納米類金剛石散熱節能環保薄膜涂料及其制備使用方法
【專利摘要】一種納米類金剛石散熱節能環保薄膜涂料及其制備使用方法，其主組分A劑中納米類金剛石粉體為11-20%，性分散劑為1-3%，溶劑為78.5-88.0%；組分B劑中水性樹脂為54-60%，水性流平劑為1-3%，溶劑為38-45%；按照2:1-3:1將兩種組分在基材表面進行涂覆，常溫靜置后形成納米散熱節能環保薄膜材料。本發明在常溫下即可固化成膜，固化過程無需加熱，固化后形成納米結構的薄膜。該薄膜能與各種器件實現化學鍵合，覆蓋于器件表面，具有超薄化、高耐酸堿腐蝕、絕緣阻隔、高硬度、耐超高溫、高耐磨性、低摩擦系數、高熱穩定性、高紅外透光性、高附著力等特點。用于汽車隔熱散熱、LED節能、高壓電力變壓器散熱、空調壓縮機散熱和電動機散熱等各類散熱器件以及機械、電子和航天等相關領域。
【專利說明】納米類金剛石散熱節能環保薄膜涂料及其制備使用方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種納米類金剛石散熱節能環保薄膜涂料及其使用方法，特別是一種高耐酸堿腐蝕、高硬度、高附著力的溶液型納米類金剛石散熱節能環保薄膜涂料及其使用方法，屬于無機非金屬功能材料【技術領域】。
【背景技術】
[0003]在處理散熱問題時一般由傳導與對流方式來解決，因為在一般常溫下輻射散熱并不明顯，只有在300°C以上輻射的效果才會顯著。輻射散熱指熱量不經物體傳導，也不通過液體或氣體攜帶，熱源直接以非線性360°方式傳播到各處的現象，稱為輻射散熱。不同于傳導與對流，輻射的熱能是以電磁波方式釋放出去，因此高溫物體與低溫環境間不需要有物理性接觸，兩者間也不需要有介質。熱量經由輻射作用從熱源送至被輻射面上，再以熱輻射機制傳至大氣中。
[0004]現有的散熱界面材料一般采用鋁合金、銅合金、金屬氧化物、陶瓷類材料以及以這些為填料的橡膠類等材料制成，這種導熱散熱界面材料的原理是通過銅、鋁、鋁合金或填料將熱量吸收然后散發到周圍環境中。這種導熱散熱界面材料一般還需要有散熱葉片和風扇，靠風扇對散熱葉片之間散熱介質如空氣的強制對流來達到散熱的目的。散熱能力不足成為制約其發展的一個主要技術瓶頸。
[0005]近年來，出現了不少通過對發熱元件涂覆高性能散熱材料來加速散熱的報導。例如，申請號為201110253676.8的中國專利公開了一種納米炭黑散熱涂料及其制備方法，該散熱涂料可直接涂布散熱裝置可增加其散熱面積，以提升散熱效果。申請號為201210169319.8的中國專利公開了一種導熱散熱界面材料及其制造方法，有效的提高散熱性能，具有體積小、重量輕、厚度薄的優點，提高電子元器件的使用壽命。申請號為201010514156.3的中國專利公開了一種用于LED燈的散熱涂料，具有耐溫，耐老化，高附著力，散熱效果好的優點，但是用了毒性較大的氧化鈹和價格昂貴的氮化鋁。申請號為200810146607.5的中國專利公開了一種散熱涂料及其制備方法，該散熱涂料可直接涂布于散熱裝置以增加其散熱面積，以提升散熱效果。但是，上述專利的散熱效率都并不是很高，散熱效果還有待進一步改善。
[0006]本發明以類金剛石顆粒、于3000 °C以上高溫巖漿萃取物及其他材料，合成為顆粒大小為1-10 nm，并運用先進的納米技術，合成為溶液狀態，涂覆于材料表面，形成具有超薄化，高耐酸堿腐蝕，絕緣阻隔，高硬度，耐超高溫，高附著力和耐常溫輻射特性的散熱節能環保薄膜材料。綜合性能優于國內外相似的散熱節能環保薄膜材料，具有高的散熱效率，有廣闊的市場應用前景。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種對環境友好，工藝簡單，具有高硬度、耐超高溫、高附著力和耐常溫輻射特性的散熱節能環保薄膜涂料及使用方法。
[0008]本發明涉納米類金剛石散熱節能環保薄膜涂料及其使用方法，其包括如下步驟:
(I)配制主組分A劑，A劑的組分包括下述組分按重量比組成:
納米類金剛石粉體11-20% 水性分散劑1-3%
溶劑78.5-88.0%
所述的納米粉體為粒徑小于或等于10 nm的納米類金剛石(DLC)，所述的水性分散劑為陰離子型聚合物TH-904，所述的溶劑為水或者乙醇中的一種。
[0009](2)配制副組分B劑，B劑的組分包括下述組分按重量比組成:
