一種高導熱散熱涂料及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種新型高導熱散熱水性涂料的制造方法，包括水性樹脂、填料以及功能添加劑，水性樹脂包含水性環氧樹脂，水性聚乙烯醇樹脂、水性聚氨酯樹脂或水性酚氧樹脂。填料由石墨烯、碳納米管、氧化石墨、富勒烯、碳納米籠的其中一種或多種組成。以高熱導率和輻射率的碳材料作為填料的散熱涂料可涂于電子元器件表面，加速散發電子元器件產生的熱量，避免電子元器件因散熱不充分而導致的性能降低、不穩定及使用壽命縮短等問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種高導熱散熱涂料，尤其涉及一種水性樹脂導熱散熱涂料制備方法及其應用，屬于新型涂料

技術介紹
電子元件在工作時會產生較多熱量，為了盡快散熱，通常要加裝金屬散熱片，因為金屬具有較高的導熱系數，常用材料包括銅、鋁或鋁的合金。但是，金屬表面的熱輻射系數很低，在沒有對流傳熱的條件下，匯集到金屬表面的熱量很難散發出去。通過涂層技術改善金屬表面的熱輻射效率，是提高金屬材料散熱性能的重要途徑。在電子工業迅速發展的今天，散熱涂料被廣泛關注。有效的散熱設計和可靠的系統熱特性的LED是發光二極管的熱耗散改善的重要方案。傳統管芯的功率比較小，需要散熱的量小，在散熱上沒有嚴重問題，而大功率的LED不同，它的芯片功率密度非常大。目前，由于半導體制造技術的原因，有80％以上的輸入功率轉化為了熱能，只有不到20％轉化成了光能。芯片的熱量如果只是簡單的按比例將封裝尺寸放大，是無法有效散發出去，且極有可能會導致焊錫融化，造成芯片失效，而加快熒光粉與芯片老化是必然會發生的情況，LED的色度在溫度上升時也會變差。對LED來說高效散熱具有非常重大意義。碳材料是散熱涂料最理想的功能填料。理論計算和實際測量表明，單壁碳納米管的室溫導熱系數高達6600W/m·K，多壁碳納米管的室溫導熱系數達3000W/m·K，碳納米管是目前世界上已知的最好的導熱材料之一。物體輻射或吸收的能量與它的溫度、表面積、黑度等因素有關。碳納米管是一維納米材料，比表面積大，被譽為世界上最黑的物質，這種物質對光線的折射率只有0.045％，吸收率可以達到99.5％以上，輻射系數接近1。在涂料制備過程中，使用非水性樹脂需要使用大量有機溶劑，對環境污染造成危害，并同時在涂料制備完成后，涂在金屬表面形成涂層加速導熱的過程中，一些有毒有害的殘留有機物可能會受熱散發到空氣中，對環境和人體健康產生危害。而采用水性樹脂制備的涂料，雖然解決了環境污染的問題，但是散熱介質在水性樹脂中較難取得良好的分散穩定性，在使用過程中導致涂層不均勻。因此，本領域的技術人員致力于開發一種環保型高導熱散熱涂料，解決電子原件的散熱問題，水性涂料分散性穩定性并的問題，并同時安全環保。
技術實現思路
有鑒于現有技術的上述缺陷，本專利技術所要解決的技術問題是提供一種環保型高導熱散熱涂層的制備方法，該方法中高導熱散熱涂層是以碳材料為主體材料，加入水溶性樹脂和添加劑，得到碳材料為基礎的高導熱散熱涂料溶液，將該涂料溶液涂在電子元件表面形成涂層，實現高效散熱。本專利技術采用了水性樹脂作為成膜物質，避免了制備過程中有機溶劑的使用，減少了對環境的污染。同時在涂料涂覆在電子原件表層，形成涂層后，也避免了使用過程中殘留有機溶劑的揮發，更為安全。而碳材料在水性體系中，分散穩定性差，不利于涂層成膜，本申請使用了改性的碳材料，用親水基團羧酸基、磺酸基、硫酸基、磷酸基、氨基、羥基或季銨基對石墨烯、碳納米管、氧化石墨、富勒烯和碳納米籠進行了親水改性，使其在水性體系里分散性得到提高，利于涂料的制備，改善了涂料在電子元件表面的成膜性，使其能高效散熱。本專利技術為一種高導熱散熱涂料，其特征在于，包括水性樹脂、填料、功能添加劑，所述水性樹脂為水性環氧樹脂，水性聚乙烯醇樹脂、水性聚氨酯樹脂或水性酚氧樹脂，所述填料選自石墨烯、碳納米管、氧化石墨、富勒烯和碳納米籠或其相應改性材料的一種或多種，所述功能添加劑選自著色劑，分散劑，消泡劑、固化劑以及附著力促進劑中的一種或多種。進一步地，各組分的質量份數組成為：水性樹脂40-90份、填料5-20份、功能添加劑30-45份、水50-90份。進一步地，其特征在于，所述碳納米管為單壁碳納米管，雙壁碳納米管或多壁碳納米管。進一步地，所述石墨烯、碳納米管、氧化石墨、富勒烯和碳納米籠改性材料為羧酸基、磺酸基、硫酸基、磷酸基、氨基、羥基和季銨基中的親水基團功能化修飾后的碳材料。