一种电热涂料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种新型电热涂料及其制备方法。油墨的质量分组成，包括：石墨10～20份；导电炭黑2～10份；碳纳米管分散液10～15份；石墨烯分散液7～15份；碳化硅晶须0.5～2份；氧化锡0.5～2份；镍铁尖晶石0.5～2份；水性树脂链接剂16～37份；水20～40份；助剂2.3～8份。本发明专利技术包含该导电组合物的电热浆料及其制备方法。此外，本发明专利技术的导电油墨具有发热均匀性高、电热转化效率高、加热速度快、轻便、柔韧性好、附着力强、耐候性好、抗老化性好、安全性高和环保等优点，可作为建筑用采暖发热产品，另外可加工成各种电热取暖产品。

【技术实现步骤摘要】
一种电热涂料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种用于低温辐射电热膜的碳系电热涂料及其制备方法，属于电热涂料技术。
技术介绍
电热膜是一种供暖系统，目前比较成熟的电采暖方式包括电暖气、电锅炉、发热电缆、电热膜等。其中电热膜辐射采暖因具有热舒适性高和能产生对人体有益的红外线的特点，所以其有很大的发展前景。低温辖射电热膜的发热原理是电阻发热，印刷油墨条相当于电阻，金属载流条相当于导线，把若干个电阻并联起来。电热膜加热时，热能转换为辐射能，通过电磁波的形式发射到人体与房间的围护结构上，此时电磁波的辐射能又转换为人体和墙面的热能，使墙面和人体产生热效应。在辐射采暖中，辐射换热占总换热量的以上，人或物体可以从辐射源直接获得热量，温度要比室内空气高，所以电热膜采暖有益于人体健康和节能环保的优点。但是常用的电热涂料，大多都存在电热膜发热温度不均匀，发热效率低，并且在使用中功率会衰减，工作寿命比较短等缺点。
技术实现思路
为解决电热涂料发热温度不均匀、发热效率低、工作寿命短等问题：本专利技术提供了一种电热涂料；旨在提供一种发热温度均匀、热电转化效率高且使用寿命较长的电热涂料。本专利技术第二目的在于，提供了一种所述的电热涂料的制备方法。本专利技术的第三目的在于，提供所述的电热涂料的应用方法。一种电热涂料，含有以下重量份的组分：所述的水性树脂链接剂中，包含以下重量份的组成：水性树脂14～30份水性树脂乳液2～7份所述功能填料中，包含以下重量份的组分：所述助剂中，包括以下重量份的组分：本专利技术中，通过所述的各重量份的组分之间的协同，使该电热涂料具有发热温度均匀、电热转换效率高和寿命长的优点。通过本专利技术的电热涂料各组分的协同，无机填料分散性好，避免无机填料的团聚；还明显提升了涂膜的延展性、耐击性；提升了电热转化效率和发热温度的均匀性；进而可有效避免聚温现象，明显延长电热膜的使用寿命。本专利技术的关键在于所述的各组分以及重量比例的控制；将组分以及组分的用量控制在所要求的范围内，可协同明显提升电热涂料的整体性能。本专利技术中，采用本专利技术所述的各组分的功能填料，例如所述比例下的石墨和导电炭黑以及碳化硅晶须、氧化锡和镍铁尖晶石，配合水性树脂链接剂和助剂，可明显提升电热涂料的延展性、耐击性、提升得到的导电膜与基底的附着力；此外，还可明显提升发热效率，提升发热均匀性。作为优选，所述的水性树脂为水性聚氨酯树脂、水性聚丙烯酸树脂、水性环氧树脂和水性有机硅树脂的一种或多种。优选的树脂具有良好的水溶性，更环保，且形成的电热膜的性能更优。作为优选，所述的水性树脂为水性聚丙烯酸树脂。优选的该树脂与功能填料的协同效果更优，得到的电热涂料的基材的结合力更好。采用水性树脂和水性树脂乳液配合使用，对最终得到的电热涂料的性能进一步提升，例如，进一步提高电热涂料和基材的结合力。作为优选，所述的水性树脂和水性树脂乳液的比例为2∶1～10∶1。优选控制在该比例下，一方面提升得到的电热涂料与基底的结合力，还可控制电热涂料的方阻。作为优选，水性树脂和水性树脂乳液的比例为7∶1～9∶1。作为优选，所述的石墨为鳞片状石墨，粒径为2μm～10μm。在该优选粒径范围下的石墨烯更利于电热涂料的发热均匀性。较小粒径(小于所述的粒径范围的下限)的石墨分散性会下降，较大粒径的石墨得到的电热涂料干燥后的空隙可能会很大，这些都会一定程度影响电热涂料的发热均匀性。所述的导电炭黑为1～5μm的球状炭黑。该粒径、形态的炭黑，和其他功能调料配合效果更好，且分散性好，有利于提升电热涂料的均匀性。作为优选，石墨和导电炭黑的质量比为1.5～5∶1；进一步优选为1.5～3.5∶1。本专利技术人发现，在该优选的比例下，可出人意料的提升发热均匀性和发热效率。所述的石墨烯分散液为单层石墨烯水性分散液，浓度为1～6mg/ml；进一步优选为5mg/ml。所述的碳纳米管分散液是水性分散液，浓度为1～6mg/m；进一步优选为5mg/ml。本专利技术所述的电热涂料中，采用碳化硅晶须，可与其他填料成分协同，明显提升电热涂料的延展性、耐击性，以及提升得到的电热膜的发热温度的均匀性。