一種水性聚氨酯功能涂料及其制備方法
【專利說明】 一種水性聚氨酯功能涂料及其制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種水性涂料及其制備方法，特別涉及一種水性聚氨酯功能涂料及其制備方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]碳材料是目前人類認(rèn)知的材料中功能最全、性能最優(yōu)越、形式最多樣的材料，涵蓋從零維、一維到二維結(jié)構(gòu)，每一次納米碳材料的出現(xiàn)都引領(lǐng)了納米科技的快速發(fā)展。其中，碳納米管可看成是一種石墨片卷曲結(jié)構(gòu)，超強(qiáng)的C-C鍵使碳納米管具有超強(qiáng)的力學(xué)性能和熱傳導(dǎo)性能，理論計算和實際測量表明，單壁碳納米管拉伸強(qiáng)度可達(dá)150 GPa，彈性模量lTPa，是鋼鐵的100倍，密度卻只有其1/6，被譽(yù)為終極碳纖維。同時單壁碳納米管室溫導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)6000W/m.K，多壁碳納米管的室溫導(dǎo)熱系數(shù)也達(dá)3000W/m.K，是熱導(dǎo)率最高的材料。同時，碳納米管比表面積大，被譽(yù)為世界上最黑的物質(zhì)，這種物質(zhì)對光線的折射率只有0.045%，吸收率高達(dá)99.5%以上，輻射系數(shù)接近絕對黑體的1.00另外還具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和超高的載流子輸送密度，導(dǎo)電率接近金屬，載流能力超過金屬銅。眾多優(yōu)異綜合性能使碳納米管自發(fā)現(xiàn)以來受到極大關(guān)注，是納米材料和納米技術(shù)的最典型代表，是導(dǎo)電涂料、散熱涂料和結(jié)構(gòu)復(fù)合材料最理想的功能填料，在熱管理、抗靜電、電磁屏蔽及結(jié)構(gòu)件中具有重大商業(yè)價值。
[0005]由于納米碳材料擁有巨大的比表面積，使其難以分散，且在樹脂中難以獲得高體積含量的均勻復(fù)合，限制了涂料成膜后導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率的繼續(xù)提高。高體積含量無機(jī)填料的添加，往往導(dǎo)致涂料成膜性能的急劇下降，如何克服高體積含量無機(jī)填料的添加而又保持良好的成膜性能是涂料行業(yè)長期面臨的困難。尤其是納米碳材料復(fù)合之后導(dǎo)致樹脂基體粘度急劇上升，很難控制涂料成膜性，且納米碳材料普遍在水相體系中具有良好分散性，傳統(tǒng)溶劑型體系幾乎沒法與納米碳材料混合均勻。因此，探索納米碳材料高效分散體系及其涂料配方體系，依然是納米碳功能涂料的重要難點。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種水性聚氨酯功能涂料及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0008]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
一種水性聚氨酯功能涂料，其基本組成及重量百分比為:
水性聚氨酯樹脂10-40%
水溶性丙烯酸樹脂1-10% 納米碳材料1-5%
硅溶膠0.1-5%
分散劑0.5-2%
潤濕劑0.1-5%
流平劑0.1-2%
增稠劑0.1-2%
乙二醇丁醚1-20%
正丁醇0.1-10%
乙醇0.1-10%
固化劑1-10%
水余量。
[0009]進(jìn)一步的，所述水性聚氨酯樹脂可以是聚氨酯水分散液、聚氨酯水性乳液和水溶性聚氨酯及其組合。
