一种尾矿改性的低压环保电热涂料、涂层及其制备方法

本发明属于环保涂料，特别涉及一种尾矿改性的低压环保电热涂料、涂层及其制备方法。

背景技术：

1、电热涂料是基于电阻发热效应的功能性涂料中的一种，在导电涂料的基础上利用焦耳效应研发的一种具有优良电热性能的功能性涂料，使用过程中不产生其他污染物。它可以像油漆一样涂敷在需要加热的基体表面或者制备成发热薄膜，具有高的安全性。电热涂料具有使用寿命长、节能省电、安全性高等特点，吸引了众多研究人员的兴趣，特别是利用电热涂料开发智能穿戴设备，同时电热涂料在工业、农业、航空航天等领域有着广泛应用，可以用于大棚或建筑物取暖、飞机机翼除冰、电子器件保温等。制备电热复合涂料常用的导电填料包括纯金属、金属氧化物、炭黑、石墨、石墨烯、碳纤维等，为了调节电热复合材料的综合性能，制备过程中还会在复合涂料体系中加入具有调节作用的功能性矿物填料，应用最多的是重钙、灰钙等。

2、目前的处理技术比较单一、创新能力较弱、产品附加价值低、技术落后产能有限。

技术实现思路

1、本发明从尾矿和导电填料着手，经过特殊工艺处理之后，尾矿中的金属化合物可以和碳系导电材料相互协同，形成更加高效稳定的导电导热网络，同时保证涂料电热性能和使用性能。加入金属尾矿有利于实现电热性能和使用性能的平衡，起到绿色环保提质增效的作用。同时加入尾矿之后，电热复合涂料的功率下降，达到相同的有效温度时消耗的能量更低。随着绿色发展战略的逐步深入，国家大力倡导以技术创新引领构建低碳发展新格局。本发明以碳系材料作为导电填料，以废弃镍尾矿作为主要矿物功能性填料，优化了碳系材料和尾矿协同作用制备的电热涂料性能，拓展了尾矿在电热涂料中的应用，发现了镍尾矿特定处理工艺，为电热涂料的发展和应用起到了巨大的推动作用，同时开拓了尾矿处理的新道路。这必将促进环保低碳领域的进一步深入发展，该研究在国内外尚无报道。

2、本发明实现了不同热处理条件下对废弃镍尾矿的电子传输功能调控，同时能够和电热涂料有机结合，提供了一种添加功能型尾矿的绿色低碳电热涂料制备方法。该电热涂料中功能性尾矿与导电填料复合，构建了三维立体导电网络，提升了涂层电热性能和废弃尾矿的高附加值，同时具有热稳定性好、储存稳定性好、发热均匀、升温速率快、安全可靠等优点，可实现对涂层温度30℃～90℃的有效调控，对涂覆膜层进行180°多次弯折后再次通电仍保持稳定的电热性能，同时具有优异的长期工作稳定性。通过与同类型的电热复合涂料相比，添加尾矿进行优化之后，电热复合涂料节能性大幅提升。另外，该电热涂料制备工艺简单、材料及设备成本低、适合大规模生产应用。

3、本发明提供了一种绿色环保型电热涂料，包括如下质量份的组分：导电填料10份～30份、矿物功能填料5份～15份、辅助矿物填料2份～8份、功能助剂0.5份～10份、粘结树脂50份～60份和水50份～200份。

4、优选的，所述导电填料包括碳系导电材料。

5、优选的，所述碳系导电材料选自以下至少一种：石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管。

6、优选的，所述矿物功能填料为经过热处理工艺并球磨处理后的废弃镍尾矿。

7、优选的，所述辅助矿物填料包括以下至少一种：钼尾矿、铁尾矿、硅灰石、硅藻土。

8、优选的，所述粘结树脂包括以下至少一种：环氧树脂、聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂；

9、所述功能助剂包括以下至少一种：消泡剂、分散剂、增稠剂、硅烷偶联剂、附着力促进剂。

10、本发明还提供了上述绿色环保型电热涂料的制备方法，包括以下步骤：将粘结树脂、水和功能助剂搅拌得聚合物混合液；

11、在聚合物混合液中加入导电填料、矿物功能填料和辅助矿物填料混合搅拌，得所述电热涂料。

12、优选的，矿物功能填料镍尾矿在鼓风干燥箱中0~100℃进行热处理1-10h，然后球磨10-30min至粒度小于25um粉末待用；将辅助矿物填料，在鼓风干燥箱中100℃进行干燥，干燥后球磨10-30min至粒度小于25um粉末待用；

13、在高速搅拌容器中按照固定比例依次加入粘结树脂、去离子水、功能助剂，以500r/min～1000r/min搅拌5min～10min制得聚合物混合液。

14、在聚合物悬浮液中按照不同组分和比例加入预处理后的导电填料、矿物功能填料、辅助矿物填料，在高速搅拌机中以2500r/min～3500r/min运行30min～90min，制得电热涂料。

