低温远红外电热碳浆的制作方法
【专利摘要】本发明公开了低温远红外电热碳浆，属于远红外电热碳浆技术领域；它主要由以下百分含量的组分组成：聚氨酯树脂5～30％；聚酯树脂10～30％；丙烯酸树脂5～20％；导电碳粉8～20％；石墨10～30％；远红外发射剂0～5％；固化剂0.5～5％；消泡剂0.5～2％；分散剂0.5～2％；流平剂0.5～2％；溶剂1～30％。它使得电热碳浆的附着力和柔韧性都大大提高。由于引入聚氨酯的游离羟基和饱和聚酯的高羟基，使其与固化剂固化成膜后，碳膜形成三维网状结构，交联密度大，耐热性高。
【专利说明】
低温远红外电热碳浆
技术领域
[0001]本发明涉及远红外电热碳浆技术领域，具体涉及低温远红外电热碳浆。
【背景技术】
[0002]低温远红外电热碳浆具有极佳的发热温度上升快、热转换率高以及极佳的覆膜功率稳定性和通电发热功率稳定性，功率不衰减，使用寿命长，已经被广泛应用于印刷柔性远红外电热膜等大量低温发热元件，目前市场上的柔性低温远红外电热膜是以普通导电碳浆作为发热载体，虽然具有导电、电热功能和远红外特征，但是明显具有通电发热温度上升慢、通电功率衰减大、热转换了低、远红外特征不强以及使用寿命短等缺陷。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种低温远红外电热碳浆，该低温远红外电热碳浆具有极佳的发热温度上升快、热转换率高以及极佳的覆膜功率稳定性和通电发热功率稳定性，功率不衰减，使用寿命长达30年以上。
[0004]本发明的低温远红外电热碳浆，其主要由以下百分含量的组分组成:聚氨酯树脂5?30% ;聚酯树脂10?30% ;丙烯酸树脂5?20% ;导电碳粉8?20% ;石墨10?30% ;远红外发射剂O?5% ;固化剂0.5?5% ;消泡剂0.5?2% ;分散剂0.5?2% ;流平剂0.5?2% ;溶剂I ?30%。
[0005]作为优选，所述的聚氨酯树脂为伸长率650%，拉伸强度8000psi，粘度100-150cps(30% MEK，25 °C)固体改性TPU聚氨酯树脂，具有优异的粘结性、柔韧性、附着力、尤其含有游离羟基，和固化剂固化后能提高电热碳浆的粘结强度和耐热性。
[0006]作为优选，所述的聚酯树脂为固体饱和聚酯树脂，玻璃化温度-10°C，羟值15-25K0Hmg/g，酸酯小于3K0Hmg/g，高轻值饱和聚酯具有自身较好的成膜性，轻值较高，可与固化剂中使用的甲醚化三聚氰胺树脂等交联形成坚硬耐久的碳膜，碳膜交联密度大，使得碳膜更加耐磨、耐热、耐水。
[0007]作为优选，所述的改性丙烯酸树脂为固含100%，分子量:40，000，酸值(mg/KOH): <
I，玻璃化温度(°C )98，软化点(°C ): 200，具有优良的耐酸碱性，由于软化点高，所以具有优良的耐热性。
[0008]作为优选，所述的导电碳粉为高结构炉法碳黑，因为高结构碳黑比表面积大，导电性好，添加量少，对树脂的柔韧性影响小，而且高结构碳黑相比低结构碳黑处于分散状态的炭黑粒子或炭黑粒子集合体的密度也越大，粒子间的平均距离越小，相互接触的几率越高，炭黑粒子或炭黑粒子集合体形成的导电通路也越多。在高温时基材随温度上升膨胀系数变大，高结构碳黑形成的碳膜影响小，电阻变化小，以致电热功率稳定性高。
[0009]作为优选，所述的鳞片石墨为含碳量99%以上、细度小于15μπι通过率50%微粉鳞片石墨。含碳量越高导电想越好，添加量也越少，对树脂的柔韧性影响也就越小。
[0010]作为优选，所述的远红外发射剂为溶剂型远红外发射增强剂，具有高效的远红外发射功能，发射率高达90 %以上，固含为30 %，溶剂含量70 %，溶剂为二丙二醇甲醚。
[0011 ]作为优选，所述的固化剂为固含60 %，酸酯<2的甲醚化三聚氰胺树脂，具有低气味，低温固化快，交联密度高。
[0012]作为优选，所述的消泡剂为乙烯醚改性丙烯酸强力消泡剂，活性份75%，消泡剂的溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯，少量添加具有消炮和脱泡功能同时兼具流平功能。
[0013]作为优选，所述的分散剂为改性胺盐润湿分散剂，活性份50%，分散剂带有颜填的料亲和基团，以更加紧密地与颜填料结合使分散体系更加稳定。具有防浮色发花、降低体系粘度、缩短碾磨时间降低成本、增加光泽、分散润湿防沉的作用。
[0014]作为优选，所述的流平剂为有机硅改性聚硅氧烷流平剂，活性份100%，具有防缩孔以及快速流平。