作为优选，所述的碳化硅晶须的晶须含量＞90％，直径100-600nm，长度10-30μm；本专利技术人发现，在含量相同的情况下，碳化硅晶须相较于亚纳米级的碳化硅粉末更有利于发热效率、发热均匀性等性能的提升。所述的氧化锡纯度为AR，优选的粒径为1-10μm。该优选粒径的氧化锡和其他功能填料配合，参与提升热转化效率以及协同调整方阻。所述的镍铁尖晶石纯度为AR，优选的粒径为1-10μm。该粒径范围的镍铁尖晶石可与其他填料协同，参与提升电热转化率。本专利技术中，所述的功能填料中，采用所述的碳化硅晶须、镍铁尖晶石、氧化锡三元配合，可明显协同提升电热涂料的发热均匀性和电热效率。此外，本专利技术独创性地将所述比例的碳化硅晶须、镍铁尖晶石、氧化锡应用至碳基电热涂料中，可明显提升电热膜的性能，协同显著提升其发热均匀性。所述的分散剂为亚甲基双萘磺酸钠或十二烷基硫酸钠的一种或多种。该优选分散剂和填料协同，可进一步提升电热涂料的发热均匀性。作为优选，分散剂为亚甲基双萘磺酸钠。作为优选，所述的消泡剂为碳醇醚乳液型非硅消泡剂、GPE型消泡剂和二甲基硅氧烷的一种或多种。作为优选，消泡剂为碳醇醚乳液型非硅消泡剂。作为优选，所用的表面活性剂为吐温80、聚乙二醇、烷基糖苷和聚乙烯吡咯烷酮的一种或多种。作为优选，表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮。优选的表面活性剂的效果最优。作为优选，所用的增稠剂为羧甲基纤维素、聚氨酯增稠剂、碱溶胀丙烯酸增稠剂和海藻酸钠增稠剂的一种或多种。本专利技术所述的电热涂料，优选含有以下重量份的组分：所述的水性树脂链接剂中，包含以下重量份的组成：水性树脂17～27份水性树脂乳液2～3份所述功能填料中，包含以下重量份的组分：所述助剂中，包括以下重量份的组分：所述的硅烷偶联剂为KH-560。作为优选，所述的增稠剂为羧甲基纤维素。本专利技术还公开了所述的电热涂料的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)：树脂胶体的制备按重量称取水性树脂和水性树脂乳液，与水混合，制得水性树脂链接剂；步骤(2)：电热涂料的制备将所述电热涂料的其他组分添加至步骤(1)的水性树脂链接剂中，混合，即得电热涂料。作为优选，步骤(1)中，按重量称取水性树脂和水性树脂乳液，与溶剂水混合搅拌，搅拌时间是1～4h，温度70～90℃，搅拌均匀，制得水性树脂链接剂。步骤(2)中，根据电热涂料的组成在高速分散机中将功能填料、水、助剂和胶体混合，搅拌4～8h，将涂料混合均匀，即制得电热涂料。本专利技术所述的电热涂料的应用，将其涂覆在基底表面，固化形成电热膜。作为优选，将形成的电热膜用于制备电辐射发热器件。本专利技术的导电油墨具有发热均匀性高、电热转化效率高、加热速度快、轻便、柔韧性好、附着力强、耐候性好、抗老化性好、安全性高和环保等优点，可作为建筑用采暖发热产品，另外可加工成各种电热取暖产品。有益效果：本专利技术所述的电热涂料，通过所述的功能填料石墨、导电炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳化硅晶须、氧化锡和镍铁尖晶石的组分及比例的协同，具有良好的分散性，可协同增加涂膜的延展性、耐击性和发热温度的均匀性；有效协同提高电热转化效率和温度的均匀性，避免电热膜出现聚温现象，进而延长电热膜的使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电热涂料，其特征在于，含有以下重量份的组分：

【技术特征摘要】
1.一种电热涂料，其特征在于，含有以下重量份的组分：所述的水性树脂链接剂中，包含以下重量份的组成：水性树脂14～30份水性树脂乳液2～7份所述功能填料中，包含以下重量份的组分：所述助剂中，包括以下重量份的组分：2.根据权利要求1所述的电热涂料，其特征在于：水性树脂为水性聚氨酯树脂、水性聚丙烯酸树脂、水性环氧树脂和水性有机硅树脂至少一种。3.根据权利要求1或2所述的电热涂料，其特征在于：水性树脂和水性树脂乳液的比例为2∶1～10∶1。4.根据权利要求1所述的电热涂料，其特征在于：所用氧化锡粒径为1-10μm；所述的镍铁尖晶石的粒径为1-10μm。5.根据权利要求1或4所述的电热涂料，其特征在于：碳化硅晶须的晶须含量＞90％，直径100-600nm，长度10-30μm。6.根据权利要求1所述的电热涂料，其特征在于：石墨和导电炭黑的质量比为1.5～5∶1。7.根据权利要求1所述的电热涂料，其特征在于：所述的分散剂为亚甲基双萘磺酸钠或十二烷基硫酸钠中的至少一种；所述的消泡剂为碳醇醚乳液型非硅消泡剂；所述的硅烷偶联剂为KH-560；所述的增稠剂为羧甲基纤维素、聚氨酯增稠剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：周宏明，许晓嫦，程名辉，王博益，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43