一种改性石墨烯及其制备方法、一种水性石墨烯散热涂料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种改性石墨烯及其制备方法、一种水性石墨烯散热涂料及其制备方法；其中改性石墨烯以重量份计，包括如下组分：片状石墨烯15～45份、球状高导热炭黑2～6份、片状氮化硼2～6份、球状氮化硼2～6份、石墨烯分散剂：0.2～0.5份以及片状粘土5～10份，其通过粘土的助分散效果，以及通过三聚氰胺将片状石墨烯、片状氮化硼、球状高导热炭黑及球状氮化硼横纵连接相互作用，得到具有网络状结构的改性石墨烯，然后添加粘结剂与消泡剂之后直接制备出性能优异的高效、绿色环保的散热涂料。

A modified graphene and its preparation method, a water-borne graphene heat dissipation coating and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种改性石墨烯及其制备方法、一种水性石墨烯散热涂料及其制备方法
本专利技术属于涂料生产制备
，具体涉及一种改性石墨烯及其制备方法、一种水性石墨烯散热涂料及其制备方法。
技术介绍
随着电子工业技术的不断发展，现代化的电子电器正在朝着体积小、能量密度高的方向发展，但电子器件常常在其运行过程中，由于热量无法散失或者传到外部，会导致电子产品运行效率降低、损坏，使电子元件的使用寿命大大降低。近年来，很多研究者将涂层技术应用于中低温环境中的元器件散热。传统的导热涂料包括有机硅树脂、环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸、聚氨酯等，诸如：氧化铝、氧化镁、氮化硼、氧化铍等无机填料，其具有良好的导热效果，但多数需要厚涂约100μm。然而石墨烯仅具有优异的横向导热性能，纵向热传导系数较低，阻碍了其在散热领域的应用。中国专利公告号为“CN102964972”的专利技术专利申请公开了一种含石墨烯或氧化石墨烯的复合强化散热涂料及其制备方法，该方法制备的散热涂料红外发射率高，可达0.96，但该方法制备的散热涂料工艺复杂，工序多，产业化实施难度大，成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种改性石墨烯，具有横纵交错的导热散热网络结构；本专利技术的目的之二在于提供一种改性石墨烯的制备方法；本专利技术的目的之三在于提供一种水性石墨烯散热涂料，其以改性石墨烯为原料，散热性能得以大幅提高；本专利技术的目的之四在于提供一种水性石墨烯散热涂料的制备方法，其工艺简单，工序简化，便于实现产业化。为达到上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：技术方案一：一种改性石墨烯，以重量份计，包括如下组分：片状石墨烯15～45份、球状高导热炭黑2～6份、片状氮化硼2～6份、球状氮化硼2～6份、石墨烯分散剂0.2～0.5份以及片状粘土5～10份。氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的。包括四种不同的变体：六方氮化硼(HBN)、菱方氮化硼(RBN)、立方氮化硼(CBN)和纤锌矿氮化硼(WBN)。本专利技术所述片状氮化硼指的是片状立方氮化硼，实际上是晶体发育不完整的八面体，在这样的晶体生长过程中，总有一个(111)面生长较快而其他面生长较慢，相当于一个完整八面体沿(111)面切割后所得到的形状。其合成方法参照(“片状立方氮化硼合成及其导电特性研究”，人工晶体第26卷第3-4期)。本专利技术所述的球状氮化硼为六方氮化硼，其具有类似于石墨的层状结构，导热性、电绝缘性、化学稳定性、固体润滑性、耐热冲击性等优良特性。所述球状氮化硼的制备方法参照名称为一种球状化氮化硼的制造方法(公开号CN102482087)。在此不再赘述。作为本专利技术的进一步改进，所述片状粘土为片状的蒙脱土、高岭土、伊利石中的至少一种。作为本专利技术的进一步改进，所述片状粘土为经过改性剂改性后的片状粘土。作为本专利技术的进一步改进，所述改性剂为季铵盐类化合物，改性剂的添加量为粘土的0.5wt～10wt％。作为本专利技术的进一步改进，所述改性剂为十六烷基三甲基溴化铵。十六烷基三甲基溴化铵为阳离子表面活性剂。作为本专利技术的进一步改进，所述石墨烯分散剂为三聚氰胺和浓盐酸的混合物，其中三聚氰胺和浓盐酸的用量比为1g:2mL。三聚氰胺作为分散剂不仅具有助分散作用，同时与盐酸作用生成季铵盐后其氨基正离子通过静电作用将高导电炭黑和球状氮化硼吸引到分子表面，经过三聚氰胺与石墨烯之间的π-π叠加，使得片状石墨烯、球状高导电炭黑、球状氮化硼连接为一个横纵交错的立体导热散热网络，实现涂料的高效散热。三聚氰胺在其中充当了桥梁的作用。技术方案二：一种改性石墨烯的制备方法，包括如下步骤：(1)粘土的预处理：将粘土缓慢加入去离子水中，在搅拌作用下使其均匀分散，随后加入改性剂；(2)将片状石墨烯和片状氮化硼缓慢加入粘土的悬浮液体中，加入三聚氰胺和盐酸，快速搅拌，随后将悬浮液加入研磨釜中进行分散研磨，直至分散均匀；(3)将球状高导热炭黑和球状氮化硼缓慢加入上述研磨釜中进行共研磨即得。