纳米类金刚石散热节能环保薄膜涂料及其制备使用方法
【专利摘要】一种纳米类金刚石散热节能环保薄膜涂料及其制备使用方法，其主组分A剂中纳米类金刚石粉体为11-20%，性分散剂为1-3%，溶剂为78.5-88.0%；组分B剂中水性树脂为54-60%，水性流平剂为1-3%，溶剂为38-45%；按照2:1-3:1将两种组分在基材表面进行涂覆，常温静置后形成纳米散热节能环保薄膜材料。本发明在常温下即可固化成膜，固化过程无需加热，固化后形成纳米结构的薄膜。该薄膜能与各种器件实现化学键合，覆盖于器件表面，具有超薄化、高耐酸碱腐蚀、绝缘阻隔、高硬度、耐超高温、高耐磨性、低摩擦系数、高热稳定性、高红外透光性、高附着力等特点。用于汽车隔热散热、LED节能、高压电力变压器散热、空调压缩机散热和电动机散热等各类散热器件以及机械、电子和航天等相关领域。
【专利说明】纳米类金刚石散热节能环保薄膜涂料及其制备使用方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种纳米类金刚石散热节能环保薄膜涂料及其使用方法，特别是一种高耐酸碱腐蚀、高硬度、高附着力的溶液型纳米类金刚石散热节能环保薄膜涂料及其使用方法，属于无机非金属功能材料【技术领域】。
【背景技术】
[0003]在处理散热问题时一般由传导与对流方式来解决，因为在一般常温下辐射散热并不明显，只有在300°C以上辐射的效果才会显著。辐射散热指热量不经物体传导，也不通过液体或气体携带，热源直接以非线性360°方式传播到各处的现象，称为辐射散热。不同于传导与对流，辐射的热能是以电磁波方式释放出去，因此高温物体与低温环境间不需要有物理性接触，两者间也不需要有介质。热量经由辐射作用从热源送至被辐射面上，再以热辐射机制传至大气中。
[0004]现有的散热界面材料一般采用铝合金、铜合金、金属氧化物、陶瓷类材料以及以这些为填料的橡胶类等材料制成，这种导热散热界面材料的原理是通过铜、铝、铝合金或填料将热量吸收然后散发到周围环境中。这种导热散热界面材料一般还需要有散热叶片和风扇，靠风扇对散热叶片之间散热介质如空气的强制对流来达到散热的目的。散热能力不足成为制约其发展的一个主要技术瓶颈。
[0005]近年来，出现了不少通过对发热元件涂覆高性能散热材料来加速散热的报导。例如，申请号为201110253676.8的中国专利公开了一种纳米炭黑散热涂料及其制备方法，该散热涂料可直接涂布散热装置可增加其散热面积，以提升散热效果。申请号为201210169319.8的中国专利公开了一种导热散热界面材料及其制造方法，有效的提高散热性能，具有体积小、重量轻、厚度薄的优点，提高电子元器件的使用寿命。申请号为201010514156.3的中国专利公开了一种用于LED灯的散热涂料，具有耐温，耐老化，高附着力，散热效果好的优点，但是用了毒性较大的氧化铍和价格昂贵的氮化铝。申请号为200810146607.5的中国专利公开了一种散热涂料及其制备方法，该散热涂料可直接涂布于散热装置以增加其散热面积，以提升散热效果。但是，上述专利的散热效率都并不是很高，散热效果还有待进一步改善。
[0006]本发明以类金刚石颗粒、于3000 °C以上高温岩浆萃取物及其他材料，合成为颗粒大小为1-10 nm，并运用先进的纳米技术，合成为溶液状态，涂覆于材料表面，形成具有超薄化，高耐酸碱腐蚀，绝缘阻隔，高硬度，耐超高温，高附着力和耐常温辐射特性的散热节能环保薄膜材料。综合性能优于国内外相似的散热节能环保薄膜材料，具有高的散热效率，有广阔的市场应用前景。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种对环境友好，工艺简单，具有高硬度、耐超高温、高附着力和耐常温辐射特性的散热节能环保薄膜涂料及使用方法。
[0008]本发明涉纳米类金刚石散热节能环保薄膜涂料及其使用方法，其包括如下步骤:
(I)配制主组分A剂，A剂的组分包括下述组分按重量比组成:
纳米类金刚石粉体11-20% 水性分散剂1-3%
溶剂78.5-88.0%
所述的纳米粉体为粒径小于或等于10 nm的纳米类金刚石(DLC)，所述的水性分散剂为阴离子型聚合物TH-904，所述的溶剂为水或者乙醇中的一种。
[0009](2)配制副组分B剂，B剂的组分包括下述组分按重量比组成:
