CN114316718A - 一种耐候性强红外辐射散热工业涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种耐候性强红外辐射散热工业涂料，包括水性有机硅改性丙烯酸树脂40～60份、红外辐射粉体10～25份、改性石墨烯纳米片5～10份、消泡剂0.5～2份、分散剂0.5～1.5份、防沉剂0.5～1.5份、润湿剂0.2～0.6份、成膜剂1～4份、流平剂0.5～1份；红外辐射粉体包括基体和包覆于所述基体表面的稀土金属氧化物和金属氧化物，改性石墨烯纳米片的层数不超过3层。本发明提供的涂料具有优异的红外辐射散热功能和良好的耐候性。

Description

一种耐候性强红外辐射散热工业涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，具体地，涉及一种耐候性强红外辐射散热工业涂料及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展，电子元器件集成程度越来越高，其内部空间狭小，其散热成为了需要解决的技术问题。目前多通过在电子器件上加装风扇、散热片等散热设备，但这不利于电子器件的小型化，轻质化的发展趋势。除此之外，像在传统的冶金、化工等行业，锅炉、反应炉体的散热效率也决定了生产设备的安全可靠运行的重要决定因素。除了通过传统的对流和传导的散热方式之外，加强设施自身通过红外辐射的途径散热，也是提高散热效率的重要方法之一。在设施表面涂覆一层薄的涂料，从而增强红外辐射散热效率是目前研究的方向之一，而目前的红外辐射涂料多具有散热效率低、耐候性差的缺点，需要进一步研究以提高涂料的耐候性、红外辐射散热效率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种耐候性强红外辐射散热工业涂料及其制备方法。通过加入采用有机硅改性丙烯酸树脂加入红外辐射粉体、改性石墨烯纳米片，使本发明提供的涂料具有优异的红外辐射散热功能和良好的耐候性。

根据本发明的第一个方面，提供一种耐候性强红外辐射散热工业涂料：包括水性有机硅改性丙烯酸树脂40～60份、红外辐射粉体10～25份、改性石墨烯纳米片5～10份、消泡剂0.5～2份、分散剂0.5～1.5份、防沉剂0.5～1.5份、润湿剂0.2～0.6份、成膜剂1～4份、流平剂0.5～1份；

其中，红外辐射粉体包括基体和包覆于基体表面的稀土金属氧化物和金属氧化物，改性石墨烯纳米片的层数不超过3层。

优选地，基体为碳化硅、氮化硅中的其中一种。

优选地，有机硅改性丙烯酸树脂为有机硅改性丙烯酸丁酯、有机硅改性丙烯酸甲酯、有机硅改性甲基丙烯酸-4-羟丁酯、有机硅改性丙烯酸中的至少一种。

优选地，稀土氧化物为氧化铈和氧化钇。

优选地，金属氧化物选自二氧化锰、三氧化二铁、氧化铬中的至少一种。

优选地，金属氧化物和稀土金属氧化物的摩尔比为1:0.02～0.08。

金属氧化物和稀土金属氧化物的含量比能够影响其其辐射红外光的效率。

优选地，上述耐候性强红外辐射散热工业涂料中，红外辐射粉体通过以下方式制备：

S1：将基体分散于稀土金属氧化物和金属氧化物的硝酸溶液中，加入三乙胺溶液调节体系pH值为8.5～9，得到反应液；

S2：将反应液进行干燥，后在高温下煅烧，以乙醇为溶剂球磨，过筛可得红外辐射粉体。

优选地，红外辐射粉体的粒径为10～100μm。

优选地，上述耐候性强红外辐射散热工业涂料，改性石墨烯纳米片经过以下方式处理得到：

S1：将石墨烯纳米片放置在反应器皿中，在真空度小于5Pa的条件下，通入氧气至气压为30Pa，在5～20MHz的频率下进行辉光等离子体放电，放电功率为20～100w、时间为1～10min，得活化石墨烯纳米片；

