一种无机改性耐高温高发射率石墨烯涂料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种无机改性耐高温高发射率石墨烯涂料，其包括由以下重量份的原料制备而成：无机高温粘接剂35～55重量份；有机硅树脂乳液3～10重量份；石墨烯分散液1～10重量份；功能填料20～30重量份；助剂1～4重量份；去离子水10～20重量份，本发明专利技术采用有机硅树脂乳液与无机高温粘接剂进行杂化反应，可加速无机粘接剂的常温固化，并且有效解决无机粘接剂固化过程中体积收缩大，形成涂膜呈刚性，易产生裂纹、微孔等缺陷，再利用石墨烯的高辐射及高导热系数，并辅以多种功能填料，制得的无机改性耐高温高发射率石墨烯涂料发射率在0.98以上，同时耐温可达1200℃。本发明专利技术还提供一种无机改性耐高温高发射率石墨烯涂料的制备方法。

A Novel Inorganic Modified Graphene Coating with High Temperature Resistance and Emissivity and Its Preparation Method

The invention provides an inorganic modified high temperature and high emissivity graphene coating, which comprises the following raw materials: the inorganic high-temperature adhesive 35~55 weight, the silicone resin emulsion 3~10 weight, the Shi Moxi dispersion liquid 1~10 weight, the functional filler 20~30 weight fraction, the assistant 1~4 weight fraction, the deionized water 10~20 weight parts. The hybrid reaction of resin emulsion and inorganic high temperature adhesive can accelerate the curing of inorganic adhesive at room temperature, and effectively solve the shrinkage of the inorganic adhesive during curing process, resulting in the rigidity of the coating, and the production of cracks, micropores and other defects. The inorganic modified high temperature and high emissivity is made by using high radiation and high thermal conductivity of graphene and with various functional fillers. The emissivity of graphene coating is over 0.98, and the temperature resistance can reach 1200 C. The invention also provides a preparation method of inorganic modified graphene paint with high temperature resistance and emissivity.

【技术实现步骤摘要】
一种无机改性耐高温高发射率石墨烯涂料及其制备方法
本专利技术涉及涂层
，尤其涉及一种无机改性耐高温高发射率石墨烯涂料及其制备方法。
技术介绍
