一种自分散水性电热浆料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种自分散水性电热浆料及其制备方法,所述电热浆料包括水性助分散树脂、导电纳米炭黑、导电石墨、石墨烯、成膜剂、消泡剂、流平剂、去离子水的成分。制备过程中引入锚固基团和亲水基能有效增加碳材料的分散程度，无需在额外添加分散剂，就能获得分散均匀、高填充率的水性电热浆料，因其形成稳定的水性体系，浆料在后续的储存过程中不存在分层、沉降、絮凝等风险；且通过添加水就能实现调节粘度，无需重新考虑分散剂的占比和效果，具有便捷性及可操作性强的优点。总体上解决碳材料在水性浆料中易团聚、难分散，难以获得高的体积填充率，导致导电率差的问题，以及需要添加分散剂导致制备繁杂的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种自分散水性电热浆料及其制备方法
本专利技术涉及材料制备领域，具体涉及一种自分散水性电热浆料及其制备方法。
技术介绍
导电性发热浆料，又称电热浆料，是在导电浆料基础上开发出的具有优异电热特性的一种新型功能性浆料。目前，电热浆料大多采用在基础粘结树脂中填充高辐射率、高热导率无机材料的方式，以获得同时具有高辐射率和高热导率的浆料，所使用的无机材料大部分是一些碳纳米材料，如碳纳米管、石墨烯、纳米碳球、纳米导电炭黑等。但这些纳米碳材料在浆料中易团聚、难分散，尤其在水性体系中难以获得高的体积填充率，故难以形成高效的导电导热通道，其对导电率的贡献并未达到理论预期效果。通常情况下，要依靠外加分散剂来对碳纳米材料进行助分散，而过多的分散剂会影响浆料的导电性，严重时甚至导致浆料不导电。同时，添加分散剂的浆料在后续储存过程中存在分层、沉降、絮凝等风险；在对浆料稀释过程中，又得重新考虑分散剂的占比和效果，操作繁琐。现有技术中，对电热纳米碳浆的分散研究都只停留在外加分散剂层面,而采用自分散技术制备和用水对其自稀释技术极少。如专利号为CN105820634A的专利公开了一种石墨烯_炭黑复合导电涂料及其制备方法和应用。又如专利号为CN108250844A公开了一种水性石墨烯高导电油墨的制备方法。但上述方案不能使得碳材料在水性体系中获得较高的体积填充率。综合上，现有技术中仍然存在碳材料在水性浆料中易团聚、难分散，尤其在水性体系中难以获得高的体积填充率，导致导电率差的问题；或者现有技术中需要添加分散剂，导致浆料在后续储存过程中存在分层、沉降、絮凝等风险，增加制备工艺的复杂程度。
技术实现思路
本专利技术提出了一种自分散水性电热浆料及其制备方法以解决碳材料在水性浆料中易团聚、难分散，尤其在水性体系中难以获得高的体积填充率，导致导电率差的问题，以及需要添加分散剂的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种自分散水性电热浆料，其包括以下重量百分比的成分：10～35％水性助分散树脂、5～25％导电纳米炭黑、10～20％导电石墨、2～6％石墨烯、1～10％成膜剂、0.1～3％消泡剂、0.1～3％流平剂、20～50％去离子水。可选地，所述水性助分散树脂为非离子型聚醚-聚氨酯树脂、端甲基丙烯酸聚醚-聚氨酯梳状聚合物、端聚醚-聚氨酯聚合物中的一种或多种。可选地，所述非离子型聚醚-聚氨酯树脂分子结构式为：其中，R为脂肪族或芳香族聚氨酯残基，A-B-A嵌段共聚物，x+y+z＝15～40。可选地，所述端甲基丙烯酸聚醚-聚氨酯梳状聚合物树脂分子结构式为：其中，R为脂肪族或芳香族聚氨酯残基或环氧残基，x+y+z＝15～40。可选地，所述端聚醚-聚氨酯聚合物分子结构式为：其中，R为脂肪族或芳香族聚氨酯残基，A-B-A嵌段共聚物，一端为聚醚链，一端为PU-醇胺官能团，x+y＝13～38。可选地，所述导电纳米炭黑为DBP吸油值为100～400，粒径为10～50nm。可选地，所述石墨烯为单层或多层石墨烯、氧化石墨烯、还原石墨烯中的一种或多种。可选地，所述成膜剂为二丙二醇甲醚、丙三醇、乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚、乙酸乙酯中的一种或多种。可选地，所述消泡剂为丙烯酸酯消泡剂、有机硅消泡剂、聚烯烃消泡剂、含氟消泡剂中的一种或多种。另外，本申请还提供一种自分散水性电热浆料的制备方法，所述方法包括以下步骤：S1.合成水性聚氨酯树脂：按配比将羟基树脂、聚乙二醇、二异氰酸酯加入到反应容器中，在氮气保护下搅拌、升温至50～100℃，加入催化剂反应2～8小时，最后加入去离子水调节固含量，制得水性助分散聚氨酯树脂；S2.配制浆料混合液：按照上述配比将合成的水性自分散聚氨酯树脂、成膜剂、消泡剂、流平剂、去离子水依次加入反应器中，安装浆式搅拌器并调节浆式搅拌器的转速为200～300r/min，搅拌分散时间为30～60min，得浆料混合液；S3.配制导电粗浆料：将浆式搅拌器更换为盘式搅拌器，并将盘式搅拌器调至转速为100～200r/min，在搅拌的条件下，往浆料混合液中缓慢添加碳材料，待碳材料完全被浆料混合液润湿后，调节转速至1000～2000r/min，并在此转速下分散30～60min，制得导电粗浆料；S4.研磨导电浆料：利用三辊机对所述导电粗浆料进行研磨，调节好辊轴间距，确保过机1～2次浆料细度达15um以下，过滤出料得导电浆料；S5.调节导电浆料黏度：根据浆料应用领域或涂布方式调节黏度，直接向导电浆料中加入适宜的去离子水，搅拌均匀就能获得相应的粘度。与现有技术相比，本专利技术所取得的有益技术效果是：1.本专利技术制备的水性电热浆料中含有较多的锚固基团和亲水基，能有效增加碳材料的分散程度，无需在额外添加分散剂，就能获得碳材料分散均匀的水性电热浆料，进而获得高的体积填充率，以及优异的导电率。2.本专利技术减少了助剂的使用，相对地提高导电碳材料在浆料中的质量占比，在获得较高的体积填充率时，更易形成高效的导电通道，同时也减少了因助剂带来的界面电阻。3.本专利技术的水性电热浆料中树脂的添加对填料具有显著的分散作用，并能形成稳定的水性体系，进而浆料在后续的储存过程中不存在分层、沉降、絮凝等风险。4.本专利技术制备的水性电热浆料能通过直接添加去离子实现粘度调节，即控制体系中去离子水的质量比来实现粘度调节，无需重新考虑分散剂的占比和效果，具有便捷性以及可操作性强的优点。5.本专利技术制备的电热浆料为水性体系，总体上安全无毒，产品以及制备过程中无产生污染，具有环保的优势。附图说明从以下结合附图的描述可以进一步理解本专利技术。图1是本专利技术实施例之一中自分散电热水性浆料的制备方法的流程示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本专利技术为一种自分散水性导热浆料及其制备方法，根据图1所示讲述以下实施例：实施例1：本实施例提供一种自分散水性电热浆料，其包括以下重量百分比的成分：35％水性助分散树脂、5％导电纳米炭黑、20％导电石墨、6％石墨烯、10％成膜剂、0.1％消泡剂、0.1％流平剂、23.8％去离子水。在优选的实施例中，所述水性助分散树脂为非离子型聚醚-聚氨酯树脂、端甲基丙烯酸聚醚-聚氨酯梳状聚合物、端聚醚-聚氨酯聚合物中的一种或多种；目的是为了引入分子链中的锚固基团和亲水基，此处所述锚固基团主要是烃链和芳基，亲水基主要是羟基和醚链，另外，在本实施例中，能有效在体系中引入羟基以及醚链，羟基的引入使树脂分子能与碳材料表面极性基团形成氢键而被吸附。醚链以嵌段的形式引入分子链间，增加了树脂分子的亲水性，利于大分子在水性体系中完全伸展本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自分散水性电热浆料，其特征在于：其包括以下重量百分比的成分：10～35％水性助分散树脂、5～25％导电纳米炭黑、10～20％导电石墨、2～6％石墨烯、1～10％成膜剂、0.1～3％消泡剂、0.1～3％流平剂、20～50％去离子水。/n