本专利技术的形成原理如下：技术方案三：一种水性石墨烯散热涂料，包括上述改性石墨烯26.2～73.5份、粘结剂10～25份和消泡剂0.2～0.5份。作为本专利技术的进一步改进，所述粘结剂为纯丙乳液、水性聚氨酯乳液、水性环氧乳液、水性苯丙乳液中的至少一种。技术方案四：一种水性石墨烯散热涂料的制备方法，步骤如下：将改性石墨烯中加入粘结剂，搅拌，待分散均匀后加入消泡剂，搅拌分散均匀后即得石墨烯散热涂料。与现有技术相比，本专利技术具有如下技术效果：本专利技术将不同结构的散热性能优异的物理法制备的片状石墨烯与片状氮化硼进行均匀分散，使两者之间通过三聚氰胺的作用进行有效的结合，同时加入一定量的球状高导热炭黑及球状氮化硼插入片层之间，提升涂层在纵向上的热导效率，形成一个横纵交错的导热散热网络结构，该结构能够大大提高散热性能。此外所制备涂料中还具有片状粘土作为第三片状组分，进一步提升石墨烯和氮化硼的分散性。说明书附图附图1为实施例1和对比例3-5及对照例1的散热涂料的升温速率图。具体实施方式应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限值和下限值之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限值和下限值可独立地包括或排除在范围内。另外，为了更好地说明本专利技术的内容，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本专利技术同样可以实施。在另外一些实施例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段未作详细描述，以便于凸显本专利技术的主旨。关于本专利技术的技术指标的测定方法均为本领域内使用标准方法，具体可参见最新的国家标准，除非另外说明。实施例1：将5g蒙脱土缓慢加入100g去离子水中，在搅拌作用下使其均匀分散，随后加入0.2ml聚醚胺改性。将40g片状石墨烯和5g片状氮化硼缓慢加入蒙脱土的悬浮液体中，加入0.5g三聚氰胺、1ml浓盐酸，快速搅拌，随后将悬浮液加入研磨釜中进行分散研磨，直至分散均匀。将2g球状高导热炭黑和2g球状氮化硼缓慢加入上述研磨釜中进行共研磨，研磨结束后加入20g纯丙乳液，分散均匀后加入0.2ml消泡剂。搅拌分散1h后得到均匀细腻的石墨烯散热浆料。涂膜附着等级1级，涂料性质稳定且不发生沉降。测定涂覆该涂料的LED灯散热效果，结果表明，LED灯工作5h后温度为52℃(未涂覆散热涂料的LED灯工作5h后温度为79℃)。本实施例的升温速率图见图1。实施例2：将10g蒙脱土缓慢加入100g去离子水中，在搅拌作用下使其均匀分散，随后加入1ml聚醚胺改性。将45g片状石墨烯和6g片状氮化硼缓慢加入蒙脱土的悬浮液体中，加入0.3g三聚氰胺、0.6ml浓盐酸，快速搅拌，随后将悬浮液加入研磨釜中进行分散研磨，直至分散均匀。将4g球状高导热炭黑和3g球状氮化硼缓慢加入上述研磨釜中进行共研磨，研磨结束后加入25g纯丙乳液，分散均匀后加入0.5ml消泡剂。搅拌分散1h后得到均匀细腻的石墨烯散热浆料。涂膜附着等级1级，涂料性质稳定且不发生沉降。测定涂覆该涂料的LED灯散热效果，结果表明，LED灯工作5h后温度为55℃(未涂覆散热涂料的LED本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性石墨烯，其特征在于，以重量份计，包括如下组分：片状石墨烯15～45份、球状高导热炭黑2～6份、片状氮化硼2～6份、球状氮化硼2～6份、石墨烯分散剂0.2～0.5份以及片状粘土5～10份。

【技术特征摘要】
1.一种改性石墨烯，其特征在于，以重量份计，包括如下组分：片状石墨烯15～45份、球状高导热炭黑2～6份、片状氮化硼2～6份、球状氮化硼2～6份、石墨烯分散剂0.2～0.5份以及片状粘土5～10份。2.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯，其特征在于，所述片状粘土为片状的蒙脱土、高岭土、伊利石中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯，其特征在于，所述片状粘土为经过改性剂改性后的片状粘土。4.根据权利要求3所述的一种改性石墨烯，其特征在于，所述改性剂为季铵盐类化合物，改性剂的添加量为粘土的0.5wt～10wt％。5.根据权利要求4所述的一种改性石墨烯，其特征在于，所述改性剂为十六烷基三甲基溴化铵。6.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯，其特征在于，所述石墨烯分散剂为三聚氰胺和浓盐酸的混合物，其中三聚氰胺和浓盐酸的用量比为1g:2mL。7.一种如权利要求1-6任一项所述的改性石墨烯的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张贺新，付梦翔，万玉保，钟航，赵德军，万超，许立信，余谟鑫，
申请(专利权)人：安徽工大化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34