水性树脂54-60 %
水性流平剂1-3%
溶剂38-45%
所述的水性树脂为水性环氧树脂，所述的水性流平剂为改性聚有机硅氧烷或水性聚酯树脂中的一种，所述的溶剂为水或乙醇中的一种。
[0010]上述步骤(1)和(2)没有先后顺序。
[0011]所述的步骤(1)，其具体的制备工艺为:将相应重量比的溶剂和分散剂制备成溶液，随后将相应重量比的纳米粉体加入至溶液中，使用高速分散机将混合溶液分散均匀，高速分散机的转速设定为1500-1800转/分钟，分散时间为50-60分钟，高速分散过程完成后即制得主组分A剂。
[0012]将主组分A剂装入密封性良好的容器中，进行包装。
[0013]所述的步骤(2)，其具体的制备工艺为:将相应重量比的溶液、水性流平剂性剂和水性树脂制备成溶液，使用高速分散机将混合水溶液分散均匀，高速分散机的转速设定为2400-3000转/分钟，分散时间为20-30分钟，高速分散过程完成后即制得副组分B剂。
[0014]将副组分B剂装入密封性良好的容器中，进行包装。
[0015]使用时，主组分A剂与副组分B剂的重量比为2:1-3:1。
[0016]本发明一种水溶液型纳米类金刚石散热节能环保薄膜材料的使用方法简述于下:按设计的组分的重量比称取各组分，将涂料通过喷涂、辊涂、刷涂中的任意一种方式对所需涂覆的基材进行涂覆工作。涂覆操作时，可按A剂一B剂一A剂的顺序，或者A剂一B剂—A剂一B剂一A剂的顺序，或者A剂一B剂一A剂一B剂一A剂一B剂一A剂的顺序进行涂覆，涂覆A剂或B剂之间的时间间隔为5-10分钟。涂覆工艺完成后，静置2-3小时后，即可使基材的表面形成一层均匀的薄膜层，并实现与基材的化学键合。
[0017]本发明的基材包括但不仅限于汽车玻璃，钢铁、铝合金等。
[0018]本发明提供的涂料可以直接涂覆于基材的表面。纳米类金刚石粉体采用特殊的合成工艺制备而成，材料涂覆后常温静置固化后可形成纳米结构薄膜层。只需涂覆于需散热降温的基材的表面，能明显降低基材表面和内部的温度，散热效果明显。
[0019]本发明产品具有超薄化，高耐酸碱腐蚀，绝缘阻隔，高硬度，耐超高温，高附着力和耐常温辐射特性的散热节能环保薄膜材料。综合性能优于国内外相似的散热节能环保薄膜材料。本发明成本低廉，操作工艺简单，对环境友好，可广泛应用于汽车隔热散热、LED灯节能、高压电力变压器散热，空调压缩机散热和电动机散热等各类散热器件以及相关领域，有广阔的市场应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为未涂布散热涂料的铝片和涂布本发明实施例1中的散热涂料铝片的升温变化曲线。
【具体实施方式】
[0021]下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
[0022]实施例1:
取阴离子型聚合物TH-904型水性分散剂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的纳米类金刚石粉体11 g，置于该混合溶液中，使用高速分散机将混合水溶液分散均匀，高速分散机的转速设定为1800转/分钟，分散时间为60分钟，高速分散过程完成后即制得主组分A剂。取43.9g水、1.1g水性流平剂聚有机硅氧烷和55g水性环氧树脂制备成溶液，使用高速分散机将混合水溶液分散均匀，高速分散机的转速设定为3000转/分钟， 分散时间为30分钟，高速分散过程完成后即制得副组分B剂。使用时，主组分A剂与副组分B剂的重量比为2:1。将涂料通过刷涂对所需涂覆的基材进行涂覆工作。涂覆操作时，所述组分按先涂A剂，后涂B剂，再次涂A剂的顺序进行。涂覆工作在室温下进行，静置2-3小时后，即可使基材的表面形成一层均匀的薄膜层。
[0023]实施例2，涂料及其使用方法与实施例1基本相同，其区别在于:A剂的成分为阴离子型聚合物TH-904型水性分散剂2.0 g和水83g，纳米类金刚石粉体15 g。B剂的成分为41.5g水、1.5g水性聚酯树脂和57g水性环氧树脂。
[0024]实施例3，涂料及其使用方法与实施例1基本相同，其区别在于:A剂的成分为阴离子型聚合物TH-904型水性分散剂2.5 g和乙醇78.5g，纳米类金刚石粉体19g。B剂的成分为39.1g水、1.9g聚有机硅氧烷和59g水性环氧树脂。
