一种水性电热储能涂料、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种水性电热储能涂料、制备方法及应用，其中，所述水性电热储能材料按重量计包括：水性树脂乳液：10～15份；助剂：3～5份；导电填料：35～45份；储能填料：35～45份，所述制备方法中，根据所公开的配方及相应设定的参数，可得到性能更为优异、更稳定的水性电热储能涂料。该水性电热储能涂料兼具加热与储能的特性，可用于电网削峰填谷。

A kind of water-based electrothermal energy storage coating, preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种水性电热储能涂料、制备方法及应用
本专利技术属于特种涂料领域，特别提供了一种水性电热储能涂料、制备方法及应用。
技术介绍
水性电热储能涂料是一种水基特种涂料，所形成的涂层在外加电场作用下具有较小的阻抗，能够将电能有效的转换为红外辐射直接施加与被加热物体，由于加热系统不包含运动组件，涂层工作时无光污染、噪音，水性电热储能涂料是一种新型高效红外辐射加热材料。电热涂层厚度一般较薄，虽然加热迅速，但由于主要依靠红外辐射作为主要加热方式，以及自身及基材热容有限，断电后迅速失热，基本不具备储能能力。为了维持被加热环境温度，传统电热涂层需要持续供电。中国专利CN102086330A、CN1068582A等专利中公开的电热涂料，大都采用油性高分子树脂作为成膜材料，采用可挥发性有机化合物作为涂料溶剂，在施工与使用时都会不可避免的产生小分子VOC，不适用于室内供暖使用，限制了涂料的使用范围。中国专利CN106349876A等专利中公开的电热涂料，导电颗粒选用金属颗粒，尤其是选用铜颗粒。金属颗粒作为电的良好导体，能够明显改善涂层电热性能，但耐腐蚀、氧化性能较差，涂层性能与寿命受使用环境影响较大。中国专利CN101892008A、CN107236382A、CN108084823A等专利中公开的水性电热涂料，采用水性树脂体系，减少了涂料施工与使用过程中的污染；主要采用碳基颗粒作为导电颗粒，延长了涂层的寿命。但所采用的碳基颗粒粒径普遍较低，制备工艺进一步减少了颗粒粒径。在涂料固化形成的涂层中，较小的颗粒粒径虽具有较好的成膜性，但导电性能受到影响。此外，以上专利中采用较多的石墨化碳颗粒，虽然能够降低成本，但在使用温度下发射率较低，8～14微米热波段发射率仅为0.7～0.8。作为以红外辐射作为主要工作方式的电热涂料，采用石墨化碳颗粒将会明显影响涂层电-辐射转换效率。同时，专利公开的涂层断电后温度迅速下降，基本不具备储能能力，不利于建筑节能减排的要求，增加使用成本，实用性能较低。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种水性电热储能涂料、制备方法及应用，以解决现有水性电热储能涂料由于自身及基材热容有限，断电后迅速失热，基本不具备储能能力的问题。本专利技术一方面提供了一种水性电热储能涂料，按重量计，包括：水性树脂乳液：10～15份；助剂：3～5份；导电填料：35～45份；储能填料：35～45份。优选，所述水性树脂乳液为水性丙烯酸乳液，水性聚氨酯乳液，水性环氧树脂乳液中的一种或几种，所述水性树脂乳液中固含量为40～60％。进一步优选，所述助剂为消泡剂，润湿剂，成膜助剂中的一种或几种。进一步优选，所述助剂按重量计，包括：消泡剂：5～8份；润湿剂：50～65份；成膜助剂：30～45份。进一步优选，所述导电填料为多壁碳纳米管，超导电炭黑，短切碳纤维中的一种或几种，其中，所述多壁碳纳米管为碳纳米管黑色粉末，长径比为500～2000，管长为5～10μm，所述超导电炭黑为超导乙炔炭黑，超导电炉法炭黑，超导色素炭黑中的一种或几种，所述超导电炭黑电阻率为0.2～1.0Ω·m，平均粒径为10～25nm，所述短切碳纤维为无胶聚丙烯腈炭化碳纤维，单丝纤维直径为5～10μm，电阻率为1.0～2.5Ω·m，短切长度为1.0～5.0mm。进一步优选，所述导电填料按重量计，包括：多壁碳纳米管：1～5份；超导电炭黑：40～50份；短切碳纤维：55～60份。进一步优选，所述储能填料为微胶囊化相变材料，吸附型相变材料中的一种或两种。本专利技术还提供了一种水性电热储能涂料的制备方法，包括如下步骤：(1)、按重量比，将水性树脂乳液与助剂进行混合，采用搅拌桨进行分散，其中，搅拌桨分散速度为500～1000r/min，搅拌时间为5～10min；(2)、将导电填料加入(1)中分散完毕的乳液中，搅拌为膏状后，向其内添加重量为分散完毕的乳液的1.5～5倍、粒径为1～10mm的氧化锆球进行球磨分散，其中，分散时间为5～8h；(3)、将储能填料加入(2)中分散完毕的浆料中，采用搅拌桨进行分散，其中，搅拌桨分散速度低于200～400r/min，搅拌时间为1～2h。本专利技术还提供了一种水性电热储能涂料的应用，包括如下步骤：(1)选取绝缘、干燥平面或有一定曲度的表面，按照输入电压24～36V，面功率为100～300W/m2计算并得到水性电热储能涂料施工面积，按照使用面积通过粘接的方式，进行涂层电极的施工；(2)采用滚涂、丝印的方式在(1)中铺设的电极之间进行水性电热储能涂料的施工；(3)涂层干燥后，在两电极间测试涂层电阻，并通电加热检查电热性能，直至涂层电热性能满足设计要求。优选，步骤(1)前还包括在绝缘、干燥平面或有一定曲度的表面中预先埋设包装有相变材料的容器的步骤。本专利技术提供的水性电热储能涂料，是一种略显粘稠的膏状浆料。一方面，能够在保证涂料较高填料固含量的基础上，保证涂料稳定，一方面，经过球磨分散的短切碳纤维及碳纳米管粉料也能在涂料体系中起到一定增粘作用。膏状浆料更适合滚涂、丝印等施工工艺，本涂料中溶剂水完全来自于水性乳液。采用水稀释后的本涂层配方，虽然制备工艺过程简单，但涂料储存性与施工性能均下降明显。因而，在水性树脂的基础上，需要较为大量的涂料的助剂，避免施工后涂层表面的开裂，减少施工涂料损失，提高涂料自身可施工性能。本专利技术所采用的导电颗粒均为发射率高，稳定性较好的碳基导电颗粒。颗粒与长径比经过级配，形成从碳纳米管到短切碳纤维由小到大的合理配制，在涂层内部形成短程、长程良好的导电通路，有效降低涂层面电阻，在较小的安全电压下也能够具有较大的面功率。其中，碳纳米管粉料，是一种杂质含量低，含水量低的碳纳米管产品。与碳纳米管分散液相比，碳纳米管粉料成本更低，同时不含有分散液中高沸点有机溶剂，不含有分散液中大量表面活性剂。在生产中发现，碳纳米管粉体能够有效通过球磨工艺分散，形成低挥发量，良好成膜与结合力的水性电热储能涂料。短切碳纤维在最终涂料中的长度也是影响涂层性能的重要因素之一。短切纤维长度较长时，涂层导电发热性能较好，但制备与应用工艺受到限制。短切纤维长度不足时，涂层导电加热性能较差。短切碳纤维在球磨混合过程中，会受到氧化锆球撞击而长度减小，纤维表面也会产生缺陷。因此需要同时控制短切纤维原料长度与制备工艺调整最终涂料中纤维长度分布。纤维表面缺陷则有利于涂层电阻的下降。对于含胶短切碳纤维原料，需要在通有氮气的管式炉中预先加热至600℃并保温2h除去纤维表面胶料。表面发射率对本专利技术涂层性能有较大影响。水性电热储能涂层主要以红外辐射的形式对周围环境进行加热，涂层温度相同的前提下，涂层红外辐射能量大小与涂层发射率成正比。本专利技术中公开的导电颗粒经过优选，能够明显改善涂层表面发射率。本专利技术采用的储能填料，主要依靠在涂层工作温度范围内能够进行固液，固固相变两类相变材料，将其通过微胶囊化或吸附的手段进行处理，通过混合的手段为涂料带来明显本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.水性电热储能涂料，其特征在于，按重量计，包括：水性树脂乳液：10～15份；助剂：3～5份；导电填料：35～45份；储能填料：35～45份。/n

