專利名稱：一種納米炭黑散熱涂料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種散熱涂料，尤其是涉及一種可涂布于散熱裝置外以增強散熱效果的涂料。
背景技術：
材料、金屬現代科學技術的快速發展，使得儀器、設備、部件的設計、生產向著小型化、輕量化、緊湊化、高效化方向發展，超大規模集成電路的發展又使得電子器件的高功率密度特征越來越明顯，由此而產生的大量熱量將直接影響到電子器件的工作穩定性和完全可靠性。而常規的冷卻系統所能達到的冷卻能力受到極大挑戰，尤其在能源、汽車、空調、農業、化工、采暖、航空航天、微電子、信息等領域，對強化傳熱、提高散熱效率等技術提出了更高的要求。熱傳導過程涉及到使用熱沉或散熱器件將電子器件、加熱部件、熱流體等物質的熱負荷迅速轉移，一方面是為了降低工作器件的自身溫度.以保持較為穩定的工作狀態; 另一方面是將加熱部件或流體的熱量轉移，以便高效利用熱量，如散熱器。在這些傳熱過程中，熱傳導或散熱效率往往取決于熱沉或散熱器件的熱導率。使用高導熱材料作為熱沉或散熱器件可以大幅度降低器件的內部或表面溫度，同時也可高效、經濟地利用熱量.從而具有重要的實際意義。散熱涂料是一種輻射走物體熱量并隔熱防水的涂料，涂料直接涂刷在要散熱降溫的物體表面，輻射散熱降溫涂料能夠以紅外波長向大氣空間自動輻射走被涂刷物體上的熱量，降低物體表面和內部溫度，散熱降溫明顯。涂料散熱不受周圍介質影響，涂料散熱可以在真空環境中使用，涂料在起到輻射降溫的同時，也有很好的自潔性、絕緣性、 防腐性、防水性、抗酸堿、施工方便的特點。目前，在散熱涂料中常用的散熱填料主要有氮化鋁、氮化硅、氧化鋁、氧化鈹、氧化鎂、碳化硅及氧化鋅等。雖然這些氧化物或氮化物的熱導率較高，但普遍價格較貴。同時所制備的涂料含有各種有機溶劑，具有毒性大、環境污染嚴重等缺點。因此，在本領域尋求一種具有價格低廉、環境友好且制備方法快捷簡單的散熱涂料十分迫切。

發明內容
本發明的目的在于提供一種納米炭黑散熱涂料及其制備方法，其具有散熱效果好、原料價格低廉、環境友好且制備方法快捷簡單等優點。為實現上述目的，本發明綜合利用了納米炭黑的高熱導率和有機硅樹脂的優良黏接性能、高強度及優異耐高溫性、電絕緣性能等優勢。將納米炭黑在各種助劑協同作用下分散在水性樹脂中，制備了一種新的環境友好型散熱涂料。本發明實現其目的所采取的技術方案是本發明納米炭黑散熱涂料包括如下組分
水性樹脂30 60質量份；
納米炭黑3 15質量份；納米炭黑的分散劑水性流平劑水性消泡劑溶劑
0. 5 2. 5質量份 0. 5 1. 5質量份 0. 5 1. 5質量份 30 40質量份；
所述溶劑是水和/或乙醇。進一步地，本發明所述水性樹脂為水性有機硅樹脂、水性環氧樹脂或水性聚氨酯樹脂。進一步地，本發明所述納米炭黑的粒徑小于20 nm。本發明的納米炭黑散熱涂料的方法如下
稱取30 60質量份的水性樹脂、30 40質量份的溶劑、3 15質量份的納米炭黑粉末、0. 5 1. 5質量份的水性流平劑、0. 5 2. 5質量份的納米炭黑的分散劑和0. 5 1. 5 質量份的水性消泡劑，并充分混合得到混合溶液，所述溶劑是水和/或乙醇；后將所述混合溶液置于球磨機中進行球磨，其研磨速度為400 600 r/min、研磨時間為4 6小時。與現有技術相比，本發明的優點是
