铝粉、铜粉、镍粉或铁粉中的任意一种或多种组合。

作为本发明高温电热涂料的一种改进，所述耐高温粘接剂为水玻璃、硅酸盐、磷酸盐、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、苯丙乳液、玻璃粉、有机硅树脂、环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂的中的任意一种或多种组合。

作为本发明高温电热涂料的一种改进，所述耐高温填料为碳化硅、云母粉、石英粉、高岭土、硅灰石、氧化铝中的任意一种或多种组合。

作为本发明高温电热涂料的一种改进，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、木质素磺酸盐、微晶纤维素、亚甲基双甲基萘磺酸钠、聚丙烯酸钠、丙酰胺共聚物中的任意一种或多种组合。

作为本发明高温电热涂料的一种改进，所述功能助剂为润湿剂、流平剂、消泡剂、增稠剂、硅烷偶联剂、防沉降剂、阻燃剂、附着力促进剂中的任意一种或多种组合。

作为本发明高温电热涂料的一种改进，所述润湿剂为二辛基磺化琥珀酸钠、炔二醇乙氧基化合物、聚醚改性硅氧烷共聚物中的任意一种或多种组合。

作为本发明高温电热涂料的一种改进，所述消泡剂为有机硅类消泡剂(聚二甲基硅氧烷)、硅类消泡剂、聚醚改性硅、聚醚类消泡剂、高碳醇消泡剂中的任意一种或多种组合。

作为本发明高温电热涂料的一种改进，所述阻燃剂为ABS/PC阻燃剂、PP/PE阻燃剂、PBT/PET阻燃剂、PVC阻燃剂、无机阻燃剂、有卤阻燃剂、无卤阻燃剂中的任意一种或多种组合。

本发明的另一目的是提供一种制备高温电热涂料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1)在容器A中，依次加入水、分散剂，搅拌均匀后再加入第一电热填料和耐高温填料，分散至体系均匀，得到浆料；

S2)在容器B中，依次加入水、耐高温粘接剂，搅拌均匀后加入功能助剂，分散至体系均匀，得到基料；

S3)第二电热填料经过抗氧化处理后备用；将浆料在搅拌的情况下加入到基料中，分散至体系均匀后加入第二电热填料，再次分散至体系均匀，即得到高温电热涂料；

S4)将高温电热涂料通过喷涂或刷涂等方式，涂覆于目标基材上，常温固化或经过烘烤加速固化，固化后即形成耐高温高功率密度电热涂层，涂层表面光滑、无裂痕，经反复揉搓无掉粉现象，性能稳定。

作为本发明制备高温电热涂料的方法的一种改进，所述目标基材可为塑料薄膜(如 PET、EVA、PVC、PE、PI或PP塑料薄膜)、金属、玻璃、陶瓷等。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1.本发明选用碳系导电材料作为主要的电热填料，具有质轻、安全无毒、不易氧化和价格优廉等优点，另外通过复配不同碳系导电材料，发挥不同结构规格的碳系导电填料在导电方面和导热发热方面的优势，从而制备得具有更高导电性、更佳发热性能和更高性价比的高温电热涂料。

2.本发明通过加入耐高温填料，其与第一电热填料、第二电热填料间形成接触和相互作用，体系内形成了类似网状或链状结构形态，即形成导热网链。耐高温填料的加入能够起到改善高温电热涂料的强度、降低线膨胀系数、提高导电系数和耐高温性等作用。

3.本发明通过加入耐高温粘结剂，加强不同材料之间的粘接性，使高温电热涂料形成均匀稳定的导热导电网络结构，形成涂层后也经得起反复揉搓和折叠；另外，粘接剂本身的耐高温性也保证其在高温工作状态下的稳定，避免涂层出现脆性、脱落等现象。

4.本发明通过碳系导电材料与金属粉搭配及其调节在高温电热涂料的占比，调整涂层电阻，解决了工业生产的碳系导电材料结构缺陷及发热涂层中碳系导电材料接触不紧密等产热的负面作用，提高了功率密度。金属粉通过抗氧化处理，避免了金属粉在高温中的氧化，有利于维持金属粉的材料稳定和高温电热涂料的性能发挥。

5.本发明以水作为溶剂，更加绿色环保和安全稳定，避免了有机溶剂对环境的污染，以及有机溶剂易燃易爆存在的潜在安全隐患。另外本发明通过不同功能助剂的添加，可使该高温电热涂料更稳定和适合多种目标基材和应用场合，进一步促进该高温电热涂料的市场化应用。