【技术特征摘要】
1.水性电热储能涂料，其特征在于，按重量计，包括：水性树脂乳液：10～15份；助剂：3～5份；导电填料：35～45份；储能填料：35～45份。


2.按照权利要求1所述的水性电热储能涂料，其特征在于：所述水性树脂乳液为水性丙烯酸乳液，水性聚氨酯乳液，水性环氧树脂乳液中的一种或几种，所述水性树脂乳液中固含量为40～60％。


3.按照权利要求1所述的水性电热储能涂料，其特征在于：所述助剂为消泡剂，润湿剂，成膜助剂中的一种或几种。


4.按照权利要求3所述的水性电热储能涂料，其特征在于：所述助剂按重量计，包括：消泡剂：5～8份；润湿剂：50～65份；成膜助剂：30～45份。


5.按照权利要求1所述的水性电热储能涂料，其特征在于：所述导电填料为多壁碳纳米管，超导电炭黑，短切碳纤维中的一种或几种，其中，所述多壁碳纳米管为碳纳米管黑色粉末，长径比为500～2000，管长为5～10μm，所述超导电炭黑为超导乙炔炭黑，超导电炉法炭黑，超导色素炭黑中的一种或几种，所述超导电炭黑电阻率为0.2～1.0Ω·m，平均粒径为10～25nm，所述短切碳纤维为无胶聚丙烯腈炭化碳纤维，单丝纤维直径为5～10μm，电阻率为1.0～2.5Ω·m，短切长度为1.0～5.0mm。


6.按照权利要求5所述的水性电热储能涂料，其特征在于：所述导电填料按重量计，包括：多壁碳纳米管：1～5份；超导电炭黑：40～50份；短切碳纤维：55～60份。


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【专利技术属性】
技术研发人员：刘坤，王伟远，时卓，孙连来，薛健，许壮志，
申请(专利权)人：辽宁省轻工科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21