15、本发明还提供了利用上述绿色环保型电热涂料制备得到的电热涂层。

16、本发明还提供了上述电热涂层的制备方法，包括以下步骤：将上述绿色环保型电热涂料通过辊轴涂抹或者丝网印刷的方式，涂覆于目标基材上，常温干燥固化6h～24h后形成电热涂层。

17、综上，本发明有以下有益效果：

18、1.本发明选用碳系材料作为导电填料，制备出的电热涂料质量轻、安全性能高、制作工艺简单、价格低廉，全部原材料均属于工业化产品，所制备的电热涂料能够实现工业化生产。

19、2.本发明通过加入废弃镍尾矿作为功能性矿物填料，基于镍尾矿自身的电子传输效果，同时预处理之后的镍尾矿粉与导电填料相互接触形成稳定的多维导电网络，在外加电压作用下，电流在经过电阻时将电能转化为热能。同时加入辅助矿物填料起到降低涂层的膨胀系数、提升电热涂料的强度、改善电热涂料的工作稳定性等作用。

20、3.本发明通过不同的需求对尾矿进行不同的处理工艺，得到不同结构组成的尾矿粉，充分发挥了不同结构组成尾矿粉对电热涂料性能的优化，制备出性能更好、更加绿色环保的电热涂料。同时加入尾矿之后，进一步降低了电热涂料的能耗，实现了废弃尾矿的高质化应用。

21、4.本发明以水性树脂作为粘结剂，大幅度降低了电热涂料的可挥发性成分，避免了使用有机溶剂造成的出现环境污染和有机溶剂易燃易爆的危险，提升了各种填料之间的粘结性，使电热涂料形成的导电网络更加稳定；

22、5.本发明实现了对涂层温度30℃～90℃的有效调控，可实现工作电压20v～60v可控调节，稳定输出功率＜15w，可广泛应用于智能建筑的加热系统、航天飞行器的机翼除冰、智能加热服装、电子器件加热、轻型取暖设备等领域。

技术特征：

1.一种绿色环保型电热涂料，其特征在于，包括如下质量份的组分：导电填料10份～30份、矿物功能填料5份～15份、辅助矿物填料2份～8份、功能助剂0.5份～10份、粘结树脂50份～60份和水50份～200份。

2.根据权利要求1所述绿色环保型电热涂料，其特征在于，所述导电填料包括碳系导电材料。

3.根据权利要求2所述绿色环保型电热涂料，其特征在于，所述碳系导电材料选自以下至少一种：石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管。

4.根据权利要求1所述绿色环保型电热涂料，其特征在于，所述矿物功能填料为经过热处理工艺并球磨处理后的废弃镍尾矿。

5.根据权利要求1所述绿色环保型电热涂料，其特征在于，所述辅助矿物填料包括以下至少一种：钼尾矿、铁尾矿、硅灰石、硅藻土。

6.根据权利要求1所述绿色环保型电热涂料，其特征在于，所述粘结树脂包括以下至少一种：环氧树脂、聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂；

7.权利要求1~6任一项所述绿色环保型电热涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将粘结树脂、水和功能助剂搅拌得聚合物混合液；

8.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，所述矿物功能填料在0-100℃热处理1-10h，辅助矿物填料在加入前在鼓风干燥箱中100℃进行干燥，然后分别球磨10~30min至粒度小于25μm。

9.一种利用权利要求1~6任一项所述绿色环保型电热涂料制备得到的电热涂层。

10.权利要求9所述电热涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求1~6任一项所述绿色环保型电热涂料通过辊轴涂抹或者丝网印刷的方式，涂覆于目标基材上，常温干燥固化6h～24h后形成电热涂层。

技术总结
本发明提供一种尾矿改性的低压环保电热涂料、涂层及其制备方法，属于环保涂料技术领域。本发明经过废弃尾矿的预处理工艺以及后续尾矿粉和导电填料的协同作用，将经过热处理和高能球磨的尾矿粉和导电填料复合，加入粘结剂和功能化助剂经过高速搅拌分散制备出涂料浆料，之后在基材上涂敷，自然干燥后得到可以导电导热的电热涂层。本发明提供了一种添加功能型尾矿的绿色低碳电热涂料制备方法。该电热涂料中功能性尾矿与导电填料复合，构建了三维立体导电网络，提升了涂层电热性能和废弃尾矿的高附加值，可广泛应用于智能建筑的加热系统、航天飞行器的机翼除冰、智能加热服装、电子器件加热、轻型取暖设备等领域。

技术研发人员：胡洪亮,刘龙祥,金玉杰,蒋大伟,肖力光,朱福,李俊彬,丁旭,卢志芃,孙展艺,王双宁,于龙飞,王欢,李祎,王国强,于浪
受保护的技术使用者：吉林建筑大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11