随着化石能源的日益短缺和环境污染的日趋严重，节能材料研究受到国内外研究人员的广泛重视。高发射率涂层是一种具有强化辐射传热能力的新型涂层材料，将其应用于热交换领域，可提高换热器的换热效率，进而达到节能的目的。此外高发射率涂层还具有减缓金属基材氧化速率，提高金属部件的使用寿命。随着经济社会的发展，能源需求量不断增大，但是在锅炉、换热器、辐射板、金属发热元件等设备热负荷增大的过程中，其热效率并没有明显的提升，原因在于高温换热过程以辐射传热为主，金属换热材料在高温辐射传热所对应的3～5μm波段发射率较低，因而严重制约了金属换热器热效率的提高。传统的耐高温无机涂料主要由碱金属硅酸盐或磷酸盐水溶液作为成膜物，再加入颜料填料及各种助剂制备而成，但是这种涂料在成膜过程中体积收缩大，形成的涂膜呈刚性，易产生裂纹、微孔等缺陷。磷酸盐粘接剂虽耐温更高，但因为呈强酸性，在应用过程中往往需引入强氧化剂作为基材钝化剂，常用的钝化剂如三氧化铬存在强致癌性，且磷酸盐粘接剂常温无法自固化，故本专利技术采用硅酸盐类粘接剂。另外本专利技术通过引入独特分子结构的有机硅聚合物乳液，与硅酸盐进行杂化反应，利用有机硅树脂乳液中的柔性链段使得无机硅酸盐具有坚韧性、美观性和弹性等，同时又兼具无机材料的耐温性、硬度、耐化学品性、耐候性等综合性能。常用的溶胶类粘接剂有硅溶胶、锆溶胶、铝溶胶、钛溶胶，它们性能优异，作为成膜物时，具有优越的耐酸碱、耐高温、耐磨损等性能，但单独溶胶类粘接剂难以成膜，需要和其他物质配合使用。硅溶胶、锆溶胶、铝溶胶、钛溶胶固化后分别形成二氧化硅、二氧化锆、三氧化铝、二氧化钛，这些物质均具有较高的熔点，尤其是二氧化锆，其熔点高达2700℃，形成涂膜后耐热性极高。石墨烯具有非常好的热传导和热辐射性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/m·K，是目前为止导热系数最高的碳材料，此外石墨烯高的比表面积和二维结构，使其渗入涂层材料中，将产生很多新界面，新界面可以提升电磁波在涂层内部的反射，其具有的辐射发射率达0.95以上，是很好的高发射率涂层应用材料，通过一定的分散技术将其引入涂层中，可极大的提升涂层的发射率。目前已有研究的高发射率涂层很多，性能也参差不齐，如中科院上海硅酸盐研究所的HT-1发射率（2.5～5μm，500℃）在0.85～0.90；南京航空航天大学的NH-9发射率（2.5～5μm，650℃）在0.88～0.93；山东新材料研究所的ZGW发射率（2.5～5μm，400℃）为0.7和ZYT发射率（2.5～5μm，700℃）在0.82，中科院上海有机化学所的SH发射率（2.5～25μm）在0.95～0.96。这些涂层在耐温性和高发射率性能方面无法兼具，前三款虽平均使用温度可达1000℃以上，但发射率均未超过0.93，最后款发射率最高，但其最高使用温度仅300℃。因此开发一款兼具耐高温和高发射率的涂料具有重要的实际意义和广阔的市场前景。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种无机改性耐高温高发射率石墨烯涂料及其制备方法，通过将多种无机粘接剂进行复配，提升耐温至1200℃；再添加有机硅树脂乳液与无机粘接剂进行杂化，可降低无机粘接剂固化时间，减少固化时的体积收缩，增强无机粘接剂的韧性；再引入石墨烯，利用其高发射率及高导热系数，辅以多种功能填料，并进行高效分散研磨，最后制成涂膜于设备表面，旨在解决国内高温换热设备表面低发射率，换热效率低的问题。最后所制得的无机改性耐高温高发射率石墨烯涂料发射率达0.98以上，同时耐温可达1200℃。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种无机改性耐高温高发射率石墨烯涂料，包括由以下重量份的原料制备而成：无机高温粘接剂35～55重量份、有机硅树脂乳液3～10重量份、石墨烯分散液1～10重量份、功能填料20～30重量份、助剂1～4重量份、去离子水10～20重量份；所述无机高温粘接剂包括硅酸钠、硅酸钾、硅溶胶、锆溶胶的水溶液中一种或其组合，其中硅酸钠、硅酸钾的水溶液模数为2.5～5.0，硅溶胶、锆溶胶固含量为10%～30%；所述石墨烯分散液由以下组分组成石墨烯粉体、表面处理剂、去离子水；所述功能填料包括三氧化二铬、铜铬黑、三氧化二铁、氧化铈、纳米二氧化硅中一种或其组合；所述助剂包括分散剂、消泡剂、成膜助剂、增稠剂中的一种或其组合。作为优选的，所述无机高温粘接剂由以下重量份的原料制备而成：硅酸钠9～45重量份、硅酸钾4～42重量份、硅溶胶0～33重量份、锆溶胶0～33重量份、去离子水18～27重量份。作为优选的，所述有机硅树脂乳液包括瓦克有机硅BS43N、BS1306、BS45中的一种或其组合；作为优选的，所述石墨烯分散液包括由以下重量份的原料制备而成：石墨烯粉体1～10重量份、表面处理剂1～20重量份、去离子水70～98重量份、所述表面处理剂包括环氧基硅烷或季铵盐类一种或其组合。作为优选的，所述石墨烯粉体的片径为1～30μm。作为优选的，所述功能填料包括由以下重量份的原料制备而成：三氧化二铬10～40重量份、铜铬黑9～50重量份、三氧化二铁10～40重量份、氧化铈9～40重量份、纳米二氧化硅4～10重量份。