一种新型水性PTC电热涂料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型水性PTC电热涂料及其制备方法，该水性PTC电热涂料由导电碳材料、聚合物微粉、助剂、水性粘结树脂及水组成，其中所述聚合物微粉为低玻璃化温度热塑性聚合物粉末。其制备方法包括：将聚合物微粉在分散剂的辅助下，通过高速剪切在粘结树脂体系中形成均匀稳定的树脂分散浆料，接着将经过研磨分散的纳米碳导电浆料及各种助剂与其混合、消泡后获得成品涂料。本发明专利技术利用低玻璃化温度聚合物热循环中的凝固‑软化转变，已经体积膨胀，带动纳米碳导电网络的变化，从而改变涂层内部的电阻，获得正温度电阻（PTC）效应，实现对电加热涂料功率的调控。

【技术实现步骤摘要】
一种新型水性PTC电热涂料及其制备方法
本专利技术涉及一种水性电热油墨，特别涉及一种新型水性PTC电热涂料及其制备方法。
技术介绍
导电碳材料随着温度的上升其电阻有下降的趋势，这即是负温度系数效应（NTC），在电加热部件中具有极大危害，严重影响着其使用安全性。如何克服其NTC效应不仅能提高其使用安全性，还能改善加热均匀性，实现功率自适应调控。PTC(PositiveTemperatureCoefficient)效应，即正温度系数效应，是指此材料的电阻会随温度的升高而增加。PTC效应在电加热原件中可以有效保护发热体，随着温度升高，电阻增大，功率下降，可实现对温度的自适应调控，是一种安全可靠的过热保护手段。可印刷电热油墨是面状电加热部件的核心材料，采用涂布印刷工艺的面状发热膜由于具有发热均匀、热能利用率高、辐射面积大、电流密度低、电磁辐射低等特点，成为新一代的高效电加热技术。大面积印刷涂布对电热膜的发热均匀性要求更高，必须要求克服导电碳材料的NTC效应。中国专利技术专利201410217613.0公开了一种双控温PTC导电印刷油墨及其制备方法，采用两种树脂：结晶型树脂和非结晶型树脂，通过互配调整油墨的PTC效应。中国专利技术专利201310504189.3公开了一种调节功率的导电油墨及其制备方法和应用，直接采用聚烯烃类树脂为粘结剂，借鉴PTC电阻的原理，通过聚烯烃材料升温降温循环的结晶融化实现PTC功能。随着我国对环保要求越来越高，水性电热油墨技术已经成为迫切需求，但迄今为止水性PTC尚鲜有报道，具有PTC功能的水性电热油墨更是成为迫切所需。本专利技术利用低玻璃化温度聚合物热循环中的凝固-软化转变，已经体积膨胀，带动纳米碳导电网络的变化，从而改变涂层内部的电阻，获得正温度电阻（PTC）效应，实现对电加热涂料功率的调控。本专利技术的全水性PTC电热涂料具有制备加工简单、绿色环保，具有功率自调控能力，可广泛应用于各类电加热面状发热膜，具有广阔应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型水性PTC电热涂料及其制备方法，以克服现有技术的不足。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种新型水性PTC电热涂料，由导电碳材料、聚合物微粉、助剂、水性粘结树脂及水组成，其基本组成及重量百分比为：导电碳材料1-20%聚合物微粉2-15%助剂1-10%水性粘结树脂10-30%水余量。进一步的，其特征在于：所述导电碳材料是至少含碳纳米管、石墨烯、纳米碳纤维等一种或任意组合，且可同时添加导电炭黑、石墨粉等导电碳材料。一种新型水性PTC电热涂料，其特征在于：所述聚合物微粉是低玻璃化温度热塑性聚合物粉末，玻璃化温度低于40℃，粒径200纳米-5微米，可以是聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚丙烯酸树脂（PAA）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、热塑性弹性体材料（TPE）、热塑性聚氨酯弹性（TPU）等的任意一种及组合，可采用液氮、液氦或干冰下高能球磨获得相应聚合物微米。进一步的，其特征在于：助剂包括分散剂、润湿剂、增稠剂、流平剂、防沉剂、防霉剂等。进一步的，其特征在于：其中分散剂为可以是各种表面活性剂，包括但不限定为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、辛基酚聚氧乙烯醚、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、商业炭黑分散浸润剂中的任意一种或两种以上的组合任意。进一步的，其特征在于：所述水性粘结树脂可以是水性聚氨酯、水性丙烯酸树脂、水性酚醛树脂、水性环氧树脂、水性醇酸树脂、水性聚酯树脂的任意一种及组合。一种新型水性PTC电热涂料，其制备方法是：（1）纳米碳水性分散液的制备，按配比将导电碳材料、分散剂、润湿剂在搅拌下混合均匀，超声、研磨、高速剪切、高压均质等工艺制备得到分散均匀的分散液，静置消泡后备用；（2）将聚合物微粉和分散剂按配比添加入水性粘结树脂中，通过高速搅拌分散，1000-8000rpm下搅拌30分钟-5小时，获得聚合物微粉的分散浆料；（3）在50-400rpm低速搅拌下，将纳米碳水性分散液逐渐加入聚合物微粉的分散浆料中，随后升高转速至400-2000rpm，加入流平剂、防霉剂、防沉剂和水，搅拌30分钟-5小时，最后加入增稠剂调整粘度至设定范围，而后静置消泡，获得最终产品。