進一步地，所述氧化石墨由Brodie法，Staudenmaier法或Hummers法制備。進一步地，所述著色劑選自檸檬黃、莧菜紅、靛藍、胭脂紅、亮黑、日落黃、誘惑紅、紅2G、偶氮玉紅、綠S、亮藍、專利藍V、赤蘚紅、酸性橙Ⅰ、酸性橙Ⅱ、酸性黃36、酸性紅26和酸性紅52中的一種或多種。進一步地，當所述水性樹脂為水性聚氨酯時，所用固化劑為異氰酸酯-多元醇加成物、異氰酸酯、HDI縮二脲或HDI三聚體中。進一步地，當所述水性樹指為水性環氧樹脂、聚乙烯醇樹脂和水性酚氧樹脂時，所用固化劑為乙二胺、間苯二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或二乙氨基丙胺。進一步地，所述消泡劑為聚二甲基硅氧烷，所述附著力促進劑為氨丙基三甲基氧基硅烷。進一步地，所述方法包括如下步驟：a)將水性樹脂、填料、水混合加入攪拌機，控制轉速500-2000rpm，攪拌時間0.5-4h；b)依次向攪拌機中加入分散劑、消泡劑、固化劑以及附著力促進劑，控制轉速500-2000rpm，攪拌時間0.5-4h；c)向攪拌機中加入著色劑，控制轉速500-2000rpm，混合混勻后即得碳材料導熱散熱涂料。本專利技術的有益效果在于：①本專利技術利用高熱導率和輻射率的碳材料作為主要散熱介質和傳熱提供通道，將其均勻地分散在水性樹脂中制備成涂料，熱量傳導到涂料上，涂料再把熱量散發到空間中，以提升散熱效果，加速散發電子元器件產生的熱量，避免電子元器件因散熱不充分而導致的性能降低、不穩定及使用壽命縮短等問題。②本專利技術工藝簡單、易于推廣，生產成本低廉，低溫下即可固化，具有高效、方便、綠色環境友好等特點。以下將結合具體實施例對本專利技術的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本專利技術的目的、特征和效果。具體實施方式實施例1水性環氧樹脂45份、羥基化石墨烯10份、水90份、亮藍10份、聚二甲基硅氧烷5份、乙二胺5份、氨丙基三甲基氧基硅烷5份。(1)將45份水性環氧樹脂、10份羥基化石墨烯、90份水混合加入攪拌機，控制轉速1000rpm，攪拌時間1h；(2)依次向攪拌機中加入5份聚二甲基硅氧烷、5份乙二胺以及5份氨丙基三甲基氧基硅烷，控制轉速1000rpm，攪拌時間1h；(3)向攪拌機中加入10份亮藍，控制轉速1000rpm，混合混勻后即得亮藍羥基化石墨烯散熱涂料。將所得散熱涂料噴涂于鋼板上，低溫固化后對其性能進行檢測。將兩塊不銹鋼鋼板(A板表面未涂散熱涂料，B板表面涂散熱涂料)放置于加熱本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高導熱散熱涂料，其特征在于，包括水性樹脂、填料、功能添加劑，所述水性樹脂為水性環氧樹脂，水性聚乙烯醇樹脂、水性聚氨酯樹脂或水性酚氧樹脂，所述填料選自石墨烯、碳納米管、氧化石墨、富勒烯和碳納米籠或其相應改性材料的一種或多種，所述功能添加劑選自著色劑，分散劑，消泡劑、固化劑以及附著力促進劑中的一種或多種。

【技術特征摘要】
1.一種高導熱散熱涂料，其特征在于，包括水性樹脂、填料、功能添加劑，所述
水性樹脂為水性環氧樹脂，水性聚乙烯醇樹脂、水性聚氨酯樹脂或水性酚氧樹
脂，所述填料選自石墨烯、碳納米管、氧化石墨、富勒烯和碳納米籠或其相應
改性材料的一種或多種，所述功能添加劑選自著色劑，分散劑，消泡劑、固化
劑以及附著力促進劑中的一種或多種。
2.如權利要求1所述的高導熱散熱涂料，其特征在于，各組分的質量份數組成為：
水性樹脂40-90份、填料5-20份、功能添加劑30-45份、水50-90份。
3.如權利要求1所述的高導熱散熱涂料，其特征在于，所述碳納米管為單壁碳納
米管，雙壁碳納米管或多壁碳納米管。
4.如權利要求1所述的高導熱散熱涂料，其特征在于，所述石墨烯、碳納米管、
氧化石墨、富勒烯和碳納米籠改性材料為羧酸基、磺酸基、硫酸基、磷酸基、
氨基、羥基和季銨基中的親水基團功能化修飾后的碳材料。
5.如權利要求1所述的高導熱散熱涂料，其特征在于，所述氧化石墨由Brodie法，
Staudenmaier法或Hummers法制備。
6.如權利要求1所述的高導熱散熱涂料，其特征在于，所述著色劑選自檸檬黃、<...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬杰，
申請(專利權)人：安徽宏皇信息科技有限公司，馬杰，
類型：發明
國別省市：安徽;34