CN115650635A - 一种利用抛光粉废料制备的高性能稀土纳米涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用抛光粉废料制备的高性能稀土纳米涂料及其制备方法，涂料包括质量比为5：3：2的纳米稀土浆料、有机树脂、流平剂，所述纳米稀土浆料包括质量比为2：1的纳米稀土溶液、助剂，所述纳米稀土溶液包括质量比为1：1的纳米稀土粉体、化学溶液，所述纳米稀土粉体由包括如下重量百分比的原料制得：抛光粉废料2‑20%，碳粉1‑10%，氧化硼粉末2‑20%，余量为水。本发明所述的高性能稀土纳米涂料不仅保证了产品的高散热性能，并且所使用的原材料为抛光粉废料、碳粉和氧化硼粉末，具有更低的成本，更好的散热性能。

Description

一种利用抛光粉废料制备的高性能稀土纳米涂料及其制备 方法

技术领域

本发明属于涂层技术领域，尤其是涉及一种利用抛光粉废料制备的高性能稀土纳米涂料及其制备方法。

背景技术

热的传播形式有三种，分别为热传导、热对流和热辐射。金属材料通常具有很高的热传导性能，但是其热辐射性能很差。以铝或铜为原材料加工而成的散热片往往受制于热辐射性能差而无法进一步提高其空冷散热效率。为了进一步提高其散热效率，只能提高散热面积，如更大尺寸的散热鳍，或者提高热对流换热效率，如加装风扇。然而，目前在一些小型设备上，例如游戏手机和超薄型笔记本电脑，这些设备的芯片对散热效率有着极高的要求，但都受限于体积无法通过加装小型风扇来增强热对流。

为解决上述问题，现有技术之一是通过涂层技术来提高金属表面的热辐射效率，以增强散热性能。现有技术中，具有高发射率的常见材料有石墨、炭黑、氧化铝、氮化硼等。然而这类材料的发射率普遍很低，散热性能较差。除此之外，石墨烯涂料因其优异的散热性能得到了大量应用，例如专利CN113563773A，通过电弧法加热插层不稳定碳酸铵将石墨片层打开，形成手风琴式膨胀石墨形态，为了使石墨烯具有亲水性，兼容散热涂料体系，还带有含氧官能团。但这种技术有两个问题，一方面采用电弧加热分散石墨片层的方式，石墨烯容易团聚，且辐射冷却效率不高。带有含氧官能团，增加了涂料氧化以及发生聚合反应的概率，降低了涂料的使用寿命。另一方面，只有真正的单层石墨烯涂料才具有高热辐射率，而这类涂料制备成本极为昂贵，只能用于手机，超薄型笔记本电脑等高附加值设备上。

然而，在实际应用上中，诸如暖气、高压电路、变压器等大尺寸无法风扇降温设备均需要进一步提高散热效率，因此，需要一种兼具低成本以及高散热性能的涂料产品。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种利用抛光粉废料制备的高性能稀土纳米涂料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明提供了一种利用抛光粉废料制备的高性能稀土纳米涂料，该涂料包括质量比为5：3：2的纳米稀土浆料、有机树脂、流平剂，所述纳米稀土浆料包括质量比为2：1的纳米稀土溶液、助剂，所述纳米稀土溶液包括质量比为1：1的纳米稀土粉体、化学溶液，所述纳米稀土粉体由包括如下重量百分比的原料制得：抛光粉废料2-20%，碳粉1-10%，氧化硼粉末2-20%，余量为水。

优选地，所述化学溶液为1,4-丁内酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙二醇醚、丙二醇甲醚、苯甲醇、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、丙二醇苯醚中的一种或几种的混合。

优选地，所述抛光粉废料中含有如下质量百分比的组分：氧化镧20%-25%、氧化铈40%-50%、氧化镨6%-10%，余量为杂质。

优选地，所述有机树脂为氨基树脂385、聚酰胺651、丙烯酸树脂BR113中的一种或几种的混合。

优选地，所述流平剂为TEGO410。

优选地，所述助剂为AKN2070、KYC920。

优选地，所述纳米稀土粉体的制备方法包括如下步骤：

将抛光粉废料、碳粉、氧化硼粉末和水混合后加入到球磨罐内，同时加入尺寸分别为5mm、2mm、1mm的氧化锆珠进行研磨，三个尺寸的氧化锆珠加入的比例为5：2：3，研磨时间为1h-2h，研磨速率为800-1000转/分，将研磨后的溶液置于烘箱内进行烘干、粉碎后放入带有氢氮混合气的气氛保护下进行高温烧结，温度为500-700℃，时间为1h-2h，最终得到纳米稀土粉体。