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：（1）采用低玻璃化温度聚合物微粉为PTC功能材料，利用其升温降温过程中熔化凝固及热膨胀的作用，改变涂层内部导电网络，从而实现对整体涂层PTC功能的调控；（2）水性PTC电热油墨可实现功率自适应调控，具有安全可靠，发热均匀，高效节能的优势；（3）全水性电热油墨具有安全环保的特点，适合工业化大规模生产。本专利技术利用低玻璃化温度聚合物热循环中的凝固-软化转变，已经体积膨胀，带动纳米碳导电网络的变化，从而改变涂层内部的电阻，获得正温度电阻（PTC）效应，实现对电加热涂料功率的调控。本专利技术的全水性PTC电热涂料具有制备加工简单、绿色环保，具有功率自调控能力，可广泛应用于各类电加热面状发热膜，具有广阔应用前景。具体实施方式实施例1一种新型水性PTC电热涂料组成及重量百分比为：导电碳材料：碳纳米管5%聚合物微粉：聚乙烯（玻璃化温度30℃，粒径1微米）5%分散剂：十二烷基苯磺酸钠2%流平剂：BYK3330.5%润湿剂：BYK1910.5%其他助剂1%水性粘结树脂：水性聚氨酯树脂20%水余量。首先按配比将导电碳材料、分散剂、润湿剂在搅拌下混合均匀，通过纳米研磨工艺制备得到分散均匀的碳材料水性分散液，静置消泡后备用。将聚合物微粉和分散剂按配比添加入水性粘结树脂中，通过高速搅拌分散，3000rpm下搅拌2小时，获得聚合物微粉的分散浆料。接着在200rpm低速搅拌下，将碳材料水性分散液逐渐加入聚合物微粉的分散浆料中，随后升高转速至1500rpm，加入流平剂、防霉剂、防沉剂和水，搅拌1小时，最后加入增稠剂调整粘度至设定范围，而后静置消泡，获得最终产品。通过刮涂工艺将成品涂布成5厘米×15厘米样条，测试表面电阻为500Ω/□，采用精密热敏电阻测试仪测试其PTC强度可达3。实施例2一种新型水性PTC电热涂料组成及重量百分比为：导电碳材料：石墨烯10%聚合物微粉：聚丙烯（玻璃化温度40℃，粒径0.5微米）10%分散剂：曲拉通X1002%流平剂：BYK3310.5%润湿剂：BYK1900.5%其他助剂1%水性粘结树脂：水性丙烯酸树脂20%水余量。首先按配比将导电碳材料、分散剂、润湿剂在搅拌下混合均匀，通过纳米研磨工艺制备得到分散均匀的碳材料水性分散液，静置消泡后备用。将聚合物微粉和分散剂按配比添加入水性粘结树脂中，通过高速搅拌分散，3000rpm下搅拌2小时，获得聚合物微粉的分散浆料。接着在200rpm低速搅拌下，将碳材料水性分散液逐渐加入聚合物微粉的分散浆料中，随后升高转速至1500rpm，加入流平剂、防霉剂、防沉剂和水，搅拌1小时，最后加入增稠剂调整粘度至设定范围，而后静置消泡，获得最终产品。通过刮涂工艺将成品涂布成5厘米×15厘米样条，测试表面电阻为450Ω/□，采用精密热敏电阻测试仪测试其PTC强度可达3。实施例3一种新型水性PTC电热涂料组成及重量百分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型水性PTC电热涂料，其特征在于：由导电碳材料、聚合物微粉、助剂、水性粘结树脂及水组成，其基本组成及重量百分比为：导电碳材料    1‑20%聚合物微粉    2‑15%助剂          1‑10%水性粘结树脂  10‑30%水            余量。

【技术特征摘要】
1.一种新型水性PTC电热涂料，其特征在于：由导电碳材料、聚合物微粉、助剂、水性粘结树脂及水组成，其基本组成及重量百分比为：导电碳材料1-20%聚合物微粉2-15%助剂1-10%水性粘结树脂10-30%水余量。2.根据权利要求1所述的一种新型水性PTC电热涂料，其特征在于：所述导电碳材料是至少含碳纳米管、石墨烯、纳米碳纤维一种或任意组合，且能够同时添加导电炭黑、石墨粉导电碳材料。3.根据权利要求1所述的一种新型水性PTC电热涂料，其特征在于：所述聚合物微粉是低玻璃化温度热塑性聚合物粉末，玻璃化温度低于40℃，粒径200纳米-5微米，或是聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、热塑性弹性体材料、热塑性聚氨酯弹性的任意一种及组合，采用液氮、液氦或干冰下高能球磨获得相应聚合物微米。4.根据权利要求1所述的一种新型水性PTC电热涂料，其特征在于：助剂包括分散剂、润湿剂、增稠剂、流平剂、防沉剂、防霉剂。5.根据权利要求4所述的一种新型水性PTC电热涂料，其特征在于：其中分散剂为可以是各种表面活性剂，包括但不限定为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、辛基酚聚氧乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈名海，张永毅，李清文，张亦驰，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院，
类型：发明
国别省市：江西,36