S2：将活化石墨烯纳米片与去离子水混合均匀，加入硅烷偶联剂的无水乙醇溶液，超声0.5～1h，搅拌10～20min；

S3：用盐酸调节pH为4～5，50℃～60℃反应0.5～1h，升温至70～80℃反应1～2h，冷却至室温，洗涤，得改性石墨烯纳米片。

根据本发明的另一个方面，提供一种耐候性强红外辐射散热工业涂料制备方法，具体包括以下步骤：

S1：将有机硅改性丙烯酸树脂、消泡剂、分散剂、防沉剂、润湿剂、成膜剂、流平剂在500～1000r/min转速下搅拌10～30min混合均匀，得第一料液；

S2：以转速500～1000r/min边搅拌第一料液，边加入红外辐射粉体、改性石墨烯纳米片，得耐候性强红外辐射散热工业涂料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种耐候性强的红外辐射散热工业涂料，其中的红外辐射粉体以具有高导热和高辐射性能的碳化硅、氮化硅作为基体，并在其上包覆有一层稀土金属氧化物和金属氧化物的复合包覆层，该保护层的红外辐射波长范围变广，与基体材料协同配合作用，极大地提高了红外辐射粉体的红外光辐射效率。并且稀土金属氧化物和金属氧化物的配比能够进一步地使红外辐射效率增强。并进一步地，改性石墨烯纳米片实现在二维方向导热、球形的红外辐射粉体在轴向导热，使本发明制得的涂层整体导热效率增强，并且进一步增强了红外辐射效率。采用层数小于3层的改性石墨烯纳米片和球形的红外辐粉体配合使用，使填料成分填充率更高，填充更紧密，减少了红外光波在涂层里的散射导致的热量积累。采用有机硅改性丙烯酸树脂作为主体树脂，能够增强涂层的耐候性，其中的红外辐射粉体与其中的石墨烯纳米片形成致密的填充层也进一步增强了涂层耐候性。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将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的实施例，而不是全部的实施例。

本发明实施方式中的消泡剂选用德国毕克公司生产的BYK-052、防沉剂可以选用BYK-410、润湿剂选用BYK-333、分散剂选用BYK-163、流平剂选用BYK-354、成膜剂选用海明斯德谦公司生产的Hypomer FS-3270。

本发明实施例中所采用的改性石墨烯纳米片通过以下方式制备得到：

S1：将石墨烯纳米片放置在反应器皿中，在真空度小于5Pa的条件下，通入氧气至气压为30Pa，在20MHz的频率下进行辉光等离子体放电，放电功率为100w、时间为10min，得活化石墨烯纳米片；

S2：将活化石墨烯纳米片与去离子水混合均匀，加入硅烷偶联剂KH-550的无水乙醇溶液，超声1h，搅拌20min；

S3：用盐酸调节pH为5，50℃～60℃反应1h，升温至70～80℃反应1.5h，冷却至室温，洗涤，得改性石墨烯纳米片。

实施例1

本实施例提供一种耐候性强的红外辐射散热工业涂料，按重量份数计算，由以下组分组成：水性有机硅改性丙烯酸树脂40份、红外辐射粉体10份、改性石墨烯纳米片5份、消泡剂1份、分散剂1份、防沉剂1份、润湿剂0.5份、成膜剂3份、流平剂0.5份；

其中水性有机硅改性丙烯酸树脂为20份有机硅改性丙烯酸丁酯、20份有机硅改性甲基丙烯酸-4-羟丁酯；红外辐射粉体(10μm)由碳化硅和包覆于碳化硅表面的为氧化铈、氧化钇、二氧化锰、二氧化三铁，其摩尔比为0.01:0.01:0.5:0.5。

上述红外辐射粉体通过以下方式制备得到：

S1：将碳化硅分散于氧化铈、氧化钇、二氧化锰、二氧化三铁的硝酸溶液中，加入三乙胺溶液调节体系pH值为9，得到反应液；

S2：将反应液进行干燥，后在高温下煅烧，以乙醇为溶剂球磨，过筛可得红外辐射粉体。

本实施例提供的耐候性强的红外辐射散热工业涂料通过以下方式制备得到：

S1：将有机硅改性丙烯酸树脂、消泡剂、分散剂、防沉剂、润湿剂、成膜剂、流平剂在1000r/min转速下搅拌30min混合均匀，得第一料液；

S2：以转速1000r/min边搅拌第一料液，边加入红外辐射粉体、改性石墨烯纳米片，得耐候性强红外辐射散热工业涂料。

实施例2

本实施例提供一种耐候性强的红外辐射散热工业涂料，按重量份数计算，由以下组分组成：水性有机硅改性丙烯酸树脂60份、红外辐射粉体25份、改性石墨烯纳米片10份、消泡剂1份、分散剂1份、防沉剂1份、润湿剂0.5份、成膜剂3份、流平剂0.5份；