具体实施方式

下面就根据具体实施例对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不局限于此。

实施例一：

一种制备高温电热涂料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1)在容器A中，依次加入水、分散剂十二烷基苯磺酸钠3％，搅拌均匀后再加入第一电热填料30％(碳纳米管25％+导电炭黑5％)和耐高温填料碳化硅3％，分散至体系均匀，得到浆料；

S2)在容器B中，依次加入水、耐高温粘接剂水玻璃20％，搅拌均匀后加入功能助剂润湿剂二辛基磺化琥珀酸钠1％、消泡剂聚醚改性硅1％，分散至体系均匀，得到基料；

S3)第二电热填料银粉经过抗氧化处理后备用；将浆料在搅拌的情况下加入到基料中，分散至体系均匀后加入第二电热填料银粉2％，再次分散至体系均匀，即得到高温电热涂料；

S4)将高温电热涂料通过刷涂方式，涂覆于目标基材PET塑料薄膜上，经过烘烤加速固化后，即形成耐高温高功率密度电热涂层。

实施例二：

S1)在容器A中，依次加入水、分散剂聚乙二醇2％，搅拌均匀后再加入第一电热填料石墨烯35％和耐高温填料云母粉5％，分散至体系均匀，得到浆料；

S2)在容器B中，依次加入水、耐高温粘接剂硅酸盐5％，搅拌均匀后加入功能助剂消泡剂聚二甲基硅氧烷1％、ABS/PC阻燃剂2％，分散至体系均匀，得到基料；

S3)第二电热填料铝粉经过抗氧化处理后备用；将浆料在搅拌的情况下加入到基料中，分散至体系均匀后加入第二电热填料铝粉1％，再次分散至体系均匀，即得到高温电热涂料；

S4)将高温电热涂料通过刷涂方式，涂覆于目标基材EVA塑料薄膜上，经过烘烤加速固化后，即形成耐高温高功率密度电热涂层。

实施例三：

S1)在容器A中，依次加入水、分散剂聚乙烯吡咯烷酮5％，搅拌均匀后再加入第一电热填料25％(碳纤维22％+天然石墨3％)和耐高温填料石英粉8％，分散至体系均匀，得到浆料；

S2)在容器B中，依次加入水、耐高温粘接剂磷酸盐25％，搅拌均匀后加入功能助剂润湿剂炔二醇乙氧基化合物1％、硅类消泡剂1％、PBT/PET阻燃剂1％，分散至系均匀，得到基料；

S3)第二电热填料铜粉经过抗氧化处理后备用；将浆料在搅拌的情况下加入到基料中，分散至体系均匀后加入第二电热填料铜粉5％，再次分散至体系均匀，即得到高温电热涂料；

S4)将高温电热涂料通过喷涂方式，涂覆于目标基材PVC塑料薄膜)上，经过烘烤加速固化后，即形成耐高温高功率密度电热涂层。

实施例四：

S1)在容器A中，依次加入水、分散剂木质素磺酸盐4％，搅拌均匀后再加入第一电热填料人造石墨35％和耐高温填料高岭土4％，分散至体系均匀，得到浆料；

S2)在容器B中，依次加入水、耐高温粘接剂聚酰亚胺35％，搅拌均匀后加入功能助剂润湿剂聚醚改性硅氧烷共聚物1％、聚醚类消泡剂1％、无卤阻燃剂1％，分散至体系均匀，得到基料；

S3)第二电热填料镍粉经过抗氧化处理后备用；将浆料在搅拌的情况下加入到基料中，分散至体系均匀后加入第二电热填料镍粉3％，再次分散至体系均匀，即得到高温电热涂料；

S4)将高温电热涂料通过喷涂方式，涂覆于目标基材PE塑料薄膜上，经过烘烤加速固化后，即形成耐高温高功率密度电热涂层。

实施例五：

S1)在容器A中，依次加入水、分散剂聚丙烯酸钠7％，搅拌均匀后再加入第一电热填料28％(天然石墨8％+石墨烯20％)和耐高温填料硅灰石2％，分散至体系均匀，得到浆料；

S2)在容器B中，依次加入水、耐高温粘接剂苯丙乳液33％，搅拌均匀后加入功能助剂润湿剂聚醚改性硅氧烷共聚物0.5％、高碳醇消泡剂1.5％、无卤阻燃剂2％，分散至体系均匀，得到基料；

