CN115449298A - 一种高焓相变复合涂层材料、其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高焓相变复合涂层材料，包括以下重量份数的组分：3～10份二氧化硅类填料，5～20份硅基树脂，15～40份水合硫酸盐，20～30份硬脂酸类，20～35份正构烷烃，30～50份混合助剂。本发明中的高焓疏水相变复合涂层材料，具有防水、自清洁、抗热冲击性能优异且使用寿命长的特点。本发明还提供了一种高焓相变复合涂层材料的制备方法和应用。
Description
技术领域
本发明属于热防护涂层材料技术领域，尤其涉及一种高焓相变符合涂层材料、其制备方法及应用。
背景技术
在自动驾驶技术商业化落地前，诸多交通事故多是人为导致，通常借助行车记录仪记录的路况视频信息、GPS数据等，就能大致还原出车辆事故现场情况。现今随着自动驾驶技术的快速发展，汽车电子功能越来越多，操作越来越复杂，交通事故的发生有可能是人为，也有可能跟车辆系统设置关联，尤其是软件系统。因此，出于对事故清晰责任认定的需求，需要EDR这样的设备对车辆发生事故时的行车数据进行详细记录，尤其当前自动驾驶安全受到高度关注的大背景下，EDR的重要性日益凸显。
根据国家标准《GB7258-2017机动车运行安全技术条件》的最新版本规定，2022年国内所有新生产的乘用车都将强制要求配备EDR(汽车事件数据记录系统，俗称“黑匣子”)。而黑匣子的关键技术之一的热防护材料研发是至关重要的，在极端(高低温)工况下保证芯片正常的数据流交互存储，亟需一种热防护涂层材料，以期达到数据记录系统芯片外部的热冲击防护要求。
如何开发这种能够满足数据记录系统芯片外部的热冲击防护要求的涂层材料，如何将潜热相变材料与高比热显热材料进行复合，达到高效吸能抗冻目标，是目前亟待攻克的技术瓶颈与难题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高焓相变复合涂层材料、其制备方法及应用，本发明中的高焓疏水相变复合涂层材料，具有防水、自清洁、抗热冲击性能优异且使用寿命长的特点。
本发明提供一种高焓相变复合涂层材料，包括以下重量份数的组分：
3～10份二氧化硅类填料，5～20份硅基树脂，15～40份水合硫酸盐，20～30 份硬脂酸类，20～35份正构烷烃，30～50份混合助剂。
优选的，所述二氧化硅类填料为纳米二氧化硅粉体、疏水改性二氧化硅气凝胶粉体和白炭黑中的一种或几种；
所述二氧化硅类填料的粒径小于50μm，热导率小于0.03w/mk。
优选的，所述硅基树脂为氟硅树脂、甲基MQ硅树脂、甲基苯基二氯硅烷和聚二甲基硅氧烷中的一种或几种。
优选的，所述水合硫酸盐为十二水合硫酸铵、十水合硫酸钠、五水合硫代硫酸钠中的一种或几种。
优选的，所述硬脂酸类为月桂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸和十八烷酸的一种或几种。
优选的，所述正构烷烃为液态石蜡、切片石蜡、正十七烷、正十八烷和正二十烷中的一种或几种。
优选的，所述混合助剂包括分散剂、表面活性剂、成膜助剂、胶黏剂和增稠剂中的一种或几种。
优选的，所述分散剂的重量份数为6～15份，为聚乙二醇衍生物、1-丁氧基 -2-丙醇、磷酸酯盐型高分子聚合物和蒸馏水的一种或几种；
所述表面活性剂的重量份数为8～20份，所述分散剂为为聚乙烯吡咯烷酮、甲基丙烯酰胺、聚乙烯基苯磺酸钠和吐温60的一种或几种；
所述成膜助剂的重量份数为3～6份，所述成膜助剂为丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯和二丙二醇单丁醚DPnB的一种或几种；
所述胶黏剂的重量份数为5～15份，所述胶黏剂为聚苯乙烯、聚丙烯酸酯和聚氨基甲酸酯的一种或几种；
所述增稠剂的重量份数为5～20份，所述增稠剂为羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或几种。
本发明提供如上文所述的高焓相变复合涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
将硅基树脂、水合硫酸盐和硬脂酸类球磨，然后加入二氧化硅填料和正构烷烃，分散均匀后置于真空干燥箱中，在80～150℃下浸渍处理2～10小时，随后加入混合助剂，搅拌均匀，得到高焓相变复合涂层材料。
本发明提供如上文所述的高焓相变复合涂层材料作为热防护材料的应用。
本发明提供一种高焓相变复合涂层材料，包括以下重量份数的组分：3～10 份二氧化硅类填料，5～20份硅基树脂，15～40份水合硫酸盐，20～30份硬脂酸类，20～35份正构烷烃，30～50份混合助剂。
本发明制备的高焓疏水相变复合涂层材料，相较于现有技术与涂层产品具有以下有益效果：
1)通过将二氧化硅基材料作为增强相和隔热功能填料，延缓热传递过程，增强涂层吸热能力与力学强度；
2)使用分散剂、表面活性剂、成膜助剂、胶黏剂和增稠剂，大幅度提高了涂层材料的稳定性，使其储存稳定性更好、施工便利性更佳，能够更好满足使用要求；
3)提供了一种简单温和的条件下高焓相变复合涂层材料的制备方法，无需高温高压强酸强碱的苛刻环境即可制得，有益于规模化生产应用；