其中水性有机硅改性丙烯酸树脂为20份有机硅改性丙烯酸、20份有机硅改性甲基丙烯酸-4-羟丁酯；红外辐射粉体(100μm)由碳化硅和包覆于碳化硅表面的为氧化铈、氧化钇、二氧化锰、二氧化三铁、氧化铬，其摩尔比为0.02:0.06:0.3:0.3:0.4。

上述红外辐射粉体通过以下方式制备得到：

S1：将碳化硅分散于氧化铈、氧化钇、二氧化锰、二氧化三铁、氧化铬的硝酸溶液中，加入三乙胺溶液调节体系pH值为9，得到反应液；

S2：将反应液进行干燥，后在高温下煅烧，以乙醇为溶剂球磨，过筛可得红外辐射粉体。

本实施例提供的耐候性强的红外辐射散热工业涂料地制备方法和实施例1相同。

实施例3

本实施例提供一种耐候性强的红外辐射散热工业涂料，按重量份数计算，由以下组分组成：水性有机硅改性丙烯酸树脂50份、红外辐射粉体20份、改性石墨烯纳米片8份、消泡剂1份、分散剂1份、防沉剂1份、润湿剂0.5份、成膜剂3份、流平剂0.5份；

其中水性有机硅改性丙烯酸树脂为20份有机硅改性丙烯酸、20份有机硅改性甲基丙烯酸-4-羟丁酯；红外辐射粉体(50μm)由碳化硅和包覆于氮化硅表面的为氧化铈、氧化钇、二氧化锰、氧化铬，其摩尔比为0.02:0.03:0.7:0.3。

上述红外辐射粉体通过以下方式制备得到：

S1：将氮化硅分散于氧化铈、氧化钇、二氧化锰、氧化铬的硝酸溶液中，加入三乙胺溶液调节体系pH值为9，得到反应液；

S2：将反应液进行干燥，后在高温下煅烧，以乙醇为溶剂球磨，过筛可得红外辐射粉体。

本实施例提供的耐候性强的红外辐射散热工业涂料地制备方法和实施例1相同。

对比例1

本对比例与实施例3的区别在于红外辐射粉体(50μm)为氮化硅。涂料中的其余组分和及其制备方法均与实施例3相同。

对比例2

本对比例与实施例3的区别在于红外辐射粉体(50μm)由氮化硅和包覆于氮化硅表面的二氧化锰和氧化铬组成，其摩尔比为7:3。红外辐射粉体的制备方法和涂料中的其余组分及其制备方法均与实施例3相同。

对比例3

本对比例和实施例3的区别在于红外辐射粉体(50μm)由氮化硅和包覆于氮化硅表面的氧化铈、二氧化锰、氧化铬组成，其摩尔比为0.05:0.7:0.3。红外辐射粉体的制备方法和涂料中的其余组分及其制备方法均与实施例3相同。

对比例4

本对比例和实施例3的区别在于用不包含改性石墨烯纳米片，其余各组分基红外辐射体的制备方式与实施例3相同。

本实施例提供的耐候性强的红外辐射散热工业涂料通过以下方式制备得到：

S1：将有机硅改性丙烯酸树脂、消泡剂、分散剂、防沉剂、润湿剂、成膜剂、流平剂在1000r/min转速下搅拌30min混合均匀，得第一料液；

S2：以转速1000r/min边搅拌第一料液，边加入红外辐射粉体，得耐候性强红外辐射散热工业涂料。

对比例5

本对比例与实施例3的区别在于将改性石墨烯纳米片替换为纳米石墨粉，其余各组分与实施例3相同。

本实施例提供的耐候性强的红外辐射散热工业涂料通过以下方式制备得到：

S1：将有机硅改性丙烯酸树脂、消泡剂、分散剂、防沉剂、润湿剂、成膜剂、流平剂在1000r/min转速下搅拌30min混合均匀，得第一料液；

S2：以转速1000r/min边搅拌第一料液，边加入红外辐射粉体、纳米石墨粉，得耐候性强红外辐射散热工业涂料。

对比例6

本对比例与实施例3的区别在于改性石墨烯纳米片的层数为5～10层，红外辐射粉体的制备方法和涂料中的其余组分及其制备方法均与实施例3相同。

对实施例1～3和对比例1～6制备得到的涂料进行红外辐射率热辐射系数、热导率、附着力、耐盐雾测试；其中红外辐射系数参照参照ASTMC1371和ASTM D5470标准进行检测，附着力参照GB/T 9286-98采用百格测试仪进行检测，耐盐雾参照GB1865-2009进行检测。结果如表1所示。

