一种鱼鳞仿生改性石墨导热防水涂料及其制备方法与流程

本发明属于导热防水涂料，具体是一种鱼鳞仿生改性石墨导热防水涂料及其制备方法。

背景技术：

1、导热防水涂料是一种具有导热和防水功能的材料，广泛应用于建筑、电子等领域。在国标gb/t19250《聚氨酯防水涂料》中，单组分聚氨酯防水涂料被分成i、ii、iii级三个类别的产品体系，i型产品要求拉伸强度≥2.0mpa，断裂伸长率≥500％；iii型产品拉伸强度≥12mpa,断裂伸长率≥250％。现有防水产品漆膜有以下几点缺陷：其一，i型产品断裂伸长率高，但拉伸强度低；iii型拉伸强度高但断裂伸长率低，i型和iii型产品存在拉伸强度和断裂伸长率不能兼容问题。其二，现有防水涂料漆膜传热性能较低，导致漆膜层间产生较大温差，因热胀冷缩加大了漆膜内应力，促使漆膜鼓泡、脱落，降低了漆膜使用寿命。其三，现有防水产品漆膜吸水性相对较高，降低了防水涂料的抗腐蚀能力。其四，市售产品存在储存期短，易发生填料沉降问题。

技术实现思路

1、本发明克服了现有防水涂料产品技术中拉伸强度和断裂伸长率不能兼容的缺陷，导热系数低、吸水率高和储存稳定性差的问题。本发明提供了一种鱼鳞仿生改性石墨导热防水涂料及其制备方法，得到的产品拉伸强度、断裂伸长率和导热系数高、储存稳定周期长以及有优良的不透水性。

2、本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

3、本发明提供一种鱼鳞仿生改性石墨导热防水涂料的制备方法，其包括以下步骤：s1.将鳞片石墨粉与插层剂混合，经插层、真空脱水得到插层鳞片石墨；在插层鳞片石墨中滴加硅烷偶联剂溶液，经改性、离心后得到改性鳞片石墨；将改性鳞片石墨加入到聚醚中进行研磨，得到改性鳞片石墨前驱体；

4、s2.绢云母粉加入到插层剂溶液中分散，经插层、离心、清洗、干燥后得到插层绢云母；研磨插层绢云母，研磨过程中滴加硅烷偶联剂溶液，获得改性鳞片绢云母；

5、s3.按配比添加聚醚、润湿分散剂、氯化石蜡、二氧化硅气凝胶粉体、改性鳞片绢云母、碳酸钙和改性鳞片石墨前驱体并混合均匀，真空脱水后得到涂料前驱体；然后加入扩链剂进行交联聚合，再加入消泡剂和催干剂进行真空脱泡，得到鱼鳞仿生改性石墨导热防水涂料。

6、s1中，所述鳞片石墨粉细度为325～20000目；所述插层剂为亚砜类化合物，较佳的为含甲基亚砜类化合物，例如二甲亚砜。

7、s1中，所述鳞片石墨粉和所述插层剂的质量比为1:(1.5～99)，较佳的为1:(1～50)，例如1:10。

8、s1中，所述插层的搅拌速度为200～400rpm，较佳的为300rpm。

9、s1中，所述真空脱水的真空度为-0.08～-0.09mpa；所述脱水的温度为120～150℃，较佳的为120℃；所述脱水的时间为2～6h，较佳的为4h。

10、s1中，所述真空脱水的标准为含水量≤400ppm。

11、s1中，所述真空脱水后需要降温至55℃。

12、s1中，所述滴加和所述改性需要在氮气保护下进行。

13、s1和s2中，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂、巯基硅烷偶联剂中的一种或多种，较佳地为kh550、kh792、up540和up552中的一种或多种。

