一种石墨烯发热粉末涂料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及到一种发热粉末涂料，特别涉及到一种用于中密度纤维板的热转印石墨烯发热粉末涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、中密度纤维板(mdf)是室内木制家具应用最广泛的材料之一，mdf是粉末涂装木质家具的主流基材。与金属基材不同，mdf材质在较高温度下极易发生侧边开裂、翘曲变形、力学强度降低等现象。因此，mdf粉末涂料必须在较低温度下熔融流平固化，避免底材因高温而受到破坏。近年来，低温固化粉末涂料也在不断进步，固化温度从原来的160℃降低到120～140℃，开始将低温固化粉末涂料应用于mdf板材的涂装。

2、热转印是将转印纸或膜上的图案转印到涂覆有热转印涂层的基材上。该技术能够提供色彩鲜艳、层次丰富的转印图案，从而达到仿木纹、石像等效果。热转印粉末涂料已在铝型材、卷材等领域广泛应用。但是，将热转印技术与用于中密度纤维板的粉末涂料相结合的技术只有少量报导。

3、电热涂料是一种将电能转化为热能的功能型涂料，在民用、商业、农业及工业供暖加热方面具有广泛的应用前景。填充型电热涂料是常见的电发热涂料。填充型电热涂料是指将导电填料加入到高分子聚合物基体中(例如树脂，其本身是绝缘的)，导电粒子相互接触使复合材料具备导电性，通电后发热。然而传统填充型电热涂料存在涂料易分层、储存稳定性差，或者含有有机溶剂，不环保等问题，限制涂料的实际应用，因此，需要开发安全、高效、稳定性好的新型电热涂料。

4、cn104497808a公开了mdf转印用粉末涂料及其应用方法。其公开了以聚酯树脂和/或环氧树脂作为涂料的成膜树脂，以异氰脲酸三缩水甘油酯作为固化剂，配合固化促进剂、转印蜡粉等助剂制备得到mdf转印用粉末涂料。粉末涂料的固化条件为130-150℃固化5-15min，热转印条件为采用平板热转印机转印，在160-200℃下转印2-4min。然而该发明公开的热转印温度太高，对于热敏性mdf基材，热转印温度过高，会破坏基材。并且该发明申请并未涉及到发热涂料和发热涂层。

5、cn109535819a公开了一种自限温发热油墨，油墨的组分包括导电高分子、炭黑、石墨、树脂、溶剂、助剂等组分。该发热油墨是通过石墨粉和碳粉的不同比例的搭配来满足电热转化的要求。该发明所得油墨涂层在表面未覆盖绝热板的情况下，涂层表面温度可以达到48.5-49.5℃。油墨中导电组分的含量对涂层的表面温度有显著的影响。

6、cn111876027a公开了一种自限温发热涂层材料，涂层材料包括石墨烯、中性盐、树脂、导电石墨、自限温ptc材料等原料。通过在电热浆料配料中增加ptc自限温填料，通过其特有的电阻系数随温度升高而增大的特性，对涂层进行限温，从而提高导电发热涂层的安全性。

7、cn111925686a公开了一种具备ptc自限温功能的石墨烯发热油墨，油墨的组分包括石墨烯、支撑树脂材料、ptc效应材料、助剂等原料。其采用的ptc效应材料为eva树脂、微晶蜡、pmma树脂。该发热油墨可以得到表面温度不高于70℃的油墨涂层，从而保证了涂层的使用安全性。

8、cn109280425a公开了一种地暖电热板的制备方法，其是利用气相纳米碳纤维/石墨烯作为导电填料，并采用变温高分子材料为填料得到ptc变温导电油墨，并将油墨通过丝网印刷方式印刷在电热板上，进而得到地暖电热板。并公开了可以将电热板用于地暖、机场除冰、大棚采暖等领域。

