[发明专利]一种水性散热涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性涂料及其制备方法，特别涉及一种水性散热涂料及其制备方法。

背景技术

散热涂料是一种通过增强热源表面红外辐射率，从而提高物体表面散热效率的功能涂料。传统散热模式主要有热传导、对流和辐射散热，在很多需要高效散热的领域，由于受空间、尺寸及环境限制，无法采用加速强制对流的形式将热量交换出去，而仅通过热传导又不能满足需求的情况下，增强红外辐射散热是首选解决方案。由于自然界中很多材料均具有很高的热辐射系，比如涂料树脂本身，但其热导率非常低，与散热基底接触热阻很大，并不能实现加速基底红外辐射散热的作用。因此，红外散热涂料性能的提升依赖于高的红外辐射率、高的热导率和低的界面热阻。

传统散热涂料中往往以高热导率无机材料作为涂料填料，氮化硼和纳米碳材料（碳纳米管、石墨烯）都具有很高的热导率，其粉体材料是热管理材料的重要填料。尤其是碳纳米管，其中理论热导率高达5000 W/mK，且其比表面积巨大，被誉为世界上最黑的物质，对光线的折射率只有0.045%，吸收率高达99.5%以上，辐射系数接近绝对黑体的1.0。因此纳米碳材料用作散热填料可同时发挥其热传导散热和红外辐射散热的功能，是高性能散热材料中的优秀填料。但是由于纳米碳材料巨大的表面积和一维或二维结构导致纳米碳材料在基体材料中分散困难，且难以获得高体积含量。且由于受到热传导机制的不同，研究发现纳米碳材料的添加对热导率的提高并不如对电导率的提高那么显著，远远低于人们所期望。与此同时，微米级尺度的氮化硼是一种常用的导热填料，其分散工艺要求远低于对纳米碳材料的要求，且其大尺寸颗粒更利于形成有效导热通道。但其红外辐射率偏低，无法充分发挥多种散热模式的作用。

研究发现，导热陶瓷填料与纳米碳材料复合添加能够显著提高涂料基体热导率，比单独添加效果更佳显著，展示出一种多尺度协同增强现象。但这种简单混合添加模式中，由于纳米碳材料与导热陶瓷填料是随机分布接触，且接触面积小，两者接触热阻很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水性散热涂料及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种水性散热涂料，包括含有基体树脂的水性分散体，纳米碳材料包裹的氮化硼复合粉体以及可以选择性添加的辅助材料；

其中，所述纳米碳材料包裹的氮化硼复合粉体包含70-99.9wt%氮化硼以及包覆在氮化硼上的纳米碳材料，所述纳米碳材料包括碳纳米管和/或石墨烯材料。

进一步的，所述氮化硼的粒径优选为500nm-50μm。

进一步的，所述碳纳米管直径优选为0.4 nm-100 nm，长度优选为50 nm-25μm。

进一步的，所述石墨烯材料的厚度优选为0.34 nm-10 nm，平均直径优选为500 nm-100μm。

进一步的，所述辅助材料可包括但不限于填料、分散剂或助剂，所述助剂可包括但不限于消泡剂、流平剂、成膜助剂或增稠剂。

作为较为优选的实施方案之一，所述水性散热涂料包含按照重量百分比计的如下组分：含有基体树脂的水性分散体20-40%、纳米碳材料包裹的氮化硼复合粉体 0.1-5%、纳米碳材料 0.1-5%、分散剂 0.1-5%，助剂 0.5-7%。

优选的，所述含有基体树脂的水性分散体包括改性水性环氧树脂。

进一步的，所述改性水性环氧树脂可选自但不限于丙烯酸改性环氧树脂水分散液、直接乳化环氧树脂水性乳液或改性水性环氧树脂直接乳化形成的乳液中的任意一种或两种以上的组合。

其中，所述分散剂可选自但不限于羟甲基纤维素、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、水溶性聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、曲拉通、商业炭黑分散浸润剂如德国毕克BYK191、BYK181、BYK180中的任意一种或两种以上的组合。

进一步的，所述水性散热涂料还包含添加量为所述含有基体树脂的水性分散体重量1-10%的固化剂，所述固化剂可选自但不限于氨基树脂固化剂、封闭型异氰酸酯或酸酐固化剂。

一种水性散热涂料的制备方法，包括：将含有基体树脂的水性分散体与可以选择性添加的辅助材料研磨分散3h以上，形成分散浆料，而后至少将纳米碳材料包裹的氮化硼复合粉体缓慢加入所述分散浆料，以500rpm以上的速度搅拌20min以上，而后静置消泡，获得水性散热涂料。

一种水性散热涂料的制备方法，包括：