水性電熱納米涂料用組合物及水性電熱納米涂料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及導(dǎo)電發(fā)熱涂料領(lǐng)域，具體的，涉及一種水性電熱納米涂料用組合物，一 種水性電熱納米涂料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 電熱涂料是在導(dǎo)電涂料基礎(chǔ)上開發(fā)出的具有優(yōu)異電熱特性的一種新型功能材料， 當(dāng)給這型電阻材料通電時，涂層即可產(chǎn)生焦耳發(fā)熱現(xiàn)象。電熱涂料作為一種新型功能涂料 具有廣泛的應(yīng)用前景。如可用于建筑物的室內(nèi)外加熱取暖，可制成自控溫電熱餐桌、電熱水 器和工業(yè)上的中低溫烘烤電爐等，在電發(fā)熱材料及其電器元器件、電路成型材料和電采暖 等領(lǐng)域都具有重要的實用價值。
[0003] 目前，處于國際領(lǐng)先地位的美國Acme chemicals&Insulating、英國的RDF Shielding LT(RFS)、日本的昭和電工等涂料公司研制成功的電熱涂料，其缺點是涂層發(fā)熱 溫度不高，易脫落，導(dǎo)電填料易氧化和涂層結(jié)構(gòu)常出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致涂層在使用過程中存在質(zhì) 量惡化等問題。國內(nèi)電熱涂料主要是采用貴重金屬填料和合成樹脂以及各種助劑經(jīng)機械混 合制成的，因原材料成本昂貴和自身性質(zhì)不佳等一系列問題，使得其在實際使用方面受到 制約；此外，處于國內(nèi)領(lǐng)先地位的天津市某硅酸鹽研究所研制成的無機電熱涂料，因其較差 的附著力、復(fù)雜的成膜工藝和高的固化操作溫度也使其難以廣泛推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了克服上述缺陷，提供了一種附著力好、發(fā)熱溫度高且穩(wěn)定、耐 熱性好、不易老化的水性電熱納米涂料其制備方法和應(yīng)用。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種水性電熱納米涂料用組合物，其 中，所述涂料用組合物包括水性樹脂和含有導(dǎo)電納米微粒的水分散液；所述含有導(dǎo)電納米 微粒的水分散液為含有羧基化改性的碳納米管的水分散液或含有石墨烯的水分散液，或者 所述含有導(dǎo)電納米微粒的水分散液包括含有羧基化改性的碳納米管的水分散液和含有石 墨烯的水分散液。
[0006] 優(yōu)選地，所述含有導(dǎo)電納米微粒的水分散液包括含有羧基化改性的碳納米管的水 分散液和含有石墨烯的水分散液。
[0007] 優(yōu)選地，所述涂料用組合物還包括含有導(dǎo)電輔料和/或填料的水分散液。更優(yōu)選 地，所述涂料用組合物還包括至少一種助劑，所述助劑選自分散劑、潤濕劑、消泡劑、成膜助 劑和流變助劑中的一種或多種。
[0008] 優(yōu)選地，所述羧基化改性的碳納米管為羧基化改性的多壁碳納米管。
[0009] 優(yōu)選地，所述石墨烯的水分散液為通過如下的方法制備得到石墨烯的水分散液： (1) 將氧化石墨在真空度為-〇. IMPa至OMPa，溫度為180-220°C的條件下處理40-55小時； (2) 將步驟（1)中得到的物料與水混合，并在80-120°C的條件下回流40-60小時，然后將得 到的回流物料固液分離，得到水溶性石墨烯；（3)將步驟（2)得到的水溶性石墨烯與表面活 性劑接觸，得到所述石墨烯的水分散液。
[0010] 另一方面，本發(fā)明還提供了一種水性電熱納米涂料，該涂料是將如上所述的涂料 用組合物中的各組分混合而得到的。
[0011] 再一方面，本發(fā)明還提供了一種如上所述的水性電熱納米涂料的制備方法，其中， 該方法包括：將水性樹脂、含有導(dǎo)電納米微粒的水分散液、可選的含有導(dǎo)電輔料和/或填料 的水分散液混合。
[0012] 優(yōu)選地，該方法包括：
[0013] (1)將第一部分分散劑、潤濕劑和第一部分消泡劑在水中混合，得到混合物1 ;
[0014] (2)將填料和/或?qū)щ娸o料與所述混合物1混合，得到含有導(dǎo)電輔料和/或填料的 水分散液；
[0015] (3)將水性樹脂、第二部分分散劑、第二部分消泡劑、成膜助劑、流變助劑和含有導(dǎo) 電納米微粒的水分散液與所述含有導(dǎo)電輔料和/或填料的水分散液混合，得到所述水性電 熱納米涂料。
[0016] 又一方面，本發(fā)明還提供了如上所述的水性電熱納米涂料用組合物以及由如上所 述的水性電熱納米涂料在制備電熱材料中的應(yīng)用。
[0017] 本發(fā)明的水性導(dǎo)電導(dǎo)熱納米涂料采用水性樹脂作為粘結(jié)劑，水為溶劑，解決了現(xiàn) 有技術(shù)中采用油性有機樹脂作為粘結(jié)劑，有機溶劑作為溶劑對環(huán)境不利的缺陷；同時采用 納米導(dǎo)電微粒漿液，進(jìn)一步增加了碳納米管與石墨烯和其他組分的相容性，附著力更好、電 阻率更低、發(fā)熱更快、發(fā)熱量更大且穩(wěn)定、不易老化，且耐熱性好。