9、目前公开的发热涂料多为液体型涂料，其分散介质为有机溶剂或水。而导电材料在分散介质中的分散稳定性较差，对应的涂料在长期存放过程中会分层，影响涂料的使用性能。粉末涂料具有无溶剂挥发、回收率高、一次喷涂膜厚高等优点，是公认的5e涂料。但是将粉末涂料作为电热涂料却鲜有报道，而将电热粉末涂料应用于中密度纤维板的涂装更无相关文献报导。

10、本发明的目的在于开发一种发热粉末涂料，其可以低温固化，应用于中密度纤维板基材，并具有较好的热转印效果，同时该涂层可以在低压通电下发热。涂覆了本发明的中密度纤维板可以应用于室内木质家具，在寒冷的环境下，通过通电进行发热，提高室内温度，或者提升家具表面的温度，从而改善居住体验。

技术实现思路

1、为了达到上述目的，本发明公开了一种石墨烯发热粉末涂料，以质量份数计，其包括如下组分：

2、环氧树脂50-200份，羧基聚酯树脂50-200份，石墨烯2-20份，炭黑20-80份，导电钛白粉20-80份，自限温ptc材料5-20份，固化促进剂3-12份，硫酸钡8-40份，流平剂2-10份，安息香2-10份，热转印助剂2-10份。

3、所述环氧树脂为e-06，e-12，e-20中的一种或多种。进一步地，所述环氧树脂为e-12或着e-06和e-20这二者的组合。

4、所述羧基聚酯树脂的酸值为30-90mgkoh/g。进一步地，所述羧基聚酯树脂的酸值为45-90mgkoh/g。

5、优选地，所述羧基聚酯树脂的具体选择为dsm uralac p3050，dsm uralac p3150，dsm uralac p3250中的一种或多种。

6、进一步地，所述环氧树脂与羧基树脂的质量比为2:1-1:2。

7、石墨烯由单层碳原子组成，具有蜂窝状二维晶体结构，是目前世界上已知的最薄材料。其具有具有较高的比表面积、优异的导热性能。在聚合物基质中加入少量的石墨烯材料即会显著提升聚合物复合材料的导电性能和导热性能。

8、本发明添加石墨烯提升涂层的导电和导热性能，本发明中所述石墨烯选自d50粒径不超过80μm的固体粉末状导电石墨烯。

9、优选地，所述石墨烯具体选自常州第六元素的se1231，se1232，se1233-s，se1233-l，se1234中的一种或多种。

10、导电炭黑是常见的导电添加剂，其可以赋予聚合物基质导电、防静电等性能。本发明中，所述炭黑的具体选择为卡博特vulcan xc-72r，卡博特hdpe ca6132，卡博特bp-2000，欧励隆970lb中的一种或多种。

11、导电钛白粉是以钛白粉为基质，采用纳米技术，通过表面处理，半导体掺杂处理，使其基层表面形成导电氧化层，从而制得一类新型电子导电功能性半导体颜料。导电钛白粉对光的吸收少，散射能力大，光泽，白度，消色力，遮盖力等光学性能良好。可制成近白色及其它浅色永久性导电，防静电制品。在白度要求较高的导电，防静电制品和环境中尤为适用。

12、本发明中，所述导电钛白粉为针状导电型钛白粉。优选地，导电钛白粉的具体选择为石原ft-1000，石原ft-2000，石原ft-3000，石原ft300-c中的一种或多种。

13、所述热转印助剂为聚四氟乙烯微粉或聚四氟乙烯改性聚乙烯蜡。优选地，所述热转印助剂选自天诗pew0601，天诗pew0602f，天诗pew0605f，天诗pew0611f中的一种或多种。

14、本发明中的发热粉末涂料中添加了自限温ptc材料，当自限温材料达到居里温度点时，其体积会产生膨胀，导致导电粒子间的微观距离增大，进而导致涂层的电阻率大幅度增大，从而使得输出功率大幅度减小，以防止涂层的温度过度上升，致使涂层应用性能变差或发生安全事故。