[0025]实施例4，涂料及其使用方法与实施例1基本相同，其区别在于:A剂的成分为水性分散剂2.0 g和水83g，纳米类金刚石粉体15 g。B剂的成分为43.9g水、1.1g水性流平剂和55g水性树脂。涂覆操作时，所述组分按先A剂一B剂一A剂一B剂一A剂的顺序进行。涂覆工作在室温下进行，静置2-3小时后，即可使基材的表面形成一层均匀的薄膜层。
[0026]实施例5，涂料及其使用方法与实施例1基本相同，其区别在于:A剂的成分为水性分散剂2.0 g和水83g，纳米类金刚石粉体15 g。B剂的成分为39.1g水、1.9g水性流平剂和59g水性树脂。涂覆操作时，所述组分按先A剂一B剂一A剂一B剂一A剂一B剂一A剂的顺序进行。涂覆工作在室温下进行，静置2-3小时后，即可使基材的表面形成一层均匀的薄膜层。
[0027]上述实施例为本发明中实施效果较好的实施方式，本发明不能--列举出全部的
实施方式，采用与其相同或者类似方法及组分而得到的其他涂料，均在本发明保护范围之内。
[0028]降温曲线的对比实验的具体测试方法为:准备两块IOcmX IOcmX0.15cm的铝合
金板，其中一块为对照组，其表面没有涂覆散热涂料，另一块为实验组，其表面涂覆有实施例I制备得到的散热涂层。将两铝合金板放置在100°c加热装置中温度恒温I小时后，将感温线固定于铝片的中心位置，撤掉加热装置，利用测温仪记录不同铝合金板的温度变化。由图1可知，涂覆有本发明实施例1的散热涂料的铝合金板降温至起始温度的一半所用的时间为12分钟，而未涂覆散热涂料的铝合金板降温至起始温度的一半所用的时间为35分钟，这说明本发明的纳米类金刚石散热涂料具有非常好的散热效果。
[0029]表1为采用本发明中所列举的实施例制备的溶液型纳米类金刚石散热节能环保涂料的某些测试数据，测试所采用的基材为喷砂铝合金板，尺寸为10 Cm *10 Cm *0.15cm。
[0030]表 I
【权利要求】
1.一种纳米类金刚石散热节能环保薄膜涂料，其特征在于，包括： (1)主组分A剂，A剂的组分包括下述组分按重量比组成： 纳米类金刚石粉体11-20% 水性分散剂1-3% 溶剂78. 5-88. 0% (2)副组分B剂，B剂的组分包括下述组分按重量比组成： 水性树脂54-60 % 水性流平剂1-3% 溶剂38-45% 。
2.根据权利要求1所述的纳米类金刚石散热节能环保薄膜涂料，其特征在于，所述的A剂或B剂中的溶剂为水或者乙醇中的一种，所述的水性树脂为水性环氧树脂，所述的水性流平剂为改性聚有机硅氧烷或水性聚酯树脂中的一种。
3.根据权利要求1所述的纳米类金刚石散热节能环保薄膜涂料，其特征在于，所述纳米类金刚石粉体的粒径小于或等于10 nm，所述的水性分散剂为阴离子型聚合物TH-904。
4.根据权利要求1所述的一种纳米类金刚石散热节能环保薄膜涂料的制备方法，其特征在于，所述主组分A剂的制备工艺为：将相应重量比的溶剂和水性分散剂制备成溶液，随后将相应重量比的类金刚石纳米粉体加入至溶液中，使用高速分散机将混合溶液分散均匀，高速分散机的转速设定为1500-1800转/分钟，分散时间为50-60分钟；所述副组分B剂的制备工艺为：将相应重量比的溶剂、水性流平剂和水性树脂制备成溶液，使用高速分散机将混合水溶液分散均匀，高速分散机的转速设定为2400-3000转/分钟，分散时间为20-30分钟。
5.根据权利要求1所述的纳米类金刚石散热节能环保薄膜涂料的使用方法，其特征在于：使用时主组分A剂与副组分B剂的重量比为2:1-3:1 ;将涂料通过喷涂、辊涂、刷涂中的任意一种方式对所需涂覆的基材进行涂覆工作，按A剂一B剂一A剂的顺序，或者A剂一B剂一A剂一B剂一A剂的顺序，或者A剂一B剂一A剂一B剂一A剂一B剂一A剂的顺序进行涂覆，涂覆A剂与B剂之间的时间间隔为5-10分钟，涂覆工艺完成后，静置2-3小时后，即可使基材的表面形成一层均匀的薄膜层，并实现与基材的化学键合。
【文档编号】C09D7/12GK103834258SQ201210474831
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月21日 优先权日:2012年11月21日
【发明者】王娟波, 王珏 申请人:湖南纳金节能环保科技有限公司