[发明专利]石墨烯改性钛纳米高分子合金换热器面漆的制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及新材料及应用技术领域，特别是石墨烯的应用，也涉及涂料的生产技术领域。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层和少层片状结构的新材料，被公认为是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，导热系数高达5300W/m·K，被公认为是目前世上最好的导热材料。

石墨烯之所以具有优异的导热性，是它特殊的稳定结构赋予的特性，它的“碳-碳”键仅为1.42Aring。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。

作为导热材料或者热界面材料，2011年美国佐治亚理工学院学者首先报道了垂直排列官能化多层石墨烯三维立体结构在热界面材料中的应用及其超高等效热导率和超低界面热阻效应。

目前，在科学界掀起了研制石墨烯的研究热潮。这股研究热潮也吸引了国内外材料制备研究的兴趣，石墨烯材料的制备方法已报道的有：微机械剥离法、氧化还原法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。但是，已有的这些制备方法普遍存在着制备工艺复杂、生产效率低下或排污后处理困难等环保问题，距离真正实现石墨烯的产业化之路还有很长的路途要走。未来对于石墨烯的研究的热点和难点还是解决产业化与工业化应用问题。只有很好地解决了这两个关键问题，才能为石墨烯开辟新的市场。

发明内容

本发明目的在于提出一种生产效率高、加工成本低的石墨烯改性钛纳米高分子合金换热器面漆的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）制备石墨烯浆料：将鳞片石墨、乙烯基酯树脂、硅烷偶联剂、超分散剂、有机膨润土、气相二氧化硅和N-甲基吡咯烷酮置于球磨罐中，先以不锈钢球为研磨介质进行细化研磨，再在超声条件下以不锈钢球为研磨介质进行细化辅助分散，然后开罐出料，过滤去除不锈钢球，取得石墨烯浆料；

2）制备纳米有机钛聚合物：将环氧树脂、氢化钛粉、钛酸酯偶联剂、纳米材料分散剂、大豆卵磷脂、γ-纳米氧化铝和N-甲基吡咯烷酮置于球磨罐中，先以不锈钢球为研磨介质进行细化研磨，再在超声条件下以不锈钢球为研磨介质进行细化辅助分散，然后开罐出料，过滤去除不锈钢球，取得纳米有机钛聚合物；

3）制备面漆：将纳米有机钛聚合物、酚醛环氧乙烯基酯树脂、分散剂、多功能助剂、石墨烯浆料、增韧剂、色素炭黑、云母粉、纳米氧化铝浆、防沉剂、气相二氧化硅、有机膨润土、硅烷偶联剂、消泡剂、流平剂和苯乙烯均匀混合。

本发明采用了超声波辅助固液球磨工艺法，将普通鳞片石墨制备成薄层石墨烯，并成功地应用到改性钛纳米高分子合金换热器涂料中，获得了理想的试验效果。这种新工艺的特点是制备方法简单，密闭式生产，无任何排放，不存在环境污染，且生产效率高，加工成本低，容易商产业化运作，是一条制备石墨烯通往产业化之路的新途径。

本发明采用超声波辅助固液反应球磨技术制备薄层石墨烯，并以此复合改性钛纳米高分子聚合物，有效地解决薄层石墨烯纳米粒子在涂料中的分散和稳定性问题。

本发明的核心技术是采用超声波辅助固液反应球磨制备薄层石墨烯分散浆料。所改性的关键材料是纳米有机钛聚合物(ZL200810029936.1)。在超声波辅助机械力的协同作用下，不仅可以使普通鳞片状石墨细化至纳米尺寸、高分子聚合物分子发生断链，同时还完成了纳米粒子的表面修饰和接枝改性，从而解决纳米石墨烯在高分子聚合物中的界面相容性等问题。

所述步骤1)中，所述鳞片石墨、乙烯基酯树脂、硅烷偶联剂、超分散剂、有机膨润土、气相二氧化硅和N-甲基吡咯烷酮的混合质量比为180~220∶100~150∶40~60∶40~60∶50~80∶20~50∶380~570。

所述步骤2)中，所述环氧树脂、氢化钛粉、钛酸酯偶联剂、纳米材料分散剂、大豆卵磷脂、γ-纳米氧化铝和N-甲基吡咯烷酮的混合质量比为150~200∶150~200∶20~40∶50~80∶20~30∶30~40∶450~600。