(1)本發明使用高熱導率的納米炭黑作為導熱介質，具有散熱效果好，價格低廉的特
點O(2)本發明使用水性樹脂作為涂料的成膜材料，具有黏接性能好、強度高及耐高溫性、電絕緣性能高等優點。(3)本發明使用水性樹脂，可使用水、乙醇等為溶劑，具有價格低、環境友好的特
點ο(4)本發明散熱涂料直接涂布于散熱裝置的表面可增加其散熱面積，以提升散熱效果，具有高效、方便、綠色環保特點。本發明納米炭黑散熱涂料可使用簡單的普通噴涂方法，將被噴物表面清洗干凈后，用噴槍將碳黑涂料均勻噴涂在物體表面即可。(5)本發明使用的溶劑是水和/或乙醇，噴涂好的產品具有烘干速度快，烘干溫度低，甚至在常溫下也可烘干，具有能耗低的特點。(6)本發明制備方法的工藝簡單，制備條件溫和，操作簡便，投資少，能耗低，因此， 易于推廣和產業化。


圖1為未涂布散熱涂料的鋁片(曲線A)和已經涂布本發明實施例1中的散熱涂料鋁片(曲線B)的升溫變化曲線。圖2為未涂布散熱涂料的鋁片(曲線A)和已經涂布本發明實施例2中的散熱涂料鋁片(曲線B )的降溫變化曲線。圖3為涂布本發明實施例1中的散熱涂料鋁片(曲線A)和涂布本發明實施例4中的散熱涂料鋁片(曲線B)的升溫變化曲線。圖4為涂布本發明實施例1中的散熱涂料鋁片(曲線A)和涂布本發明實施例4中的散熱涂料鋁片(曲線B)的降溫變化曲線。
具體實施方式
下面通過具體但并非限制性的實施例對本發明示例性地進行詳細說明。在以下實施例中，納米炭黑的分散劑選用南京天行新材料有限公司生產的納米粒子分散劑TAZ-CNT 1，其成分為高分子聚合體；水性流平劑選用杭州包爾得有機硅有限公司生產的水性流平劑BD-3033，其成分為聚醚改性有機聚硅氧烷；水性消泡劑選用杭州包爾得有機硅有限公司生產的水性消泡劑BD-304，其成分為一種0/W型含高活性有機硅氧烷乳劑。實施例1
先將30 g的水性有機硅樹脂(H-900)和30 g的水混合在一起以形成混合溶液。之后取3 g的納米炭黑粉末(粒徑為15 nm)于該混合溶液中，攪拌1分鐘后，添加納米炭黑的分散劑(TAZ-CNT1 )、水性流平劑(BD-3033)和水性消泡劑(BD-304)各0. 5 g于該混合溶液中。最后該混合溶液置于球磨機中進行研磨得到本發明的納米炭黑散熱涂料，其中研磨速度為400 r/min、研磨時間為6小時。倒出研磨好的涂料封存待用。測試方法
準備兩塊7. 5 cmX7.5 cmX0.2 cm規格的兩塊鋁片，其中一塊為對照組，其表面未涂布散熱涂料；另一塊為實驗組，其表面涂布實施例所制備得到的散熱涂料。將兩個一樣的5 W的LED燈的燈芯底部涂抹導熱膏，分別固定在這兩塊鋁板上面。接上直流電源，將兩個LED 燈的功率調到一樣，利用測溫儀對兩個LED燈的燈芯進行測量溫度記錄不同的鋁板情況下的溫度差異。經實驗測試可知，5W的LED燈固定在鋁片上后仍以同樣的功率工作，而且鋁片背面有噴本實施例的納米散熱涂料的鋁片上的LED燈的溫度比沒有噴涂納米散熱材料的鋁片上的LED燈的溫度低，溫度最大差異可達到18 0C (圖1)。由此說明本發明的納米炭黑散熱涂料具有良好的散熱效果。實施例2