水性樹脂54-60 %
水性流平劑1-3%
溶劑38-45%
所述的水性樹脂為水性環氧樹脂，所述的水性流平劑為改性聚有機硅氧烷或水性聚酯樹脂中的一種，所述的溶劑為水或乙醇中的一種。
[0010]上述步驟(1)和(2)沒有先后順序。
[0011]所述的步驟(1)，其具體的制備工藝為:將相應重量比的溶劑和分散劑制備成溶液，隨后將相應重量比的納米粉體加入至溶液中，使用高速分散機將混合溶液分散均勻，高速分散機的轉速設定為1500-1800轉/分鐘，分散時間為50-60分鐘，高速分散過程完成后即制得主組分A劑。
[0012]將主組分A劑裝入密封性良好的容器中，進行包裝。
[0013]所述的步驟(2)，其具體的制備工藝為:將相應重量比的溶液、水性流平劑性劑和水性樹脂制備成溶液，使用高速分散機將混合水溶液分散均勻，高速分散機的轉速設定為2400-3000轉/分鐘，分散時間為20-30分鐘，高速分散過程完成后即制得副組分B劑。
[0014]將副組分B劑裝入密封性良好的容器中，進行包裝。
[0015]使用時，主組分A劑與副組分B劑的重量比為2:1-3:1。
[0016]本發明一種水溶液型納米類金剛石散熱節能環保薄膜材料的使用方法簡述于下:按設計的組分的重量比稱取各組分，將涂料通過噴涂、輥涂、刷涂中的任意一種方式對所需涂覆的基材進行涂覆工作。涂覆操作時，可按A劑一B劑一A劑的順序，或者A劑一B劑—A劑一B劑一A劑的順序，或者A劑一B劑一A劑一B劑一A劑一B劑一A劑的順序進行涂覆，涂覆A劑或B劑之間的時間間隔為5-10分鐘。涂覆工藝完成后，靜置2-3小時后，即可使基材的表面形成一層均勻的薄膜層，并實現與基材的化學鍵合。
[0017]本發明的基材包括但不僅限于汽車玻璃，鋼鐵、鋁合金等。
[0018]本發明提供的涂料可以直接涂覆于基材的表面。納米類金剛石粉體采用特殊的合成工藝制備而成，材料涂覆后常溫靜置固化后可形成納米結構薄膜層。只需涂覆于需散熱降溫的基材的表面，能明顯降低基材表面和內部的溫度，散熱效果明顯。
[0019]本發明產品具有超薄化，高耐酸堿腐蝕，絕緣阻隔，高硬度，耐超高溫，高附著力和耐常溫輻射特性的散熱節能環保薄膜材料。綜合性能優于國內外相似的散熱節能環保薄膜材料。本發明成本低廉，操作工藝簡單，對環境友好，可廣泛應用于汽車隔熱散熱、LED燈節能、高壓電力變壓器散熱，空調壓縮機散熱和電動機散熱等各類散熱器件以及相關領域，有廣闊的市場應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為未涂布散熱涂料的鋁片和涂布本發明實施例1中的散熱涂料鋁片的升溫變化曲線。
【具體實施方式】
[0021]下面結合實施例對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。
[0022]實施例1:
取陰離子型聚合物TH-904型水性分散劑1.5 g和87.5g水混合在一起形成混合溶液，加入平均粒度小于10 nm的納米類金剛石粉體11 g，置于該混合溶液中，使用高速分散機將混合水溶液分散均勻，高速分散機的轉速設定為1800轉/分鐘，分散時間為60分鐘，高速分散過程完成后即制得主組分A劑。取43.9g水、1.1g水性流平劑聚有機硅氧烷和55g水性環氧樹脂制備成溶液，使用高速分散機將混合水溶液分散均勻，高速分散機的轉速設定為3000轉/分鐘， 分散時間為30分鐘，高速分散過程完成后即制得副組分B劑。使用時，主組分A劑與副組分B劑的重量比為2:1。將涂料通過刷涂對所需涂覆的基材進行涂覆工作。涂覆操作時，所述組分按先涂A劑，后涂B劑，再次涂A劑的順序進行。涂覆工作在室溫下進行，靜置2-3小時后，即可使基材的表面形成一層均勻的薄膜層。
[0023]實施例2，涂料及其使用方法與實施例1基本相同，其區別在于:A劑的成分為陰離子型聚合物TH-904型水性分散劑2.0 g和水83g，納米類金剛石粉體15 g。B劑的成分為41.5g水、1.5g水性聚酯樹脂和57g水性環氧樹脂。
[0024]實施例3，涂料及其使用方法與實施例1基本相同，其區別在于:A劑的成分為陰離子型聚合物TH-904型水性分散劑2.5 g和乙醇78.5g，納米類金剛石粉體19g。B劑的成分為39.1g水、1.9g聚有機硅氧烷和59g水性環氧樹脂。