4)本发明方法制备的高焓疏水相变复合涂层材料，有防水、自清洁、抗热冲击性能优异且使用寿命长的特点，满足新能源乘用车上EDR(汽车事件数据记录系统，俗称“黑匣子”)热防护要求。
具体实施方式
本发明提供了一种高焓相变复合涂层材料，包括以下重量份数的组分：
3～10份二氧化硅类填料，5～20份硅基树脂，15～40份水合硫酸盐，20～30 份硬脂酸类，20～35份正构烷烃，30～50份混合助剂。
在本发明中，所述二氧化硅类填料作为增强相和隔热功能填料，延缓热传递过程，增强涂层吸热能力与力学强度，所述二氧化硅类填料优选为纳米二氧化硅粉体、疏水改性二氧化硅气凝胶粉体和白炭黑中的一种或几种；所述二氧化硅类填料的粒径小于50μm，热导率小于0.03w/mk；所述二氧化硅类填料的重量份数优选为3～10份，更优选为5～8份，如3份，4份，5份，6 份，7份，8份，9份，10份，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值。
在本发明中，所述硅基树脂最为胶黏剂，所述硅基树脂优选为氟硅树脂、甲基MQ硅树脂、甲基苯基二氯硅烷和聚二甲基硅氧烷中的一种或几种；所述硅基树脂的重量份数优选为5～20份，更优选为10～15份，如5份，6份，7 份，8份，9份，10份，11份，12份，13份，14份，15份，16份，17份， 18份，19份，20份，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值。
在本发明中，所述水合硫酸盐作为抗冻融剂，拓宽涂层适候范围，所述水合硫酸盐为十二水合硫酸铵、十水合硫酸钠、五水合硫代硫酸钠中的一种或几种；所述水合硫酸盐的重量份数优选为15～40份，更优选为20～30份，如15份，16份，17份，18份，19份，20份，21份，22份，23份，24份， 25份，26份，27份，28份，29份，30份，31份，32份，33份，34份，35 份，36份，37份，38份，39份，40份，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值。
在本发明中，所述硬脂酸类优选为月桂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸和十八烷酸的一种或几种；所述硬脂酸类的重量份数优选为20～30份，如20份，21 份，22份，23份，24份，25份，26份，27份，28份，29份，30份，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值。
在本发明中，所述正构烷烃和硬脂酸类为相变吸能材料，所述正构烷烃优选为液态石蜡、切片石蜡、正十七烷、正十八烷和正二十烷中的一种或几种；所述正构烷烃的重量份数优选为20～35份，更优选为25～30份，如20份， 21份，22份，23份，24份，25份，26份，27份，28份，29份，30份，31 份，32份，33份，34份，35份，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值。
在本发明中，所述混合助剂优选包括分散剂、表面活性剂、成膜助剂、胶黏剂和增稠剂中的一种或几种，具体的，在本发明的实施例中，包括分散剂、表面活性剂、成膜助剂、胶黏剂和增稠剂。
在本发明中，所述分散剂的重量份数优选为6～15份，更优选为8～12份，如6份，7份，8份，9份，10份，11份，12份，13份，14份，15份，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值；所述分散剂优选为聚乙二醇衍生物、1-丁氧基-2-丙醇、磷酸酯盐型高分子聚合物和蒸馏水的一种或几种；
所述表面活性剂的重量分数优选为8～20份，更优选为10～15份，如8份， 9份，10份，11份，12份，13份，14份，15份，16份，17份，18份，19 份，20份，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值；所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、甲基丙烯酰胺、聚乙烯基苯磺酸钠和吐温60的一种或几种；
所述成膜助剂的重量份数优选为3～6份，更优选为4～5份，如3份，4 份，5份，6份，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值；所述成膜助剂优选为丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯和二丙二醇单丁醚DPnB的一种或几种；
所述胶黏剂的重量份数优选为5～15份，更优选为8～10份，如5份，6 份，7份，8份，9份，10份，11份，12份，13份，14份，15份，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值；所述胶黏剂优选为聚苯乙烯、聚丙烯酸酯和聚氨基甲酸酯的一种或几种；
