本发明涉及一种水性电热油墨，特别涉及一种新型水性ptc电热涂料及其制备方法。
背景技术
导电碳材料随着温度的上升其电阻有下降的趋势，这即是负温度系数效应（ntc），在电加热部件中具有极大危害，严重影响着其使用安全性。如何克服其ntc效应不仅能提高其使用安全性，还能改善加热均匀性，实现功率自适应调控。ptc(positivetemperaturecoefficient)效应，即正温度系数效应，是指此材料的电阻会随温度的升高而增加。ptc效应在电加热原件中可以有效保护发热体，随着温度升高，电阻增大，功率下降，可实现对温度的自适应调控，是一种安全可靠的过热保护手段。
可印刷电热油墨是面状电加热部件的核心材料，采用涂布印刷工艺的面状发热膜由于具有发热均匀、热能利用率高、辐射面积大、电流密度低、电磁辐射低等特点，成为新一代的高效电加热技术。大面积印刷涂布对电热膜的发热均匀性要求更高，必须要求克服导电碳材料的ntc效应。中国发明专利201410217613.0公开了一种双控温ptc导电印刷油墨及其制备方法，采用两种树脂：结晶型树脂和非结晶型树脂，通过互配调整油墨的ptc效应。中国发明专利201310504189.3公开了一种调节功率的导电油墨及其制备方法和应用，直接采用聚烯烃类树脂为粘结剂，借鉴ptc电阻的原理，通过聚烯烃材料升温降温循环的结晶融化实现ptc功能。随着我国对环保要求越来越高，水性电热油墨技术已经成为迫切需求，但迄今为止水性ptc尚鲜有报道，具有ptc功能的水性电热油墨更是成为迫切所需。
本发明利用低玻璃化温度聚合物热循环中的凝固-软化转变，已经体积膨胀，带动纳米碳导电网络的变化，从而改变涂层内部的电阻，获得正温度电阻（ptc）效应，实现对电加热涂料功率的调控。本发明的全水性ptc电热涂料具有制备加工简单、绿色环保，具有功率自调控能力，可广泛应用于各类电加热面状发热膜，具有广阔应用前景。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种新型水性ptc电热涂料及其制备方法，以克服现有技术的不足。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种新型水性ptc电热涂料，由导电碳材料、聚合物微粉、助剂、水性粘结树脂及水组成，其基本组成及重量百分比为：
导电碳材料1-20%
聚合物微粉2-15%
助剂1-10%
水性粘结树脂10-30%
水余量。
进一步的，其特征在于：所述导电碳材料是至少含碳纳米管、石墨烯、纳米碳纤维等一种或任意组合，且可同时添加导电炭黑、石墨粉等导电碳材料。
一种新型水性ptc电热涂料，其特征在于：所述聚合物微粉是低玻璃化温度热塑性聚合物粉末，玻璃化温度低于40℃，粒径200纳米-5微米，可以是聚乙烯（pe）、聚丙烯（pp）、聚丙烯酸树脂（paa）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（eva）、热塑性弹性体材料（tpe）、热塑性聚氨酯弹性（tpu）等的任意一种及组合，可采用液氮、液氦或干冰下高能球磨获得相应聚合物微米。
进一步的，其特征在于：助剂包括分散剂、润湿剂、增稠剂、流平剂、防沉剂、防霉剂等。
进一步的，其特征在于：其中分散剂为可以是各种表面活性剂，包括但不限定为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、辛基酚聚氧乙烯醚、羟甲基纤维素、甲基纤维素钠、乙基纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、曲拉通、商业炭黑分散浸润剂中的任意一种或两种以上的组合任意。