[0015]作为优选，所述的溶剂选自酮类、酯类和醚类溶剂中的一种或多种。酮类溶剂(例如)可以为环己酮、异氟尔酮等，酯类溶剂(例如)可以为醋酸丁酯、乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯等，醚类溶剂可以为乙二醇单丁醚等。
[0016]作为优选，所述的低温远红外电热碳浆在25°C下的粘度(dpa.dO^WOO-SOCKVT-1ME 粘度检测仪 )。
[0017]本发明的低温远红外电热碳浆是单组份碳浆，在使用时无需添加其他固化剂，在80°C左右以上，碳浆中的树脂和固化剂发生交联固化反应。
[0018]在本发明中，低温远红电热碳浆的各组分可以直接从商业途径购得。聚氨酯树脂、聚酯树脂和丙烯酸树脂均采用固体树脂，这样，可以通过使用合适的溶剂更环保的溶剂来溶解。另外，在选择溶剂的时候，可以兼顾印刷类型来选择，可以更加容易地控制干燥的速度，如果是使用包括快干型溶剂的液体树脂，则印刷时可能会有不好印刷，特别是对于丝网印刷来说，容易造成堵网和干网，所以三者固体树脂的选择可以避免这个缺点。另外，聚氨酯树脂和聚酯树脂配合使用可以使电热碳浆的附着力较强，柔韧性更好，极佳的流动性也使电热碳浆制造时也更加容易碾磨、润湿分散，在印刷时有良好的印刷性，可以节省低温远红外电热碳浆。
[0019]本发明的原理为:利用碳元素良好的导电、导热结构作为颜填料，以特殊溶剂型树脂为连接料进行碾磨制作，制成超细颗粒后，再加入远红外发射剂、固化剂及其他助剂，以丝网印刷或凹版印刷工艺，然后高温固化后，经过覆膜工艺制作成加热元件。在通电情况下，碳粉发出8_15μπι的远红外光，近似太阳光谱，其工作原理是在电的引发激励下，通过碳粒子团产生“布朗运动”，由碳分子间的互相撞击和摩擦从而产生热能，生成大量的红外线辐射，其电能与热能转换率极高。
[0020]本发明的有益效果:使得电热碳浆的附着力和柔韧性都大大提高。由于引入聚氨酯的游离羟基和饱和聚酯的高羟基，使其与固化剂固化成膜后，碳膜形成三维网状结构，交联密度大，耐热性高，所以使用本发明的电热碳浆制作的柔性电热膜通电功率稳定性极佳无衰减。选择更加环保的树脂和溶剂，使得电热碳浆也更加环保。符合欧盟RoHS标准，电热碳浆经140°C烘烤10分钟后，在PET柔性基材表面具有优异的附着力，耐磨擦、柔韧性等性能优异。此外，本发明的低温远红外电热碳浆的各成分可容易购得，制备也很方便，具有很好的应用前景。
【具体实施方式】
[0021 ]本【具体实施方式】采用以下技术方案:其主要由以下百分含量的组分组成:聚氨酯树脂5?30% ;聚酯树脂10?30% ;丙烯酸树脂5?20% ;导电碳粉8?20% ;石墨10?30% ；远红外发射剂O?5%;固化剂0.5?5%;消泡剂0.5?2%;分散剂0.5?2% ;流平剂0.5?2%;溶剂I?30%。
[0022]本【具体实施方式】的原理为:利用碳元素良好的导电、导热结构作为颜填料，以特殊溶剂型树脂为连接料进行碾磨制作，制成超细颗粒后，再加入远红外发射剂、固化剂及其他助剂，以丝网印刷或凹版印刷工艺，然后高温固化后，经过覆膜工艺制作成加热元件。在通电情况下，碳粉发出8_15μπι的远红外光，近似太阳光谱，其工作原理是在电的引发激励下，通过碳粒子团产生“布朗运动”，由碳分子间的互相撞击和摩擦从而产生热能，生成大量的红外线辐射，其电能与热能转换率极高。
[0023]本【具体实施方式】使得电热碳浆的附着力和柔韧性都大大提高。由于引入聚氨酯的游离羟基和饱和聚酯的高羟基，使其与固化剂固化成膜后，碳膜形成三维网状结构，交联密度大，耐热性高，所以使用本发明的电热碳浆制作的柔性电热膜通电功率稳定性极佳无衰减。选择更加环保的树脂和溶剂，使得电热碳浆也更加环保。符合欧盟RoHS标准，电热碳浆经140°C烘烤10分钟后，在PET柔性基材表面具有优异的附着力，耐磨擦、柔韧性等性能优异。此外，本发明的低温远红外电热碳浆的各成分可容易购得，制备也很方便，具有很好的应用前景
实施例一(方电阻30 Ω /25.4μπι):
本案例提供了一种低温远红外电热碳浆，以碳浆的总重量为基准，该碳浆由如下百分比的组分配制成:聚氨酯树脂，15%;聚酯树脂，10%;丙烯酸树脂，10%;导电碳粉，8%;石墨，30 % ;远红外发射剂，2 % ;固化剂，2 % ;消泡剂，0.5 % ;分散剂，2 % ;流平剂，I % ;溶剂，19.5%。