所述增稠剂的重量份数优选为5～20份，更优选为10～15份，如5份，6 份，7份，8份，9份，10份，11份，12份，13份，14份，15份，16份， 17份，18份，19份，20份，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值；所述增稠剂优选为羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或几种。
本发明还提供了一种高焓相变复合涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
将硅基树脂、水合硫酸盐和硬脂酸类球磨，然后加入二氧化硅填料和正构烷烃，分散均匀后置于真空干燥箱中，在80～150℃下浸渍处理2～10小时，随后加入混合助剂，搅拌均匀，得到高焓相变复合涂层材料。
在本发明中，所使用的硅基树脂等原料与上文所述的硅基树脂等原料的种类和用量一致，本发明在此不再赘述。
本发明首先将硅基树脂、水合硫酸盐和硬脂酸类置于行星球磨机中球磨，所述球磨的转速优选为50～200r/min，更优选为100～150r/min，如50r/min， 60r/min，70r/min，80r/min，90r/min，100r/min，110r/min，120r/min，130 r/min，140r/min，150r/min，160r/min，170r/min，180r/min，190r/min，200 r/min，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值；所述球磨的时间优选为0.5～3小时，更优选为1～2小时，如0.5小时，1小时，1.5小时，2小时， 2.5小时，3小时，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值。
球磨结束后，缓慢加入二氧化硅填料和正构烷烃，分散均匀，然后将其置于真空干燥箱中，进行浸渍处理，使相变吸能材料、抗冻融剂及胶黏剂在加热熔化后，真空下浸渍吸附于二氧化硅类填料孔隙内。
在本发明中，所述浸渍处理的温度优选为80～150℃，更优选为90～120℃，如80℃，90℃，100℃，110℃，120℃，130℃，140℃，150℃，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值；所述浸渍处理的时间优选为2～10小时，更优选为5～8小时。
本发明还提供了上文所述的高焓相变复合涂层材料作为热防护材料再数据记录装置中的应用。
本发明提供一种高焓相变复合涂层材料，包括以下重量份数的组分：3～10 份二氧化硅类填料，5～20份硅基树脂，15～40份水合硫酸盐，20～30份硬脂酸类，20～35份正构烷烃，30～50份混合助剂。
本发明制备的高焓疏水相变复合涂层材料，相较于现有技术与涂层产品具有以下有益效果：
1)通过将二氧化硅基材料作为增强相和隔热功能填料，延缓热传递过程，增强涂层吸热能力与力学强度；
2)使用分散剂、表面活性剂、成膜助剂、胶黏剂和增稠剂，大幅度提高了涂层材料的稳定性，使其储存稳定性更好、施工便利性更佳，能够更好满足使用要求；
3)提供了一种简单温和的条件下高焓相变复合涂层材料的制备方法，无需高温高压强酸强碱的苛刻环境即可制得，有益于规模化生产应用；
4)本发明方法制备的高焓疏水相变复合涂层材料，有防水、自清洁、抗热冲击性能优异且使用寿命长的特点，满足新能源乘用车上EDR(汽车事件数据记录系统，俗称“黑匣子”)热防护要求。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种高焓相变复合涂层材料、其制备方法及应用进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将50g聚二甲基硅氧烷、150g十二水合硫酸铵、100g硬脂酸、100g棕榈酸混合，置于行星球磨机中球磨，转速在100r/min，球磨时间在1.5h，然后缓慢加入30g疏水改性且粒径为50μm的二氧化硅气凝胶粉末填料(安徽科昂纳米科技有限公司，二氧化硅气凝胶粉，牌号KNF-W05)，和120g液态石蜡、80g正十八烷，分散均匀后置于真空干燥箱中，于85℃下浸渍处理8h，随后依次滴加混合助剂，其中分散剂磷酸酯盐型高分子聚合物30g、1-丁氧基 -2-丙醇20g，表面活性剂聚乙烯基苯磺酸钠60g，成膜助剂二丙二醇单丁醚 DPnB 50g，胶黏剂聚丙烯酸酯20g和聚氨基甲酸酯30g，和增稠剂羧甲基纤维素10g、聚乙烯醇30g，并充分搅拌，静置24h即得到所述相变复合涂层材料。
所得相变涂层材料经测试，潜热为162J/g，相变温度82.5℃，导热系数 0.39W/(m*k)，涂层置于50℃恒温干燥环境下50天稳定性良好无明显开裂、掉粉、皱缩和结皮；涂附在10cm*5cm*3cm钛合金金属盒外壁，于高低温实验箱进行热冲击测试1)260℃环境中100min，自然冷却后内部最高温度为 90.6℃；2)1100℃环境中5min，自然冷却后内部最高温度为88.5；3)-20℃环境中1h，涂层无脱落、开裂、掉粉和皱缩。
实施例2