进一步的，其特征在于：所述水性粘结树脂可以是水性聚氨酯、水性丙烯酸树脂、水性酚醛树脂、水性环氧树脂、水性醇酸树脂、水性聚酯树脂的任意一种及组合。
一种新型水性ptc电热涂料，其制备方法是：
（1）纳米碳水性分散液的制备，按配比将导电碳材料、分散剂、润湿剂在搅拌下混合均匀，超声、研磨、高速剪切、高压均质等工艺制备得到分散均匀的分散液，静置消泡后备用；
（2）将聚合物微粉和分散剂按配比添加入水性粘结树脂中，通过高速搅拌分散，1000-8000rpm下搅拌30分钟-5小时，获得聚合物微粉的分散浆料；
（3）在50-400rpm低速搅拌下，将纳米碳水性分散液逐渐加入聚合物微粉的分散浆料中，随后升高转速至400-2000rpm，加入流平剂、防霉剂、防沉剂和水，搅拌30分钟-5小时，最后加入增稠剂调整粘度至设定范围，而后静置消泡，获得最终产品。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
（1）采用低玻璃化温度聚合物微粉为ptc功能材料，利用其升温降温过程中熔化凝固及热膨胀的作用，改变涂层内部导电网络，从而实现对整体涂层ptc功能的调控；
（2）水性ptc电热油墨可实现功率自适应调控，具有安全可靠，发热均匀，高效节能的优势；
（3）全水性电热油墨具有安全环保的特点，适合工业化大规模生产。
本发明利用低玻璃化温度聚合物热循环中的凝固-软化转变，已经体积膨胀，带动纳米碳导电网络的变化，从而改变涂层内部的电阻，获得正温度电阻（ptc）效应，实现对电加热涂料功率的调控。本发明的全水性ptc电热涂料具有制备加工简单、绿色环保，具有功率自调控能力，可广泛应用于各类电加热面状发热膜，具有广阔应用前景。
具体实施方式
实施例1
一种新型水性ptc电热涂料组成及重量百分比为：
导电碳材料：碳纳米管5%
聚合物微粉：聚乙烯（玻璃化温度30℃，粒径1微米）5%
分散剂：十二烷基苯磺酸钠2%
流平剂：byk3330.5%
润湿剂：byk1910.5%
其他助剂1%
水性粘结树脂：水性聚氨酯树脂20%
水余量。
首先按配比将导电碳材料、分散剂、润湿剂在搅拌下混合均匀，通过纳米研磨工艺制备得到分散均匀的碳材料水性分散液，静置消泡后备用。将聚合物微粉和分散剂按配比添加入水性粘结树脂中，通过高速搅拌分散，3000rpm下搅拌2小时，获得聚合物微粉的分散浆料。接着在200rpm低速搅拌下，将碳材料水性分散液逐渐加入聚合物微粉的分散浆料中，随后升高转速至1500rpm，加入流平剂、防霉剂、防沉剂和水，搅拌1小时，最后加入增稠剂调整粘度至设定范围，而后静置消泡，获得最终产品。通过刮涂工艺将成品涂布成5厘米×15厘米样条，测试表面电阻为500ω/□，采用精密热敏电阻测试仪测试其ptc强度可达3。
实施例2
一种新型水性ptc电热涂料组成及重量百分比为：
导电碳材料：石墨烯10%
聚合物微粉：聚丙烯（玻璃化温度40℃，粒径0.5微米）10%
分散剂：曲拉通x1002%
流平剂：byk3310.5%
润湿剂：byk1900.5%
其他助剂1%
水性粘结树脂：水性丙烯酸树脂20%
水余量。
首先按配比将导电碳材料、分散剂、润湿剂在搅拌下混合均匀，通过纳米研磨工艺制备得到分散均匀的碳材料水性分散液，静置消泡后备用。将聚合物微粉和分散剂按配比添加入水性粘结树脂中，通过高速搅拌分散，3000rpm下搅拌2小时，获得聚合物微粉的分散浆料。接着在200rpm低速搅拌下，将碳材料水性分散液逐渐加入聚合物微粉的分散浆料中，随后升高转速至1500rpm，加入流平剂、防霉剂、防沉剂和水，搅拌1小时，最后加入增稠剂调整粘度至设定范围，而后静置消泡，获得最终产品。通过刮涂工艺将成品涂布成5厘米×15厘米样条，测试表面电阻为450ω/□，采用精密热敏电阻测试仪测试其ptc强度可达3。