[0010]進(jìn)一步的，所述納米碳材料包括碳納米管和/或石墨稀材料，所述碳納米管包括多壁碳納米管、少壁碳納米管、單壁碳納米管的任意一種和任意組合，所述石墨烯材料包括石墨烯或石墨烯微片及其組合。
[0011]進(jìn)一步的，所述分散劑包括羥甲基纖維素、甲基纖維素鈉、乙基纖維素、甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、曲拉通、任意一種或兩種以上的組合。
[0012]進(jìn)一步的，所述潤濕劑可以是商業(yè)炭黑潤濕劑的任意一種，優(yōu)選為BYK191，BYK192，BYK193，BYK180, BYK181、BYK183、BYK194 等。
[0013]進(jìn)一步的，所述流平劑為聚醚改性有機(jī)硅或者聚酯改性有機(jī)硅水性樹脂流平劑，優(yōu)選為 BYK331、BYK333、BYK378 等。
[0014]進(jìn)一步的，所述增稠劑為纖維素增稠劑、水性聚氨酯締合型增稠劑、非締合型增稠劑的任意一種。
[0015]進(jìn)一步的，所述固化劑為異氰酸酯固化劑的任意一種。
[0016]一種水性聚氨酯功能涂料及其制備方法，包括:
(1)將改性水性聚氨酯、水溶性聚丙烯酸、潤濕劑、分散劑與納米碳材料研磨分散3-48h，獲得納米碳分散漿料；
(2)在伴以攪拌的條件下，將硅溶膠、增稠劑、流平劑緩慢加入納米碳分散漿料中，以500-5000rpm 的速度攪拌 20 min_2h ；
(4)同時按照計算配比配置乙二醇丁醚、正丁醇和乙醇混合溶劑，在伴以攪拌的條件下，緩慢加入納米碳分散漿料中，以500-5000rpm的速度攪拌20 min_2h ;
(5)向步驟(2)所獲混合物中加入水，將混合物粘度調(diào)節(jié)至設(shè)定范圍，而后靜置消泡，獲得所述水性聚氨酯涂料。
[0017](6)在使用12小時內(nèi)前將固化劑加入水性聚氨酯涂料中，200-1000rpm速度攪拌lOmin-lh，靜置消泡后即可使用。
[0018]本發(fā)明的水性散熱涂料可采用滾涂、噴涂、旋涂、絲網(wǎng)印刷等任意工藝成膜，其固化條件優(yōu)選為:100-200 °C，5-40min。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點包括:
(1)通過潤濕劑、分散劑及水溶性聚丙烯酸樹脂互配作為納米碳材料的復(fù)合分散體系，具有高效分散特點，能滿足納米碳材料高濃度分散，使納米碳材料在成膜物中實現(xiàn)高體積含量復(fù)合，且該體系在聚氨酯樹脂體系中具有非常優(yōu)秀的兼容性；
(2)以乙二醇丁醚、正丁醇和乙醇混合溶劑添加調(diào)節(jié)涂料揮發(fā)速率，同時對聚氨酯具有增稠、流平和潤濕作用，可實現(xiàn)對涂料成膜性的有效調(diào)控；
(3)硅溶膠可提高成膜強(qiáng)度和硬度，有效克服在高納米碳材料添加后導(dǎo)致的成膜性差的不足；
(4)本發(fā)明的全水性體系具有安全環(huán)保、施工方便等成膜優(yōu)勢，可適用于刮土、滾涂、噴涂、絲網(wǎng)印刷的工藝在陶瓷、金屬、塑料及木材等基底成膜，可廣泛應(yīng)用于導(dǎo)電、導(dǎo)熱、散熱、發(fā)熱等領(lǐng)域，具有非常廣泛的應(yīng)用范圍。
【具體實施方式】
[0020]實施例1:
按以下配方稱取原料(如下若未特別說明，均指重量百分比):
水性聚氨酯分散液20%
水溶性丙烯酸樹脂5%
多壁碳納米管2%
硅溶膠0.5%
分散劑1%
潤濕劑0.2%
流平劑0.3%
增稠劑0.2%
乙二醇丁醚10%
正丁醇5%
乙醇5%
固化劑2%
水余量。
[0021]其中:
水性聚氨酯分散液。參數(shù):外觀:微乳液體；含量:30±1% ;粘度(mPa.s): 30-50 ;酸堿度:7-8 ;離子性:陰離子。
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