15、所述自限温ptc材料包括钛酸钡基陶瓷ptc、二硼化钛基ptc中的一种或多种。进一步地，所述钛酸钡基陶瓷ptc材料的制备原料包括batio3、srtio3、cr2o3和la2o3。

16、进一步地，所述钛酸钡基陶瓷ptc材料的制备方法包括以下步骤：

17、ss1，按质量比例，将40-70％的batio3、20-35％的srtio3、3-10％的cr2o3、3-10％的la2o3与0.5-10％的无机填料混合，得到混合料；以混合料质量为基准，再添加0.1-2％的pva和0.1-2％的偏硅酸钠，加0.5-5倍混合料质量的水球磨得到浆料；

18、ss2，将球磨后的浆料喷雾造粒，过100-300目筛网得到粉料，将粉料压制后得到坯体；

19、ss3，将坯体烧结，得到半成品，烧结温度为900-1400℃，烧结时间为2-5h；

20、ss4，半成品破碎后，加入0.5-2倍半成品质量的水球磨，干燥后造粒，过200-400目筛,即得到自限温ptc材料。

21、所述步骤ss1中的无机填料包括二氧化硅、硫酸钙、碳酸钙、硫酸钡中的至少一种。

22、所述固化促进剂为咪唑类、咪唑啉类、铵盐、膦盐中的任意一种。进一步地，所述固化促进剂可以选自2-甲基咪唑，2-苯基咪唑，2-乙基-4-甲基咪唑中的任意一种。

23、所述流平剂为南海化学glp599，glp388，glp788中的一种或多种。

24、本发明还公开了一种石墨烯发热粉末涂料的制备方法，其包括如下步骤：

25、步骤1：按照制备配方称取粉末涂料的各原料组分，加入到混料器中，混合均匀，得到混合料；

26、步骤2：将混合料加入到双螺杆挤出机中挤出，挤出温度为80-110℃；

27、步骤3：将挤出后的物料压片、冷却、粉碎、筛分，选取d50粒径为30-50μm的粉末，即得到粉末涂料成品。

28、本发明还公开了一种石墨烯发热粉末涂料的应用，具体包括如下步骤：

29、步骤s1，制备处理后的基材，在中密度纤维板表面贴导电铜箔或铜导线，可选地在中密度纤维板表面设置测温装置和控制元器件，得到处理后的基材；

30、步骤s2，喷涂，采用静电喷枪将粉末涂料喷涂于处理后的基材的表面；

31、步骤s3，加热固化，在红外线加热炉中固化，固化条件为120℃-140℃，3-10min。

32、步骤s4，将热转印膜贴在涂覆了粉末涂料的中密度纤维板表面，通过热转印设备加热转印，冷却后撕掉转印纸，得到表面有热转印装饰油墨、并涂覆有发热涂层的中密度纤维板，其中，加热条件为160-200℃，3-8min。

33、本发明的有益效果如下：

34、首先，本发明通过选用黑色的石墨烯和炭黑，与白色的导电钛白粉相配合作为导电填料，可以通过调整黑色导电材料与白色导电材料的配比，从而很好地调整涂层的颜色，避免只能得到深黑色的涂膜。而且，片层状的石墨烯，与颗粒状的炭黑粒子、针状的钛白粉组成点、线、面三维导电网络，更好的起到产热效果。

35、其次，本发明涂层中炭黑、石墨烯、针状导电钛白粉粒子形成微观结构粗糙的涂膜，使涂层在热转印后，容易将热转印纸撕掉，热转印图像清晰，热转印效果优异。

36、再次，本发明的粉末涂料可以在较低温度固化，可以用于中密度纤维板涂装，同时本发明的粉末涂料具有电发热性能，并且涂层具有自限温功能，涂覆了本发明的基材可以应用于智能家居领域。