一种水性聚氨酯功能涂料及其制备方法
【专利说明】 一种水性聚氨酯功能涂料及其制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种水性涂料及其制备方法，特别涉及一种水性聚氨酯功能涂料及其制备方法。
[0003]
【背景技术】
[0004]碳材料是目前人类认知的材料中功能最全、性能最优越、形式最多样的材料，涵盖从零维、一维到二维结构，每一次纳米碳材料的出现都引领了纳米科技的快速发展。其中，碳纳米管可看成是一种石墨片卷曲结构，超强的C-C键使碳纳米管具有超强的力学性能和热传导性能，理论计算和实际测量表明，单壁碳纳米管拉伸强度可达150 GPa，弹性模量lTPa，是钢铁的100倍，密度却只有其1/6，被誉为终极碳纤维。同时单壁碳纳米管室温导热系数高达6000W/m.K，多壁碳纳米管的室温导热系数也达3000W/m.K，是热导率最高的材料。同时，碳纳米管比表面积大，被誉为世界上最黑的物质，这种物质对光线的折射率只有0.045%，吸收率高达99.5%以上，辐射系数接近绝对黑体的1.00另外还具有优异的导电性能和超高的载流子输送密度，导电率接近金属，载流能力超过金属铜。众多优异综合性能使碳纳米管自发现以来受到极大关注，是纳米材料和纳米技术的最典型代表，是导电涂料、散热涂料和结构复合材料最理想的功能填料，在热管理、抗静电、电磁屏蔽及结构件中具有重大商业价值。
[0005]由于纳米碳材料拥有巨大的比表面积，使其难以分散，且在树脂中难以获得高体积含量的均匀复合，限制了涂料成膜后导电率和导热率的继续提高。高体积含量无机填料的添加，往往导致涂料成膜性能的急剧下降，如何克服高体积含量无机填料的添加而又保持良好的成膜性能是涂料行业长期面临的困难。尤其是纳米碳材料复合之后导致树脂基体粘度急剧上升，很难控制涂料成膜性，且纳米碳材料普遍在水相体系中具有良好分散性，传统溶剂型体系几乎没法与纳米碳材料混合均匀。因此，探索纳米碳材料高效分散体系及其涂料配方体系，依然是纳米碳功能涂料的重要难点。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种水性聚氨酯功能涂料及其制备方法，以克服现有技术中的不足。
[0008]为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案:
一种水性聚氨酯功能涂料，其基本组成及重量百分比为:
水性聚氨酯树脂10-40%
水溶性丙烯酸树脂1-10% 纳米碳材料1-5%
硅溶胶0.1-5%
分散剂0.5-2%
润湿剂0.1-5%
流平剂0.1-2%
增稠剂0.1-2%
乙二醇丁醚1-20%
正丁醇0.1-10%
乙醇0.1-10%
固化剂1-10%
水余量。
[0009]进一步的，所述水性聚氨酯树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组合。
[0010]进一步的，所述纳米碳材料包括碳纳米管和/或石墨稀材料，所述碳纳米管包括多壁碳纳米管、少壁碳纳米管、单壁碳纳米管的任意一种和任意组合，所述石墨烯材料包括石墨烯或石墨烯微片及其组合。
[0011]进一步的，所述分散剂包括羟甲基纤维素、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、任意一种或两种以上的组合。
[0012]进一步的，所述润湿剂可以是商业炭黑润湿剂的任意一种，优选为BYK191，BYK192，BYK193，BYK180, BYK181、BYK183、BYK194 等。
[0013]进一步的，所述流平剂为聚醚改性有机硅或者聚酯改性有机硅水性树脂流平剂，优选为 BYK331、BYK333、BYK378 等。
[0014]进一步的，所述增稠剂为纤维素增稠剂、水性聚氨酯缔合型增稠剂、非缔合型增稠剂的任意一种。
[0015]进一步的，所述固化剂为异氰酸酯固化剂的任意一种。
[0016]一种水性聚氨酯功能涂料及其制备方法，包括:
(1)将改性水性聚氨酯、水溶性聚丙烯酸、润湿剂、分散剂与纳米碳材料研磨分散3-48h，获得纳米碳分散浆料；
(2)在伴以搅拌的条件下，将硅溶胶、增稠剂、流平剂缓慢加入纳米碳分散浆料中，以500-5000rpm 的速度搅拌 20 min_2h ；
(4)同时按照计算配比配置乙二醇丁醚、正丁醇和乙醇混合溶剂，在伴以搅拌的条件下，缓慢加入纳米碳分散浆料中，以500-5000rpm的速度搅拌20 min_2h ;
(5)向步骤(2)所获混合物中加入水，将混合物粘度调节至设定范围，而后静置消泡，获得所述水性聚氨酯涂料。
[0017](6)在使用12小时内前将固化剂加入水性聚氨酯涂料中，200-1000rpm速度搅拌lOmin-lh，静置消泡后即可使用。
[0018]本发明的水性散热涂料可采用滚涂、喷涂、旋涂、丝网印刷等任意工艺成膜，其固化条件优选为:100-200 °C，5-40min。
[0019]与现有技术相比，本发明的优点包括:
(1)通过润湿剂、分散剂及水溶性聚丙烯酸树脂互配作为纳米碳材料的复合分散体系，具有高效分散特点，能满足纳米碳材料高浓度分散，使纳米碳材料在成膜物中实现高体积含量复合，且该体系在聚氨酯树脂体系中具有非常优秀的兼容性；
(2)以乙二醇丁醚、正丁醇和乙醇混合溶剂添加调节涂料挥发速率，同时对聚氨酯具有增稠、流平和润湿作用，可实现对涂料成膜性的有效调控；
(3)硅溶胶可提高成膜强度和硬度，有效克服在高纳米碳材料添加后导致的成膜性差的不足；
(4)本发明的全水性体系具有安全环保、施工方便等成膜优势，可适用于刮土、滚涂、喷涂、丝网印刷的工艺在陶瓷、金属、塑料及木材等基底成膜，可广泛应用于导电、导热、散热、发热等领域，具有非常广泛的应用范围。
【具体实施方式】
[0020]实施例1:
按以下配方称取原料(如下若未特别说明，均指重量百分比):
水性聚氨酯分散液20%
水溶性丙烯酸树脂5%
多壁碳纳米管2%
硅溶胶0.5%
分散剂1%
润湿剂0.2%
流平剂0.3%
增稠剂0.2%
乙二醇丁醚10%
正丁醇5%
乙醇5%
固化剂2%
水余量。
[0021]其中:
水性聚氨酯分散液。参数:外观:微乳液体；含量:30±1% ;粘度(mPa.s): 30-50 ;酸碱度:7-8 ;离子性:阴离子。
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