【技术特征摘要】
1.一种自分散水性电热浆料，其特征在于：其包括以下重量百分比的成分：10～35％水性助分散树脂、5～25％导电纳米炭黑、10～20％导电石墨、2～6％石墨烯、1～10％成膜剂、0.1～3％消泡剂、0.1～3％流平剂、20～50％去离子水。


2.根据权利要求1所述的自分散水性电热浆料，其特征在于：所述水性助分散树脂为非离子型聚醚-聚氨酯树脂、端甲基丙烯酸聚醚-聚氨酯梳状聚合物、端聚醚-聚氨酯聚合物中的一种或多种。


3.根据权利要求2所述的自分散水性电热浆料，其特征在于：所述非离子型聚醚-聚氨酯树脂分子结构式为：



其中，R为脂肪族或芳香族聚氨酯残基，A-B-A嵌段共聚物，x+y+z＝15～40。


4.根据权利要求2所述的自分散水性电热浆料，其特征在于：所述端甲基丙烯酸聚醚-聚氨酯梳状聚合物树脂分子结构式为：



其中，R为脂肪族或芳香族聚氨酯残基或环氧残基，x+y+z＝15～40。


5.根据权利要求2所述的自分散水性电热浆料，其特征在于：所述端聚醚-聚氨酯聚合物分子结构式为：



其中，R为脂肪族或芳香族聚氨酯残基，A-B-A嵌段共聚物，一端为聚醚链，一端为PU-醇胺官能团，x+y＝13～38。


6.根据权利要求1所述的自分散水性电热浆料，其特征在于：所述导电纳米炭黑为DBP吸油值为100～400，粒径为10～50nm。


7.根据权利要求1所述的自分散水性电热浆料，其特征在于：所述石墨烯为单层或多层石墨烯、氧化石墨烯、还原石墨烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘耀春，樊小军，
申请(专利权)人：佛山华南新材料研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44