[0024]实施例二(方电阻30(^/25.44111):
本案例提供了一种低温远红外电热碳浆，以碳浆的总重量为基准，该碳浆由如下百分比的组分配制成:聚氨酯树脂，20%;聚酯树脂，20%;丙烯酸树脂，10%;导电碳粉，5%;石墨，15 % ;远红外发射剂，5 % ;固化剂，3 % ;消泡剂，1.5 % ;分散剂，2 % ;流平剂，I % ;溶剂，17.5%。
[0025]实施例三(方电阻3ΚΩ/25.4μπι)
本案例提供了一种低温远红外电热碳浆，以碳浆的总重量为基准，该碳浆由如下百分比的组分配制成:聚氨酯树脂，30%;聚酯树脂，25%;丙烯酸树脂，10%;导电碳粉，5%;石墨，10 % ;远红外发射剂，10 % ;固化剂，5 % ;消泡剂，1.5 % ;分散剂，I % ;流平剂，I % ;溶剂，1.5%。
[0026]上述各案例的电热碳浆的制备方法包括如下步骤:
(1)常温常压下加入溶剂，转速为300-400r/min，边搅拌边加入聚氨酯树脂，调整转速为1000-2000r/min，并将温度加热至150°C，搅拌20-30min后，直至树脂溶液清澈透明即停止，过滤得到聚氨酯树脂溶液；
(2)常温常压下加入溶剂，转速为300-400r/min，边搅拌边加入聚酯树脂，调整转速为1000-2000r/min，并将温度加热至140°C，搅拌20-30min后，直至树脂溶液清澈透明即停止，过滤得到聚酯树脂溶液；
(3)常温常压下加入溶剂，转速为300-400r/min，边搅拌边加入丙烯酸树脂，调整转速为1000-2000r/min，并将温度加热至140°C，搅拌20-30min后，直至树脂溶液清澈透明即停止，过滤得到丙烯酸树脂溶液；
(4)将步骤(I)、(2)和(3)获得的自然冷却后的树脂溶液在500-700r/min的转速下搅拌均匀后，加入远红外发射剂、固化剂、消泡剂、流平剂，然后再加入碳粉和石墨以及分散剂，在3000-4000r/min的转速下高速搅拌5-8分钟，但温度必须控制在60°C以下，以免造成固化反应，影响成品的储存时间，再使用三辊碾磨机碾磨3-6遍，使电热碳浆的细度小于15μπι即得成品；
(5)通过调整树脂含量和碳黑、石墨含量在碳浆的总重量基准百分比比例，来制做不同电阻、不同功率的低温远红外电热碳浆。通过高低功率的混合使用来调整功率大小，如需印制的阻值，应先采用3种中最接近的一款为基本，然后用它来和上下最接近的那一款来作混合，例如要印制比基本的那一款更高阻值的时候，便使用与它最接近的而比它较大阻值的那一款来作混合。
[0027]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.低温远红外电热碳浆，其特征在于它主要由以下百分含量的组分组成:聚氨酯树脂5?30% ;聚酯树脂10?30% ;丙烯酸树脂5?20% ;导电碳粉8?20% ;石墨10?30% ;远红外发射剂O?5% ;固化剂0.5?5% ;消泡剂0.5?2% ;分散剂0.5?2% ;流平剂0.5?2% ;溶剂I ?30%。2.根据权利要求1所述的低温远红外电热碳浆，其特征在于所述的聚氨酯树脂为伸长率650%，拉伸强度8000psi，粘度100-150cps的固体改性TPU聚氨酯树脂。3.根据权利要求1所述的低温远红外电热碳浆，其特征在于所述的聚酯树脂为固体饱和聚酯树脂，玻璃化温度-1O °C，羟值15-25KOHmg/g。4.根据权利要求1所述的低温远红外电热碳浆，其特征在于所述的导电碳粉为高结构炉法碳黑。5.根据权利要求1所述的低温远红外电热碳浆，其特征在于所述的鳞片石墨为含碳量99 %以上、细度小于15μπι通过率50 %微粉鳞片石墨。6.根据权利要求1所述的低温远红外电热碳浆，其特征在于所述的远红外发射剂为溶剂型远红外发射增强剂。7.根据权利要求1所述的低温远红外电热碳浆，其特征在于所述的固化剂为固含60%，酸酯< 2的甲醚化三聚氰胺树脂。8.根据权利要求1所述的低温远红外电热碳浆，其特征在于所述的消泡剂为乙烯醚改性丙烯酸强力消泡剂。9.根据权利要求1所述的低温远红外电热碳浆，其特征在于所述的分散剂为改性胺盐润湿分散剂。10.根据权利要求1所述的低温远红外电热碳浆，其特征在于所述的流平剂为有机硅改性聚硅氧烷流平剂。
【文档编号】C09D11/03GK106084989SQ201610442554
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】陈勇
【申请人】陈勇