第二方面，本发明提供了上述利用抛光粉废料制备的高性能稀土纳米涂料的制备工艺，具体包括如下步骤：

（1）将粉体材料与化学溶液加入球磨机中进行研磨，研磨速率为800-1000转/分，时间为30min-120 min；

（2）将经过球磨之后的溶液加入到砂磨机中，并加入助剂进行研磨，研磨粒径至5-20nm，砂磨机转速为1300-2000转/分，研磨时间为1h-2h，控制砂磨机温度在35-40℃；

（3）将经过砂磨研磨后的浆料与有机树脂、流平剂进行混合，制得高性能稀土纳米涂料。

优选地，所述粉体材料的制备方法包括如下步骤：

将抛光粉废料、碳粉、氧化硼粉末和水混合后加入到球磨罐内，同时加入尺寸分别为5mm、2mm、1mm的氧化锆珠进行研磨，三个尺寸的氧化锆珠加入的比例为5：2：3，研磨时间为1h-2h，研磨速率为800-1000转/分，将研磨后的溶液置于烘箱内进行烘干、粉碎后放入带有氢氮混合气的气氛保护下进行高温烧结，温度为500-700℃，时间为1h-2h，最终得到纳米稀土粉体。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

（1）本发明所述的高性能稀土纳米涂料不仅保证了产品的高散热性能，并且所使用的原材料为抛光粉废料、碳粉和氧化硼粉末，具有更低的成本，更好的散热性能。

（2）本发明所述的高性能稀土纳米涂料的制备工艺操作简单，方便加工，生产效率更高，产品的收率提高，对环境基本是零污染。

（3）本发明高性能稀土纳米涂料的制备工艺中使用球磨-砂磨工艺进行研磨，保证了纳米粒子的均匀分散，制得的涂料具有分散均匀、冷却性能优异等特点，能够应用在需要大规模散热的机器，提高机器的运转时长且不会降低机器的工作效率，满足机器的散热冷却要求。

附图说明

图1为红外成像仪测试过程示意图；

图2为实施例1-4的涂料形成的涂层及空白对照加热过程的温度-时间曲线图；

图3为对比例1-5的涂料形成的涂层加热过程的温度-时间曲线图。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明创造所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

以下对比例和实施例中原料为：

抛光粉废料的组成为：氧化镧22%、氧化铈47%、氧化镨7.2%，余量为杂质。

碳粉和氧化硼粉均为市售。

下面结合实施例来详细说明本发明创造。

实施例1

（1）分别称取抛光粉废料5g，碳粉2.5g，氧化硼粉5g，去离子水87.5 g。

（2）将称量好的原料加入到已经放入氧化锆珠的2L球磨罐内，氧化锆珠的尺寸分别为5mm、2mm、1mm，三个尺寸的比例为5：2：3，以800r/min的研磨速率进行1h的研磨。将球磨完成的溶液置于烘箱内，以100℃的温度进行5h的烘干。将烘干后的粉体材料使用喷雾干燥机进行粉碎，粉碎后的粉体材料加入到带有氢氮混合气保护气氛的回转炉内进行烧结，使用温度为550℃，时间2h。

（3）将回转炉烧结完成的纳米稀土粉体与DEC、PC以5：4：1的比例混合，加入球磨机中进行研磨，研磨速率为1000r/min，时间为30min。将球磨完成后的纳米稀土溶液加入到砂磨机中，并以纳米稀土溶液与助剂质量比为2：1的比例加入助剂AKN2070进行研磨，研磨粒径至15nm，使用1000目的纱布进行过滤。砂磨机转速为1800r/min，研磨时间为2h，利用冷水机控制砂磨机温度在35℃。

（4）将砂磨完成的浆料与有机树脂、流平剂TEGO410按5：3：2的比例进行混合，配制成涂料。其中使用的有机树脂为氨基树脂385、聚酰胺651，两种树脂的比例为1：1。

实施例2：

步骤（1）称取抛光粉废料2g，碳粉4g，氧化硼粉14g，去离子水80g。

其余步骤同实施例1。

实施例3：

步骤（1）称取抛光粉废料16g，碳粉10g，氧化硼粉17g，去离子水57g。

其余步骤同实施例1。

实施例4：

步骤（1）称取抛光粉废料19g，碳粉8g，氧化硼粉20g，去离子水53g。

其余步骤同实施例1。

将实施例1-4制得的涂料均采用涂刷的方式均匀的涂在等距间隔的涂覆基材铝片上，将涂覆基材放入80℃的烘箱内快速烘干10分钟，涂层完成定型后采用200℃恒温的陶瓷加热板，加热30分钟，加热过程使用红外成像仪进行表征，测试过程如图1所示，测试结果如下图2所示。由图1和图2可以看出，未涂刷的样片温度高，涂层样片的温度更低。