S3)第二电热填料铁粉经过抗氧化处理后备用；将浆料在搅拌的情况下加入到基料中，分散至体系均匀后加入第二电热填料铁粉2％，再次分散至体系均匀，即得到高温电热涂料；

S4)将高温电热涂料通过刷涂方式，涂覆于目标基材陶瓷上，常温固化后，即形成耐高温高功率密度电热涂层。

实施例1至5制得的高温电热涂料分别编号为S1～S5，测试编号为S1～S5的高温电热涂料相关性能，所得结果见表1。

表1：编号为S1～S5的高温电热涂料性能测试结果

由表1数据可知，本发明制得的高温电热涂料，具有电阻率小、储存稳定性好、升温速率快、热转换效率优异等优点，可在短时间内使发热温度达到200～600℃，高温下保持各组分材料稳定不氧化，并可保证长期使用温度在300℃左右，且发热情况分布均匀，长期使用不会发生功率衰退；另外，制备该高温电热涂料的方法工艺简单、无污染，成本低廉，适合大规模的工业化生产，应用前景广阔。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和结构的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims

1.一种高温电热涂料，其特征在于，包括按质量百分比计的如下组分：第一电热填料5-50%、第二电热填料0-10%、耐高温粘结剂10-40%、耐高温填料0.1-10%、分散剂1-10%、功能助剂0.1-10%，余量为水。

2.根据权利要求1所述的高温电热涂料，其特征在于，所述第一电热填料为碳系导电材料，包括碳纳米管、石墨烯、碳纤维、人造石墨、天然石墨和导电炭黑中的任意一种或多种组合。

3.根据权利要求1所述的高温电热涂料，其特征在于，所述第二电热填料为抗氧化处理后的金属粉，包括银粉、铝粉、铜粉、镍粉或铁粉中的任意一种或多种组合。

4.根据权利要求1所述的高温电热涂料，其特征在于，所述耐高温粘接剂为水玻璃、硅酸盐、磷酸盐、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、苯丙乳液、玻璃粉、有机硅树脂、环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂的中的任意一种或多种组合。

5.根据权利要求1所述的高温电热涂料，其特征在于，所述耐高温填料为碳化硅、云母粉、石英粉、高岭土、硅灰石、氧化铝中的任意一种或多种组合。

6.根据权利要求1所述的高温电热涂料，其特征在于，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、木质素磺酸盐、微晶纤维素、亚甲基双甲基萘磺酸钠、聚丙烯酸钠、丙酰胺共聚物中的任意一种或多种组合。

7.根据权利要求1所述的高温电热涂料，其特征在于，所述功能助剂为润湿剂、流平剂、消泡剂、增稠剂、硅烷偶联剂、防沉降剂、阻燃剂、附着力促进剂中的任意一种或多种组合。

8.根据权利要求7所述的高温电热涂料，其特征在于，所述润湿剂为二辛基磺化琥珀酸钠、炔二醇乙氧基化合物、聚醚改性硅氧烷共聚物中的任意一种或多种组合；所述消泡剂为有机硅类消泡剂（聚二甲基硅氧烷）、硅类消泡剂、聚醚改性硅、聚醚类消泡剂、高碳醇消泡剂中的任意一种或多种组合；所述阻燃剂为ABS/PC阻燃剂、PP/PE阻燃剂、PBT/PET阻燃剂、PVC阻燃剂、无机阻燃剂、有卤阻燃剂、无卤阻燃剂中的任意一种或多种组合。

9.本发明的另一目的是提供一种制备高温电热涂料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1）在容器A中，依次加入水、分散剂，搅拌均匀后再加入第一电热填料和耐高温填料，分散至体系均匀，得到浆料；

S2）在容器B中，依次加入水、耐高温粘接剂，搅拌均匀后加入功能助剂，分散至体系均匀，得到基料；

S3）第二电热填料经过抗氧化处理后备用；将浆料在搅拌的情况下加入到基料中，分散至体系均匀后加入第二电热填料，再次分散至体系均匀，即得到高温电热涂料；

S4）将高温电热涂料通过喷涂或刷涂等方式，涂覆于目标基材上，常温固化或经过烘烤加速固化，固化后即形成耐高温高功率密度电热涂层。

10.根据权利要求9所述的一种制备高温电热涂料的方法，其特征在于，所述目标基材为塑料薄膜（PET、EVA、PVC、PE、PI或PP塑料薄膜）、金属、玻璃、陶瓷的任意一种。