具有储热导热功能的纳米石墨粉体制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了具有储热导热功能的纳米石墨粉体制备方法，包括步骤：将膨胀石墨原料采用气流破碎，得到纳米石墨粉体；通过喷射方式将相变材料液滴渗透嵌入纳米石墨粉体内的网状多孔结构孔隙中，得到具有储热功能的纳米石墨粉体；然后采用气流分散及喷雾相结合，使纳米石墨粉体与有机聚合物改性剂相互碰撞、接触，形成化学吸附并实现化学架桥链接，使纳米石墨粉体表面的孔隙封闭，得到表面具有有机相溶性及内部具有储热性能的高导热纳米石墨粉体。上述方法制备的纳米石墨粉体具有储能密度高、导热换热效率高、储热效果好的特点，耐水性和耐腐蚀性强。本发明专利技术还提供了上述方法制备的具有储热、导热功能的纳米石墨粉体在防腐涂料领域的应用。领域的应用。

【技术实现步骤摘要】
具有储热导热功能的纳米石墨粉体制备方法和应用


[0001]本专利技术属于涂料
，具体涉及一种用于水性涂料的纳米石墨粉体制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前现有的市场上性能优异的防腐涂料仍然是溶剂型为主，溶剂挥发会产生环保问题，因此水性防腐涂料已成为涂料企业的未来技术发展方向。但是目前水性防腐涂料的填料主要是采用无机氧化物粉体，具有较低导热散热性能和导电性能，因此限制了其在一些苛刻额自然环境、工业工程或高度集成设备等领域的应用。面对耐热、耐腐蚀、耐老化的水性重防腐涂料市场需求，研发新型长效环保轻质的水性防腐涂料已成为涂料研发领域的热点和方向。
[0003]重防腐涂料一般多数是采用环氧树脂类型的产品，但是环氧树脂在长期光照下易发生苯环断裂引起涂层局部脱落，大大降低了防腐涂料的使用寿命。
[0004]因此，有必要解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，首先提供了一种具有储热导热功能的纳米石墨粉体制备方法。
[0006]本专利技术提供的具有储热导热功能的纳米石墨粉体制备方法，包括下述步骤：
[0007]S1将膨胀石墨原料采用气流破碎，得到纳米石墨粉体；
[0008]S2通过喷射方式将一定量的熔融相变材料液滴喷射在所述纳米石墨粉体中，使所述相变材料液滴渗透嵌入所述纳米石墨粉体内的网状多孔结构孔隙中，形成具有储热功能的纳米石墨粉体；
[0009]S3将S2步骤制备的所述纳米石墨粉体置于反应釜内，采用气流分散及喷雾相结合，喷入一定量的有机聚合物改性剂，使所述纳米石墨粉体与所述有机聚合物改性剂在反应釜中进行碰撞、接触，形成化学吸附并实现化学架桥链接，使所述纳米石墨粉体表面的孔隙封闭，从而得到表面具有有机相溶性及内部具有储热性能的高导热纳米石墨粉体。
[0010]本专利技术还提供了上述方法制备的具有储热、导热功能的纳米石墨粉体在防腐涂料领域的应用，可用于高温、高热、高辐照等工况下的重防腐水性涂料领域。
[0011]本专利技术具有下列技术效果：
[0012](1)本专利技术以相变材料作为储能单元，以膨胀石墨为骨架，结合石墨丰富的孔隙结构、高导热性和相变材料储热性能，制备得到的纳米石墨粉体具有储能密度高、导热换热效率高、储热效果好，安全稳定、绿色环保等特点。用于防腐涂料可缓解环境温度的变化速度，起到调节温度的效果。
[0013](2)本专利技术通过采用有机聚合物对纳米石墨粉体进行改性处理，从而使石墨粉体保有一定的亲水性，易于分散，应用于涂料中有效提高了涂料的散热效率，改善了涂层附着
力、耐水性和耐腐蚀性。同时，采用有机聚合物还可形成对纳米石墨粉体外表面孔隙的阻隔性，使相变材料封装固定在纳米石墨粉体的空隙内，可减缓或隔绝热量交换，维持材料温度稳定性能。
[0014](3)本专利技术制备方法简单、设备投资少、工艺流程短、成本低，易实现工业化生产。
具体实施方式
[0015]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0016]本专利技术提供的具有储热导热功能的纳米石墨粉体制备方法，包括下述步骤：
[0017]S1将膨胀石墨采用气流破碎方式破碎，获得纳米级石墨粉体。
[0018]膨胀石墨是由片状石墨高温膨化形成，片状石墨具有耐高温、耐氧化、耐腐蚀、耐辐射、高导热、高导电及自润滑性良好等优点，片状石墨在高温(如在加热炉内500
‑
800℃温度)下可瞬间体积膨胀150～300倍，由片状变为蠕虫状，得到具有疏松多孔的蠕虫状物质，其孔洞具有多边形网状、平板形和契形狭缝形等，这些孔洞是由10～50nm厚的石墨片叠合而成的平行塌陷片层孔隙构成。片状石墨微观孔隙结构从表面到体内的孔径范围约10