[0018] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0019] 附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具 體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0020] 圖1為本發(fā)明的水性電熱納米涂料組合物作為電熱材料的實驗示意圖。
[0021] 圖2為將本發(fā)明的水性電熱納米涂料組合物涂覆在玻氈上作為電熱材料的實驗 示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 以下對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0023] 本文中需要說明的是，在本發(fā)明的水性電熱納米涂料用組合物中，其包括的各組 分，例如，水性樹脂、含有導(dǎo)電納米微粒的水分散液等組分均分開存在。待使用時再按照本 發(fā)明的方法進(jìn)行混合配制成水性電熱納米涂料。
[0024] -方面，本發(fā)明提供了一種水性電熱納米涂料用組合物，其中，所述涂料用組合物 包括水性樹脂和含有導(dǎo)電納米微粒的水分散液；所述含有導(dǎo)電納米微粒的水分散液為含有 羧基化改性的碳納米管的水分散液或含有石墨烯的水分散液，或者所述含有導(dǎo)電納米微粒 的水分散液包括含有羧基化改性的碳納米管的水分散液和含有石墨烯的水分散液。
[0025] 本發(fā)明的發(fā)明人在研究的過程中發(fā)現(xiàn)，通過將所述含有羧基化改性的碳納米管的 水分散液和含有石墨烯的水分散液結(jié)合使用，所得到的涂料的分散性、導(dǎo)電性、穩(wěn)定性、附 著力等能夠得到顯著的提高。因此，根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，所述含有導(dǎo)電納米微 粒的水分散液包括含有羧基化改性的碳納米管的水分散液和含有石墨烯的水分散液。其 中，在所述涂料用組合物中，所述含有羧基化改性的碳納米管的水分散液和含有石墨烯的 水分散液也均分開存在。優(yōu)選的情況下，為了便于配比使用，所述涂料用組合物中的各組分 按照一定的比例存放，例如，以所述導(dǎo)電納米微粒計，所述含有羧基化改性的碳納米管的水 分散液與所述含有石墨烯的水分散液的重量比為1_1〇: 2。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明，所述羧基化改性的碳納米管優(yōu)選為羧基化改性的多壁碳納米管。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明，所述含有羧基化改性的碳納米管的水分散液優(yōu)選含有100重量份的 羧基化改性的碳納米管，5-15重量份的分散穩(wěn)定劑和1500-2500重量份的水。為了進(jìn)一 步增加由所述涂料用組合物制備的涂料的分散性和發(fā)熱效率，所述分散穩(wěn)定劑優(yōu)選十六烷 基三甲基溴化銨、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、聚乙二醇對異辛基苯基醚（曲拉通 X-100)和聚甲基丙烯酸中的一種或多種。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明，所述羧基化改性的碳納米管的來源沒有特別的限制，可以通過商購 獲得，也可以按照公知的方法制備獲得，例如，可以將碳納米管超聲處理后，分散在混酸溶 液(濃硫酸和濃硝酸的混合比例在1:1-4:1)中，90-KKTC水浴加熱4-8h進(jìn)行羧基化改性， 以接枝親水溶性基團(tuán)，然后通過超聲、離心并干燥獲得羧基化改性的碳納米管。所述超聲離 心的條件可以為常規(guī)的各種條件，在此不再贅述。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明，所述含有羧基化改性的碳納米管的水分散液的制備方法也沒有特 別的限制，可以將如上的各組分按照上述比例混合均勻后獲得。但為了使所述涂料的性 能進(jìn)一步提高，優(yōu)選的情況下，所述制備方法還包括將如上各組分混合得到的混合物在 20-30°C、40-60kHz 的條件下超聲 20-40min。
[0030] 優(yōu)選的情況下，所述含有石墨烯的水分散液含有：100重量份水溶性石墨烯， 10-30重量份表面活性劑和1500-2200重量份的水。
[0031] 本發(fā)明對所述含有石墨烯的水分散液的制備方法也沒有特別的限制，例如，可以 按照如上的比例，將商購獲得的水溶性石墨烯、水與表面活性劑混合后得到。但為了進(jìn)一步 提高所得涂料的電熱性能以及附著穩(wěn)定性，優(yōu)選的，所述含有石墨烯的水分散液為通過如 下的方法制備得到含有石墨烯的水分散液：
[0032] (1)將氧化石墨在真空度為-0· IMPa