[0025]實施例4，涂料及其使用方法與實施例1基本相同，其區別在于:A劑的成分為水性分散劑2.0 g和水83g，納米類金剛石粉體15 g。B劑的成分為43.9g水、1.1g水性流平劑和55g水性樹脂。涂覆操作時，所述組分按先A劑一B劑一A劑一B劑一A劑的順序進行。涂覆工作在室溫下進行，靜置2-3小時后，即可使基材的表面形成一層均勻的薄膜層。
[0026]實施例5，涂料及其使用方法與實施例1基本相同，其區別在于:A劑的成分為水性分散劑2.0 g和水83g，納米類金剛石粉體15 g。B劑的成分為39.1g水、1.9g水性流平劑和59g水性樹脂。涂覆操作時，所述組分按先A劑一B劑一A劑一B劑一A劑一B劑一A劑的順序進行。涂覆工作在室溫下進行，靜置2-3小時后，即可使基材的表面形成一層均勻的薄膜層。
[0027]上述實施例為本發明中實施效果較好的實施方式，本發明不能--列舉出全部的
實施方式，采用與其相同或者類似方法及組分而得到的其他涂料，均在本發明保護范圍之內。
[0028]降溫曲線的對比實驗的具體測試方法為:準備兩塊IOcmX IOcmX0.15cm的鋁合
金板，其中一塊為對照組，其表面沒有涂覆散熱涂料，另一塊為實驗組，其表面涂覆有實施例I制備得到的散熱涂層。將兩鋁合金板放置在100°c加熱裝置中溫度恒溫I小時后，將感溫線固定于鋁片的中心位置，撤掉加熱裝置，利用測溫儀記錄不同鋁合金板的溫度變化。由圖1可知，涂覆有本發明實施例1的散熱涂料的鋁合金板降溫至起始溫度的一半所用的時間為12分鐘，而未涂覆散熱涂料的鋁合金板降溫至起始溫度的一半所用的時間為35分鐘，這說明本發明的納米類金剛石散熱涂料具有非常好的散熱效果。
[0029]表1為采用本發明中所列舉的實施例制備的溶液型納米類金剛石散熱節能環保涂料的某些測試數據，測試所采用的基材為噴砂鋁合金板，尺寸為10 Cm *10 Cm *0.15cm。
[0030]表 I
【權利要求】
1.一種納米類金剛石散熱節能環保薄膜涂料，其特征在于，包括： (1)主組分A劑，A劑的組分包括下述組分按重量比組成： 納米類金剛石粉體11-20% 水性分散劑1-3% 溶劑78. 5-88. 0% (2)副組分B劑，B劑的組分包括下述組分按重量比組成： 水性樹脂54-60 % 水性流平劑1-3% 溶劑38-45% 。
2.根據權利要求1所述的納米類金剛石散熱節能環保薄膜涂料，其特征在于，所述的A劑或B劑中的溶劑為水或者乙醇中的一種，所述的水性樹脂為水性環氧樹脂，所述的水性流平劑為改性聚有機硅氧烷或水性聚酯樹脂中的一種。
3.根據權利要求1所述的納米類金剛石散熱節能環保薄膜涂料，其特征在于，所述納米類金剛石粉體的粒徑小于或等于10 nm，所述的水性分散劑為陰離子型聚合物TH-904。
4.根據權利要求1所述的一種納米類金剛石散熱節能環保薄膜涂料的制備方法，其特征在于，所述主組分A劑的制備工藝為：將相應重量比的溶劑和水性分散劑制備成溶液，隨后將相應重量比的類金剛石納米粉體加入至溶液中，使用高速分散機將混合溶液分散均勻，高速分散機的轉速設定為1500-1800轉/分鐘，分散時間為50-60分鐘；所述副組分B劑的制備工藝為：將相應重量比的溶劑、水性流平劑和水性樹脂制備成溶液，使用高速分散機將混合水溶液分散均勻，高速分散機的轉速設定為2400-3000轉/分鐘，分散時間為20-30分鐘。
5.根據權利要求1所述的納米類金剛石散熱節能環保薄膜涂料的使用方法，其特征在于：使用時主組分A劑與副組分B劑的重量比為2:1-3:1 ;將涂料通過噴涂、輥涂、刷涂中的任意一種方式對所需涂覆的基材進行涂覆工作，按A劑一B劑一A劑的順序，或者A劑一B劑一A劑一B劑一A劑的順序，或者A劑一B劑一A劑一B劑一A劑一B劑一A劑的順序進行涂覆，涂覆A劑與B劑之間的時間間隔為5-10分鐘，涂覆工藝完成后，靜置2-3小時后，即可使基材的表面形成一層均勻的薄膜層，并實現與基材的化學鍵合。
【文檔編號】C09D7/12GK103834258SQ201210474831
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月21日 優先權日:2012年11月21日
【發明者】王娟波, 王玨 申請人:湖南納金節能環保科技有限公司