先將40 g的水性環氧樹脂(E44)和35 g的乙醇混合在一起以形成混合溶液。之后取 6 g的納米炭黑粉末(粒徑為15 nm)于該混合溶液中，攪拌1分鐘后，添加納米炭黑的分散劑(TAZ-CNTl) 1. 5 g、水性流平劑(BD-3033)和水性消泡劑(BD-304)各1. 0 g于該混合溶液中。最后該混合溶液置于球磨機中進行研磨得到本發明的納米炭黑散熱涂料，其中研磨速度為500 r/min、研磨時間為5小時。倒出球磨好的涂料封存待用。測試方法
準備兩塊7. 5cmX7. 5cmX0. 2cm規格的兩塊鋁片，其中一塊為對照組，其表面未涂布散熱涂料；另一塊為實驗組，其表面涂布實施例制備得到的散熱涂料。將兩鋁片放置在95 ！加熱板溫度平衡30分鐘后，將感溫線固定于鋁片中心處，移除加熱板，利用測溫儀記錄不同鋁板的溫度下降變化。由圖2可知，涂布實施例的散熱涂料的鋁片降溫至起始溫度一半所用時間是約17. 9分鐘，而未涂布散熱涂料的鋁片降溫至起始溫度的一半時所用時間約36. 5分鐘，兩者溫差最大可達19. 4°C，這也說明本發明的納米炭黑散熱涂料具有良好的散熱效果。實施例3
先將50 g的水性聚氨酯樹脂(CS1600)和40 g的水混合在一起以形成混合溶液。之后取9 g的納米炭黑粉末(粒徑為18 nm)于該混合溶液中，攪拌1分鐘后，添加納米炭黑的分散劑(TAZ-CNTl) 2. 5 g、水性流平劑(BD-3033)和水性消泡劑(BD-304)各1. 5 g于該混合溶液中。最后該混合溶液置于球磨機中進行研磨得到本發明的納米炭黑散熱涂料，其中研磨速度為600 r/min、研磨時間為4小時。倒出球磨好的涂料封存待用。按實施例1和實施例2所記載的方法進行測試可知，本實施例制備得到的涂料也具有實施例1和實施例2相類似的升溫和降溫變化趨勢，說明本發明的納米炭黑散熱涂料具有良好的散熱效果。實施例4
先將60 g的水性有機硅樹脂(H-900)和35 g的混合溶劑混合在一起以形成混合溶液， 其中，混合溶劑為20 g的乙醇和15 g的水的混合物。之后取12 g的納米炭黑粉末(粒徑為25 nm)于該混合溶液中，攪拌1分鐘后，添加納米炭黑的分散劑(TAZ-CNTl) 2. 5 g、水性流平劑(BD-3033)和水性消泡劑(BD-304)各1.5 g于該混合溶液中。最后該混合溶液置于球磨機中進行研磨得到本發明的納米炭黑散熱涂料，其中研磨速度為400 r/min、研磨時間為6小時。倒出球磨好的涂料封存待用。按實施例1和實施例2所記載的方法進行測試可知，本實施例制備得到的涂料也具有實施例1和實施例2相類似的升溫和降溫變化趨勢。說明本發明的納米炭黑散熱涂料具有良好的散熱效果。由圖3和圖4可知，涂布實施例1的散熱涂料的鋁板的散熱效果比涂布實施例4的散熱涂料的鋁板的散熱效果要好。實施例5
先將50 g的水性環氧樹脂(E44)和30 g的混合溶劑混合在一起以形成混合溶液，其中，混合溶劑為10 g的乙醇和20 g的水的混合物。之后取15 g的納米炭黑粉末(粒徑為 10 nm)于該混合溶液中，攪拌1分鐘后，添加納米炭黑的分散劑(TAZ-CNTl) 1.5 g、水性流平劑(BD-3033)和水性消泡劑(BD-304)各1 g于該混合溶液中。最后該混合溶液置于球磨機中進行研磨得到本發明的納米炭黑散熱涂料，其中研磨速度為550 r/min、研磨時間為5 小時。倒出球磨好的涂料封存待用。按實施例1和實施例2所記載的方法進行測試可知，本實施例制備得到的涂料也具有實施例1和實施例2相類似的升溫和降溫變化趨勢。說明本發明的納米炭黑散熱涂料具有良好的散熱效果。實施例6