‑3～101μm，其中400目(39μm)石墨体内孔径宽度主要分布在2μm附近、1000目(13μm)的石墨体内孔径宽度主要分布在450nm附近，孔径较大，比表面积大、表面活性较高。膨胀石墨除了具备片状石墨本身的耐冷热、耐腐蚀、自润滑等优良性能以外，其结构松散，多孔而弯曲，表面积扩大、表面能提高、吸附鳞片石墨力增强，蠕虫状石墨之间可自行嵌合，这样增加了它的柔软性、回弹性和可塑性。
[0019]本步骤选用膨胀石墨为原料，可以利用片状石墨的物理阻隔防渗透作用和其导电性网络形成牺牲阳极保护阴极作用，且其具有最坚硬、超高比表面积、优异导电性和屏蔽型等特性，可使其在导电涂料和金属防腐涂料领域可发挥较佳的作用。具体地，所述膨胀石墨可选用EG
600
、EG
700
或EG
800
，石墨原料尺寸≤13μm，该尺寸范围的膨胀石墨孔径较大，比表面积大、表面活性较高。
[0020]本步骤中，将膨胀石墨采用气流破碎方式，通过喷嘴将膨胀石墨物料高速喷射到粉碎腔，在多股高压气流的交汇点处物料被反复碰撞、磨擦、剪切而粉碎，粉碎后的物料在风机抽力作用下随上升气流运动至分级区，在高速旋转的分级涡轮产生的强大离心力作用下，使粗细物料分离。具体地，气流破碎时喷嘴的喷射速度为800m/s～1000m/s，处理时间为30min～60min，破碎、细化、分选后得到纳米石墨粉体，粒径≤1.0μm，经破碎细化处理的纳米石墨粉体可获得更大的比表面积和更多的活性点。
[0021]S2通过喷射方式将一定量的熔融相变材料液滴喷射在所述纳米石墨粉体中，使所述相变材料液滴嵌入在纳米石墨粉体内的网状多孔结构的孔隙中，形成具有储热功能的纳米石墨粉体。
[0022]相变材料在吸热放热过程几乎可在恒定温度下进行,具有储热特性，在节能建筑、道路交通、现代农业、太阳能利用、建筑节能、航空航天、食品冷藏与运输、电子设备散热、工业余热储存的利用以及热能回收等诸多领域具有广阔应用前景。但相变储能材料的导热性能不好，换热性能差，限制了相变材料的实际应用。本步骤以纳米石墨粉体为载体、相变材
料为填缝材料，将相变材料锚固到纳米石墨粉体的空洞网络中，利用石墨和相变材料各自特点有机结合，得到的纳米石墨粉体能够实现既具有高导电性、高导热性又具有储热特性。
[0023]本步骤中，可先通过酸化插层法使纳米石墨粉体的孔隙得到活化及增加孔隙容积。具体地，所述插层法是通过高压喷嘴将插层剂以一定的速度慢慢喷射到投入在热气流粉碎机中的纳米石墨粉体内，在惰性气体气流下搅拌一段时间，使插层剂与纳米石墨粉体充分接触并浸入到纳米石墨粉体的孔隙内，使纳米石墨粉体进一步疏松及氧化，然后再将熔融的相变材料液滴插入纳米石墨粉体的孔隙内，冷却后的相变材料被嵌入在石墨粉体的孔隙中。这样，通过酸化插层处理，一方面可以让相变材料更畅通地渗入石墨孔隙内，另一方面增加了相变材料在纳米石墨粉体中的填充量，可使纳米石墨粉体具有更高的储热特性。
[0024]大量实验表明，在插层反应过程中，插层剂的选择和使用是关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有储热导热功能的纳米石墨粉体制备方法，其特征在于，包括下述步骤：S1将膨胀石墨原料采用气流破碎，得到纳米石墨粉体；S2通过喷射方式将一定量的熔融相变材料液滴喷射在所述纳米石墨粉体中，使所述相变材料液滴渗透嵌入所述纳米石墨粉体内的网状多孔结构孔隙中，形成具有储热功能的纳米石墨粉体；S3将S2步骤制备的所述纳米石墨粉体置于反应釜内，采用气流分散及喷雾相结合，喷入一定量的有机聚合物改性剂，使所述纳米石墨粉体与所述有机聚合物改性剂在反应釜中进行碰撞、接触，形成化学吸附并实现化学架桥链接，使所述纳米石墨粉体表面的孔隙封闭，从而得到表面具有有机相溶性及内部具有储热性能的高导热纳米石墨粉体。2.如权利要求1所述的具有储热导热功能的纳米石墨粉体制备方法，其特征在于，所述S1步骤中，所述膨胀石墨选用EG600、EG700或EG800；所述膨胀石墨原料尺寸≤13μm。3.如权利要求1或2所述的具有储热导热功能的纳米石墨粉体制备方法，其特征在于，所述S1步骤采用气流破碎方式时的喷射速度为800m/s～1000m/s，处理时间为30min～60min，破碎后的所述纳米石墨粉体经多级分选后粒径≤1.0μm。。4.如权利要求1所述的具有储热导热功能的纳米石墨粉体制备方法，其特征在于，所述S2步骤中，先通过插层法使所述纳米石墨粉体疏松及氧化，再将熔融的相变材料液滴渗透嵌入所述纳米石墨粉体内的网状多孔结构孔隙中。5.如权利要求4所述的具有储热导热功能的纳米石墨粉体制备方法，其特征在于，所述插层法选用硝酸和冰醋酸混合物作为插层剂，所述硝酸与冰醋酸的摩尔比为6～9：1，所述硝酸和冰醋酸混合物质量浓度为20～30％wt/L，所述插层剂为所述纳米石墨粉体的质量的0.5％～3％；采...

【专利技术属性】
技术研发人员：张维丽，陈建军，田勇，符冬菊，檀满林，闵杰，
申请(专利权)人：深圳清华大学研究院，
类型：发明
国别省市：