14、s1和s2中，所述硅烷偶联剂溶液为硅烷偶联剂的甲醇溶液；所述硅烷偶联剂溶液的浓度为5～17wt％，较佳的为10wt％。

15、s1中，所述硅烷偶联剂溶液与所述插层鳞片石墨的质量比为1:(90～480)，较佳的为1:(100～450)。

16、s1和s2中，所述滴加的速度为0.05～0.3kg/min，较佳的为0.1kg/min。

17、s1中，所述改性采用胶体磨循环剥片。

18、s1中，所述改性时的搅速为1800～2500rpm，较佳的为2000rpm；所述改性的时间为3～8h，较佳的为4h。

19、s1中，所述离心后固含量为65～90％，较佳的为80％。

20、s1中，所述离心采用固液离心分离机；所述离心的目的是分离脱浆，脱除多余的液体。

21、s1中，所述改性鳞片石墨与所述聚醚的质量比为1:(1～3)，较佳的为1:1。

22、s1中，所述研磨的速度为300～2000rpm，较佳的为300～1000rpm，例如300rpm、1000rpm。

23、s1中，所述改性鳞片石墨前驱体的细度≤10μm。

24、s2中，所述绢云母粉为湿法绢云母粉；所述绢云母粉细度为325～1250目。

25、s2中，所述插层剂溶液为醋酸钾水溶液；所述插层剂溶液的浓度为7～14wt％，较佳的为10wt％。

26、s2中，所述绢云母粉和所述插层剂溶液的质量比为1：(2～5)，较佳的为1:4。

27、s2中，所述插层的搅拌速度为800～1500rpm，较佳的为1000rpm；所述插层的时间为2～6h，较佳的为4h。

28、s2中，所述清洗的操作是使用去离子水清洗3次。

29、s2中，所述干燥的温度为105～125℃，较佳的为120℃；所述干燥需干燥至恒重，因此干燥时间要依据干燥至恒重的时间调整，较佳地，所述干燥的时间为0.5～5h，例如1h。

30、s2中，所述研磨采用球磨研磨机。

31、s2中，所述插层绢云母与所述硅烷偶联剂溶液的质量比为(100～250):1，较佳的为(100～200)：1。

32、s2中，所述改性鳞片绢云母细度≤10μm。

33、s3中，所述添加过程中搅拌速度为150～400rpm，较佳的为300rpm。

34、s3中，所述真空脱水的温度为120℃，所述真空脱水的时间为4h，所述真空脱水的真空度≤-0.08mpa。

35、s3中，所述真空脱水后需降温至70℃。

36、s3中，所述涂料前驱体含水量≤400ppm。

37、s3中，所述交联聚合需要在氮气保护中进行，所述交联聚合的温度为80℃，所述交联聚合的搅拌速度300～600rpm，所述交联聚合的时间≥3小时。

38、s3中，所述交联聚合后需降温至60℃再加入消泡剂和催干剂。

39、s3中，所述真空脱泡的搅拌速度为100～300rpm；所述真空脱泡的真空度≤-0.08mpa；所述真空脱泡的时间为5～20min，较佳的为15min；所述真空脱泡的温度为55～60℃，较佳的为60℃。

40、本发明还提供一种鱼鳞仿生改性石墨导热防水涂料，按质量百分数计，其包括3～65％改性鳞片石墨、8～50％改性鳞片绢云母、0～55％碳酸钙、11～20％聚醚、11～20％氯化石蜡、0.1～0.9％扩链剂、0.01～0.1％消泡剂、0.01～0.05％润湿分散剂、0.1～0.8％二氧化硅气凝胶粉体、0.01～0.15％催干剂；

41、较佳的为5～60％改性鳞片石墨、10～40％改性鳞片绢云母、0～40％碳酸钙、12～17％聚醚、12～18％氯化石蜡、0.3～0.8％扩链剂、0.02～0.09％消泡剂、0.01～0.03％润湿分散剂、0.2～0.7％二氧化硅气凝胶粉体、0.04～0.1％催干剂；