先將60 g的水性聚氨酯樹脂(CS1600)和40 g的混合溶劑混合在一起以形成混合溶液，其中，混合溶劑為10 g的乙醇和30 g的水的混合物。之后取15 g的納米炭黑粉末(粒徑為15 nm)于該混合溶液中，攪拌1分鐘后，添加納米炭黑的分散劑(TAZ-CNT1)2 g、水性流平劑(BD-3033)和水性消泡劑(BD-304)各1.5 g于該混合溶液中。最后該混合溶液置于球磨機中進行研磨得到本發明的納米炭黑散熱涂料，其中研磨速度為450 r/min、研磨時間為6小時。倒出球磨好的涂料封存待用。按實施例1和實施例2所記載的方法進行測試可知，本實施例制備得到的涂料也具有實施例1和實施例2相類似的升溫和降溫變化趨勢。說明本發明的納米炭黑散熱涂料具有良好的散熱效果。綜合上述之實施例可得知，本發明只需將該納米炭黑涂料涂布于散熱裝置上，就具有良好的散熱效果。
權利要求
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1.種納米炭黑散熱涂料，其特征是，包括如下組分水性樹脂納米炭黑30 60質量份； 3 15質量份； 0. 5 2. 5質量份 0. 5 1. 5質量份 0. 5 1. 5質量份 30 40質量份；納米炭黑的分散劑水性流平劑水性消泡劑溶劑所述溶劑是水和/或乙醇。
2.根據權利要求1所述的納米炭黑散熱涂料，其特征在于所述水性樹脂為水性有機硅樹脂、水性環氧樹脂或水性聚氨酯樹脂。
3.根據權利要求1所述的納米炭黑散熱涂料，其特征在于所述納米炭黑的粒徑小于
4. 一種制備權利要求1的納米炭黑散熱涂料的方法，其特征在于，包括如下步驟 稱取30 60質量份的水性樹脂、30 40質量份的溶劑、3 15質量份的納米炭黑粉末、0. 5 1. 5質量份的水性流平劑、0. 5 2. 5質量份的納米炭黑的分散劑和0. 5 1. 5 質量份的水性消泡劑，并充分混合得到混合溶液，所述溶劑是水和/或乙醇；后將所述混合溶液置于球磨機中進行球磨，其研磨速度為400 600 r/min、研磨時間為4 6小時。
全文摘要
本發明涉及一種納米炭黑散熱涂料及其制備方法。該涂料由水性樹脂、納米炭黑、納米炭黑的分散劑、水性流平劑、水性消泡劑和溶劑組成；通過球磨充分混合以形成散熱涂料。其中，該散熱涂料中各組分之質量份數為水性硅樹脂30～60質量份；納米炭黑3～15質量份；納米炭黑的分散劑0.5～2.5質量份；水性流平劑0.5～1.5質量份；水性消泡劑0.5～1.5質量份；溶劑30～40質量份；該散熱涂料可直接涂布散熱裝置可增加其散熱面積，以提升散熱效果，具有高效、方便、綠色環保特點。
文檔編號C09D183/04GK102250546SQ20111025367
公開日2011年11月23日 申請日期2011年8月31日 優先權日2011年8月31日
發明者江國華, 王小紅, 王日精, 閆永杰 申請人:浙江理工大學