作为优选的，所述功能填料中三氧化二铬为325～2000目，铜铬黑为2000～5000目，三氧化二铁为2000～5000目，氧化铈2000～5000目。作为优选的，所述助剂包括分散剂DispersogenA4100、DispersogenSPS、DispersogenAPC，消泡剂D-foam-RC732、D-foam-RA101X、BYK018、BYK093，成膜助剂醇酯十二、丙二醇甲醚醋酸酯，增稠剂累托石、膨润土、羟乙基纤维素中的一种或其组合。在第二个技术方案中，本专利技术提出一种无机改性耐高温高发射率石墨烯涂料的制备方法，包括依次以下步骤:步骤1、将石墨烯粉体、表面处理剂和去离子水混合，使用超声波乳化分散器超声乳化30min以上，制得石墨烯分散液；步骤2、将去离子水、硅酸钠、硅酸钾、硅溶胶、锆溶胶按次序缓慢加入分散缸低速搅拌均匀，制得无机高温粘接剂；步骤3、将去离子水和增稠剂加入分散缸低速搅拌均匀，全部加完后需继续缓慢搅拌至少30min以上，使增稠剂充分膨胀；步骤4、将石墨烯分散液、有机硅树脂乳液、功能填料、分散剂、消泡剂加入分散缸高速分散均匀后，使用砂磨机研磨至细度20μm以下，出料即可得到无机改性耐高温高发射率石墨烯涂料。本专利技术的有益效果：（1）无机高温粘接剂采用多种材料进行复配，克服单一粘接剂综合性能差的缺点，使得粘接剂性能更加稳定，具有更高的结合强度、耐温极限及抗热震性能，耐温可达1200℃；（2）采用有机硅树脂乳液对无机高温粘接剂进行改性，通过引入的独特分子结构的有机硅聚合物乳液，与无机高温粘接剂进行杂化反应，利用有机硅树脂乳液中的柔性链段使得无机粘接剂具有坚韧性、美观性和弹性等，同时又兼具无机材料的硬度、耐化学品性、耐候性等综合性能。其所制备的无机改性耐高温、高辐射涂料相比单一粘接剂的涂层，在耐温、结合强度、附着力方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无机改性耐高温高发射率石墨烯涂料，其特征在于：包括由以下重量份的原料制备而成：无机高温粘接剂35～55重量份、有机硅树脂乳液3～10重量份、石墨烯分散液1～10重量份、功能填料20～30重量份、助剂1～4重量份、去离子水10～20重量份；所述无机高温粘接剂包括硅酸钠、硅酸钾、硅溶胶、锆溶胶的水溶液中一种或其组合，其中硅酸钠、硅酸钾的水溶液模数为2.5～5.0，硅溶胶、锆溶胶固含量为10%～30%；所述石墨烯分散液由以下组分组成石墨烯粉体、表面处理剂、去离子水；所述功能填料包括三氧化二铬、铜铬黑、三氧化二铁、氧化铈、纳米二氧化硅中一种或其组合；所述助剂包括分散剂、消泡剂、成膜助剂、增稠剂中的一种或其组合。

【技术特征摘要】
1.一种无机改性耐高温高发射率石墨烯涂料，其特征在于：包括由以下重量份的原料制备而成：无机高温粘接剂35～55重量份、有机硅树脂乳液3～10重量份、石墨烯分散液1～10重量份、功能填料20～30重量份、助剂1～4重量份、去离子水10～20重量份；所述无机高温粘接剂包括硅酸钠、硅酸钾、硅溶胶、锆溶胶的水溶液中一种或其组合，其中硅酸钠、硅酸钾的水溶液模数为2.5～5.0，硅溶胶、锆溶胶固含量为10%～30%；所述石墨烯分散液由以下组分组成石墨烯粉体、表面处理剂、去离子水；所述功能填料包括三氧化二铬、铜铬黑、三氧化二铁、氧化铈、纳米二氧化硅中一种或其组合；所述助剂包括分散剂、消泡剂、成膜助剂、增稠剂中的一种或其组合。2.根据权利要求1所述无机改性耐高温高发射率石墨烯涂料，其特征在于：所述无机高温粘接剂由以下重量份的原料制备而成：硅酸钠9～45重量份、硅酸钾4～42重量份、硅溶胶0～33重量份、锆溶胶0～33重量份、去离子水18～27重量份。3.根据权利要求1所述无机改性耐高温高发射率石墨烯涂料，其特征在于：所述有机硅树脂乳液包括瓦克有机硅BS43N、BS1306、BS45中的一种或其组合。4.根据权利要求1所述无机改性耐高温高发射率石墨烯涂料，其特征在于：所述石墨烯分散液包括由以下重量份的原料制备而成：石墨烯粉体1～10重量份、表面处理剂1～20重量份、去离子水70～98重量份、所述表面处理剂包括环氧基硅烷或季铵盐类一种或其组合。5.根据权利要求4所述无机改性耐高温高发射率石墨烯涂料，其特征在于：所述石墨烯粉体的片径为1～30μm。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁想平，丁显波，王东卫，刘克，
申请(专利权)人：深圳市国创珈伟石墨烯科技有限公司，惠州市国创珈伟石墨烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44