将60g聚二甲基硅氧烷、180g十二水合硫酸铵、250g棕榈酸混合，置于行星球磨机中球磨，转速在200r/min，球磨时间在2h，然后缓慢加入60g疏水改性且粒径为20μm的二氧化硅气凝胶粉末填料(安徽科昂纳米科技有限公司，二氧化硅气凝胶粉，牌号KNF-W05)，和200g正十七烷，分散均匀后分散均匀后置于真空干燥箱中，于100℃下浸渍处理4h，依次滴加混合助剂，其中分散剂聚乙二醇衍生物50g、蒸馏水10g，表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮60g，成膜助剂二丙二醇单丁醚DPnB 80g，胶黏剂聚氨基甲酸酯50g，和增稠剂羧甲基纤维素20g、聚乙烯醇50g，并充分搅拌，静置24h即得到所述相变复合涂层材料。
所得相变涂层材料经测试，潜热为155J/g，相变温度79.1℃，导热系数 0.51W/(m*k)，涂层置于50℃恒温干燥环境下50天稳定性良好无明显开裂、掉粉、皱缩和结皮；涂附在10cm*5cm*3cm钛合金金属盒外壁，于高低温实验箱进行热冲击测试1)260℃环境中120min，自然冷却后内部最高温度为 96.1℃；2)1100℃环境中10min，自然冷却后内部最高温度为98.5；3)-20℃环境中1h，涂层无脱落、开裂、掉粉和皱缩。
对比例1
在球磨后缓慢加入30g未改性且粒径为50μm的白炭黑填料(气相二氧化硅，安徽科昂纳米科技有限公司，牌号：KNS-20H)，其他与实施例1保持一致。
对比例2
加入50g十二水合硫酸铵、100g石蜡混合，其他与实施例2保持一致。
表1本申请实施例和对比例的涂层性能数据
从上表可以看出，1)本发明制备的高焓疏水相变复合涂层材料，将二氧化硅基材料作为隔热功能填料，其多纳米孔道结构对抑制热对流、热传导的过程效果明显；2)水合硫酸盐作为抗冻融剂的添加，降低体系的凝固相转变点，提升涂层低温下的耐候表现，拓宽涂层适候范围。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高焓相变复合涂层材料，包括以下重量份数的组分：
3～10份二氧化硅类填料，5～20份硅基树脂，15～40份水合硫酸盐，20～30份硬脂酸类，20～35份正构烷烃，30～50份混合助剂。
2.根据权利要求1所述的高焓相变复合涂层材料，其特征在于，所述二氧化硅类填料为纳米二氧化硅粉体、疏水改性二氧化硅气凝胶粉体和白炭黑中的一种或几种；
所述二氧化硅类填料的粒径小于50μm，热导率小于0.03w/mk。
3.根据权利要求1所述的高焓相变复合涂层材料，其特征在于，所述硅基树脂为氟硅树脂、甲基MQ硅树脂、甲基苯基二氯硅烷和聚二甲基硅氧烷中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的高焓相变复合涂层材料，其特征在于，所述水合硫酸盐为十二水合硫酸铵、十水合硫酸钠、五水合硫代硫酸钠中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的高焓相变复合涂层材料，其特征在于，所述硬脂酸类为月桂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸和十八烷酸的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的高焓相变复合涂层材料，其特征在于，所述正构烷烃为液态石蜡、切片石蜡、正十七烷、正十八烷和正二十烷中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的高焓相变复合涂层材料，其特征在于，所述混合助剂包括分散剂、表面活性剂、成膜助剂、胶黏剂和增稠剂中的一种或几种。
8.根据权利要求7所述的高焓相变复合涂层材料，其特征在于，所述分散剂的重量份数为6～15份，为聚乙二醇衍生物、1-丁氧基-2-丙醇、磷酸酯盐型高分子聚合物和蒸馏水的一种或几种；
所述表面活性剂的重量份数为8～20份，所述分散剂为为聚乙烯吡咯烷酮、甲基丙烯酰胺、聚乙烯基苯磺酸钠和吐温60的一种或几种；
所述成膜助剂的重量份数为3～6份，所述成膜助剂为丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯和二丙二醇单丁醚DPnB的一种或几种；
所述胶黏剂的重量份数为5～15份，所述胶黏剂为聚苯乙烯、聚丙烯酸酯和聚氨基甲酸酯的一种或几种；
所述增稠剂的重量份数为5～20份，所述增稠剂为羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或几种。
9.如权利要求1所述的高焓相变复合涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
将硅基树脂、水合硫酸盐和硬脂酸类球磨，然后加入二氧化硅填料和正构烷烃，分散均匀后置于真空干燥箱中，在80～150℃下浸渍处理2～10小时，随后加入混合助剂，搅拌均匀，得到高焓相变复合涂层材料。
10.如权利要求1所述的高焓相变复合涂层材料作为热防护材料的应用。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20221209 |