对比例1：

步骤（1）称取氧化铈5g，碳粉2.5g，氧化镧5g，去离子水87.5 g。

其余步骤同实施例1。

对比例2：

步骤（1）称取抛光粉废料5g，碳粉2.5g，去离子水92.5 g。

其余步骤同实施例1。

对比例3：

步骤（1）称取抛光粉废料5g，氧化硼粉5g，去离子水90 g。

其余步骤同实施例1。

对比例4：

步骤（2）选用氧化锆珠的尺寸分别为2mm、0.3mm、0.1mm，三个尺寸的比例为5：2：3。

其余步骤同实施例1。

对比例5：

步骤（2）选用的三种氧化锆珠的尺寸分别为5mm、2mm、1mm，三个尺寸的比例为3：6：1。

将对比例1-5制得的涂料均采用涂刷的方式均匀的涂在等距间隔的涂覆基材铝片上，将涂覆基材放入80℃的烘箱内快速烘干10分钟，涂层完成定型后采用200℃恒温的陶瓷加热板，加热30分钟，加热过程使用红外成像仪进行表征，测试过程如图1所示，测试结果如下图3所示。由图3可以看出，对比例的实验结果与实施例的实验结果相差较大。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用抛光粉废料制备的高性能稀土纳米涂料，其特征在于：包括质量比为5：3：2的纳米稀土浆料、有机树脂、流平剂，所述纳米稀土浆料包括质量比为2：1的纳米稀土溶液、助剂，所述纳米稀土溶液包括质量比为1：1的纳米稀土粉体、化学溶液，所述纳米稀土粉体由包括如下重量百分比的原料制得：抛光粉废料2-20%，碳粉1-10%，氧化硼粉末2-20%，余量为水。

2.根据权利要求1所述的利用抛光粉废料制备的高性能稀土纳米涂料，其特征在于：所述化学溶液为1,4-丁内酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙二醇醚、丙二醇甲醚、苯甲醇、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、丙二醇苯醚中的一种或几种的混合。

3.根据权利要求1所述的利用抛光粉废料制备的高性能稀土纳米涂料，其特征在于：所述抛光粉废料中含有如下质量百分比的组分：氧化镧20%-25%、氧化铈40%-50%、氧化镨6%-10%，余量为杂质。

4.根据权利要求1所述的利用抛光粉废料制备的高性能稀土纳米涂料，其特征在于：所述有机树脂为氨基树脂385、聚酰胺651、丙烯酸树脂BR113中的一种或几种的混合。

5.根据权利要求1所述的利用抛光粉废料制备的高性能稀土纳米涂料，其特征在于：所述流平剂为TEGO410。

6.根据权利要求1所述的利用抛光粉废料制备的高性能稀土纳米涂料，其特征在于：所述助剂为AKN2070、KYC920。

7.根据权利要求1所述的利用抛光粉废料制备的高性能稀土纳米涂料，其特征在于：所述纳米稀土粉体的制备方法包括如下步骤：

将抛光粉废料、碳粉、氧化硼粉末和水混合后加入到球磨罐内，同时加入尺寸分别为5mm、2mm、1mm的氧化锆珠进行研磨，三个尺寸的氧化锆珠加入的比例为5：2：3，研磨时间为1h-2h，研磨速率为800-1000转/分，将研磨后的溶液置于烘箱内进行烘干、粉碎后放入带有氢氮混合气的气氛保护下进行高温烧结，温度为500-700℃，时间为1h-2h，最终得到纳米稀土粉体。

8.权利要求1-7任一所述的利用抛光粉废料制备的高性能稀土纳米涂料的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：

（1）将纳米稀土粉体与化学溶液加入球磨机中进行研磨，研磨速率为800-1000转/分，时间为30min-120min；

（2）将经过球磨之后的溶液加入到砂磨机中，并加入助剂进行研磨，研磨粒径至5-20nm，砂磨机转速为1300-2000转/分，研磨时间为1h-2h，控制砂磨机温度在35-40℃；

（3）将经过砂磨研磨后的浆料与有机树脂、流平剂进行混合，制得高性能稀土纳米涂料。

9.根据权利要求8所述的利用抛光粉废料制备的高性能稀土纳米涂料的制备工艺，其特征在于：所述粉体材料的制备方法包括如下步骤：

将抛光粉废料、碳粉、氧化硼粉末和水混合后加入到球磨罐内，同时加入尺寸分别为5mm、2mm、1mm的氧化锆珠进行研磨，三个尺寸的氧化锆珠加入的比例为5：2：3，研磨时间为1h-2h，研磨速率为800-1000转/分，将研磨后的溶液置于烘箱内进行烘干、粉碎后放入带有氢氮混合气的气氛保护下进行高温烧结，温度为500-700℃，时间为1h-2h，最终得到纳米稀土粉体。

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