42、例如，10％改性鳞片石墨、40％改性鳞片绢云母、19％碳酸钙、15％聚醚、15％氯化石蜡、0.5％扩链剂、0.07％消泡剂、0.01％润湿分散剂、0.35％二氧化硅气凝胶粉体、0.07％催干剂；或者，20％改性鳞片石墨、40％改性鳞片绢云母、9％碳酸钙、15％聚醚、15％氯化石蜡、0.5％扩链剂、0.07％消泡剂、0.01％润湿分散剂、0.35％二氧化硅气凝胶粉体、0.07％催干剂。

43、其中，因为影响导热性能的是改性鳞片石墨和改性鳞片绢云母，因此，涂料配方中使用的是改性鳞片石墨的含量。涂料配方中聚醚含量为s1中添加聚醚和s3中添加聚醚之和。

44、本发明中，所述碳酸钙的细度为800～2000目，例如2000目。

45、本发明中，所述聚醚为聚醚多元醇，较佳的为聚醚二元醇、聚醚三元醇、聚醚四元醇中的一种或多种，例如jqd-220g和/或jqd-0330n。

46、本发明中，所述氯化石蜡可为氯化石蜡#42、氯化石蜡#52和氯化石蜡#70中的一种，较佳的为氯化石蜡#52。

47、本发明中，所述扩链剂为异氰酸酯类扩链剂，较佳的为万华异氰酸酯。

48、本发明中，所述消泡剂为有机硅消泡剂、非硅类消泡剂或聚醚型消泡剂中的一种，较佳的为巴斯夫efka。

49、本发明中，所述润湿分散剂为水油通用型分散剂，例如ft201。

50、本发明中，所述催干剂为wcat型催干剂。

51、本发明中，所述鱼鳞仿生改性石墨导热防水涂料的导热系数为10～25w/(m.k)、吸水率为0.04～0.1％、拉伸强度为12.15～16.8mpa、断裂拉伸率为1000～1550％。

52、本发明采用插层技术，得到插层鳞片石墨和插层绢云母，再改性得到改性鳞片石墨和改性鳞片绢云母，这种改性薄层结构材料经剥离后大多数为单层排布，也有部分是多层排布；层间存在孔隙可以让大分子结构体进入，参见图1。改性鳞片石墨具有优异的导热性能，降低了涂膜温度梯度，降低了漆膜温度内应力，避免了漆膜冷热老化，减少了漆膜鼓泡、脱落。

53、本发明采用仿生鱼鳞结构，涂料中基料为聚醚与异氰酸酯合成的聚氨酯树脂，二氧化硅气凝胶为多孔网状结构。聚氨酯树脂可将二氧化硅气凝胶粒子串联形成网格，网格结构可提高膜层立体延伸弹性和稳定性；同时，网格会吸附改性薄层结构材料从而叠加成鱼鳞状，这就提高了材料的拉伸强度性能，参见图2。改性薄层结构材料和二氧化硅气凝胶形成有效疏水层，降低漆膜的吸水性，降低了漆膜的透水性。

54、在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

55、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

56、1.本发明采用插层工艺得到插层鳞片石墨和插层绢云母，再改性得到改性鳞片石墨和改性鳞片绢云母；改性鳞片石墨这种含改性薄层结构的材料具有优异的导热性能，避免了漆膜冷热老化，还减少了额漆膜鼓泡、脱落。

57、2.本发明构思巧妙，采用仿生鱼鳞结构的设计思路。微观上，聚氨酯将二氧化硅气凝胶串联形成网格，网格会吸附改性薄层结构材料从而叠加成鱼鳞状。这样的设计改善了拉伸性和稳定性，还可以有效疏水，降低漆膜的透水性。

58、3.本发明制备的产品的导热系数为10～25w/(m.k)、吸水率为0.04～0.1％、拉伸强度为12.15～16.8mpa、断裂拉伸率为1000～1550％。加速老化储存测试中30天无沉淀和分层；从而，本产品具有良好的导热性能、不透水性、拉伸强度、断裂伸长率和稳定性能。因此本产品储存期长、耐腐蚀，不会出现漆膜鼓泡、脱落的情况，因此有更长的使用寿命。