实施例3
一种新型水性ptc电热涂料组成及重量百分比为：
导电碳材料：碳纳米管5%+导电炭黑5%
聚合物微粉：eva（玻璃化温度10℃，粒径1微米）5%
分散剂：十二烷基苯磺酸钠2%
流平剂：byk3780.5%
润湿剂：byk1800.5%
其他助剂1%
水性粘结树脂：水性醇酸树脂20%
水余量。
首先按配比将导电碳材料、分散剂、润湿剂在搅拌下混合均匀，通过纳米研磨工艺制备得到分散均匀的碳材料水性分散液，静置消泡后备用。将聚合物微粉和分散剂按配比添加入水性粘结树脂中，通过高速搅拌分散，3000rpm下搅拌2小时，获得聚合物微粉的分散浆料。接着在200rpm低速搅拌下，将碳材料水性分散液逐渐加入聚合物微粉的分散浆料中，随后升高转速至1500rpm，加入流平剂、防霉剂、防沉剂和水，搅拌1小时，最后加入增稠剂调整粘度至设定范围，而后静置消泡，获得最终产品。通过刮涂工艺将成品涂布成5厘米×15厘米样条，测试表面电阻为350ω/□，采用精密热敏电阻测试仪测试其ptc强度可达4。
实施例4
一种新型水性ptc电热涂料组成及重量百分比为：
导电碳材料：纳米碳纤维10%
聚合物微粉：tpe（玻璃化温度15℃，粒径1微米）5%
分散剂：辛基酚聚氧乙烯醚2%
流平剂：byk3310.5%
润湿剂：byk1810.5%
其他助剂1%
水性粘结树脂：水性环氧树脂20%
水余量。
首先按配比将导电碳材料、分散剂、润湿剂在搅拌下混合均匀，通过纳米研磨工艺制备得到分散均匀的碳材料水性分散液，静置消泡后备用。将聚合物微粉和分散剂按配比添加入水性粘结树脂中，通过高速搅拌分散，3000rpm下搅拌2小时，获得聚合物微粉的分散浆料。接着在200rpm低速搅拌下，将碳材料水性分散液逐渐加入聚合物微粉的分散浆料中，随后升高转速至1500rpm，加入流平剂、防霉剂、防沉剂和水，搅拌1小时，最后加入增稠剂调整粘度至设定范围，而后静置消泡，获得最终产品。通过刮涂工艺将成品涂布成5厘米×15厘米样条，测试表面电阻为800ω/，采用精密热敏电阻测试仪测试其ptc强度可达3。
实施例5
一种新型水性ptc电热涂料组成及重量百分比为：
导电碳材料：碳纳米管3%+石墨烯2%+导电炭黑5%
聚合物微粉：tpu（玻璃化温度20℃，粒径1微米）5%
分散剂：乙基纤维素2%
流平剂：byk3330.5%
润湿剂：byk1910.5%
其他助剂1%
水性粘结树脂：水性聚酯树脂20%
水余量。
首先按配比将导电碳材料、分散剂、润湿剂在搅拌下混合均匀，通过纳米研磨工艺制备得到分散均匀的碳材料水性分散液，静置消泡后备用。将聚合物微粉和分散剂按配比添加入水性粘结树脂中，通过高速搅拌分散，3000rpm下搅拌2小时，获得聚合物微粉的分散浆料。接着在200rpm低速搅拌下，将碳材料水性分散液逐渐加入聚合物微粉的分散浆料中，随后升高转速至1500rpm，加入流平剂、防霉剂、防沉剂和水，搅拌1小时，最后加入增稠剂调整粘度至设定范围，而后静置消泡，获得最终产品。通过刮涂工艺将成品涂布成5厘米×15厘米样条，测试表面电阻为300ω，采用精密热敏电阻测试仪测试其ptc强度可达4。
以上说明，及在图纸上所示的实施例，不可解析为限定本发明的设计思想。在本发明的技术领域里持有相同知识者可以将本发明的技术性思想以多样的形态改良变更，这样的改良及变更应理解为属于本发明的保护范围内。