表1涂料的红外辐射率和热导率测试

以上测试结果说明，本发明提供的涂料热辐射系数大、热导率，具有显著的红外辐射效果，进而能起到散热的效果。并且本发明提供的涂料附着力强，耐盐雾性能好，具有较强的耐候性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种耐候性强红外辐射散热工业涂料，其特征在于，包括水性有机硅改性丙烯酸树脂40～60份、红外辐射粉体10～25份、改性石墨烯纳米片5～10份、消泡剂0.5～2份、分散剂0.5～1.5份、防沉剂0.5～1.5份、润湿剂0.2～0.6份、成膜剂1～4份、流平剂0.5～1份；

所述红外辐射粉体包括基体和包覆于所述基体表面的稀土金属氧化物和金属氧化物；所述改性石墨烯纳米片的层数不超过3层。

2.如权利要求1所述的耐候性强红外辐射散热工业涂料，其特征在于，所述基体为碳化硅、氮化硅中的其中一种。

3.如权利要求1所述的耐候性强红外辐射散热工业涂料，其特征在于，所述有机硅改性丙烯酸树脂为有机硅改性丙烯酸丁酯、有机硅改性丙烯酸甲酯、有机硅改性甲基丙烯酸-4-羟丁酯、有机硅改性丙烯酸中的至少一种。

4.如权利要求1所述的耐候性强红外辐射散热工业涂料，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化铈和氧化钇。

5.如权利要求4所述的耐候性强红外辐射散热工业涂料，其特征在于，所述金属氧化物选自二氧化锰、三氧化二铁、氧化铬中的至少一种。

6.如权利要求5所述的耐候性强红外辐射散热工业涂料，其特征在于，所述金属氧化物和稀土氧化物所述的摩尔比为1:0.02～0.08。

7.如权利要求1所述的耐候性强红外辐射散热工业涂料，其特征在于，所述红外辐射粉体通过以下方式制备：

S1：将所述基体分散于所述稀土金属氧化物和所述金属氧化物的硝酸溶液中，加入三乙胺溶液调节体系pH值为8.5～9，得到反应液；

S2：将所述反应液进行干燥，后在高温下煅烧，以乙醇为溶剂球磨，过筛可得所述红外辐射粉体。

8.如权利要求1所述的耐候性强红外辐射散热工业涂料，其特征在于，所述红外辐射粉体的粒径为10～100μm。

9.如权利要求1所述的耐候性强红外辐射散热工业涂料，其特征在于，所述改性石墨烯纳米片经过以下方式处理得到：

S1：将石墨烯纳米片放置在反应器皿中，在真空度小于5Pa的条件下，通入氧气至气压为30Pa，在5～20MHz的频率下进行辉光等离子体放电，放电功率为20～100w、时间为1～10min，得活化石墨烯纳米片；

S2：将所述活化石墨烯纳米片与去离子水混合均匀，加入硅烷偶联剂的无水乙醇溶液，超声0.5～1h，搅拌10～20min；

S3：用盐酸调节pH为4～5，50℃～60℃反应0.5～1h，升温至70～80℃反应1～2h，冷却至室温，洗涤，得所述改性石墨烯纳米片。

10.如权利要求1所述的耐候性强红外辐射散热工业涂料制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1：将所述有机硅改性丙烯酸树脂、所述消泡剂、所述防沉剂、所述分散剂、所述润湿剂、所述成膜剂、所述流平剂在500～1000r/min转速下搅拌10～30min混合均匀，得第一料液；

S2：以转速500～1000r/min边搅拌所述第一料液，边加入所述红外辐射粉体、所述改性石墨烯纳米片，得所述耐候性强红外辐射散热工业涂料。