一种海上风机散热涂料用改性石墨烯聚酯及其制备方法

本发明属于涂料领域，具体涉及一种海上风机散热涂料用改性石墨烯聚酯及其制备方法。

背景技术：

1、随着绿色能源这一概念在世界范围内的广泛认可，对能源结构进行调整已经是不可逆转的前进方向，相较于价格偏高的太阳能发电和已经接近饱和的水电资源，风力发电逐渐受到青睐，目前人们已经注意到陆地风能发电所带来的占地面积大、噪声污染等问题，开始将目光转向海上丰富的风能资源。

2、针对特有的海上风环境，海上风机不需要像陆地风机那般以降低噪声来进行优化设计，而是以高翼尖速度和变桨速运行实现最大的空气动力效益，主要通过将风机中的风力发电机转子的动能转化成电能实现发电，其中相关电子元件持续不断的工作使得风机发热严重，外加海面上阳光的照射，导致风机散热困难。

3、涂层技术以其技术简单、散热效果明显和适用范围广等优点适用于风机散热，专利cn114621640b公开了一种石墨烯散热涂料及其制备方法，通过将石墨烯溶解在无水乙醇、nmp等溶剂中，再与硅烷偶联剂进行改性制备成散热涂料，显著提高了石墨烯的分散效果，使得制备的石墨烯散热涂料稳定性良好，但是该涂料的导热性可能存在不足，使得无法形成良好的导热-散热体系。专利cn115160885b公开了一种水性石墨烯散热涂料及其制备方法，该涂料以改性石墨烯为主体散热基质，通过石墨烯基体表面接枝的功能基团与成膜物质发生化学作用，促进石墨烯在涂料中的均匀分散，使石墨烯稳定、持续发挥散热作用；并且石墨烯还能促进成膜聚合物交联网络的形成，提高涂层的力学性能，但是面对海洋环境下的高潮湿气候，可能存在附着力差的问题。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种海上风机散热涂料用改性石墨烯聚酯及其制备方法，通过自制羟基丙烯酸石墨烯分散乳液带来了更高的导热性，在此基础上加入氮化硅，提高了聚酯的耐潮湿性，延长了其在海面空气环境中的使用寿命。

2、为实现上述目的,本发明所采用的技术方案是：

3、本发明第一方面提供了海上风机散热涂料用改性石墨烯聚酯，按重量份计，包含以下原料：60-70份改性石墨烯乳液和50-60份液体树脂。

4、在一些实施方式中，所述改性石墨烯乳液的制备步骤如下：

5、s1、将甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸羟乙酯配置成混合单体；

6、s2、在70-80℃下将丙二醇丁醚、1-5wt％步骤s1的混合单体和二特戊基过氧化物搅拌30-50min，得到反应液；

7、s3、在70-80℃下往步骤s2的反应液中滴入剩余的步骤s1的混合单体，滴加完毕后，保温2-4h，得到活性液；

8、s4、将步骤s3的活性液降温至50-60℃，先加入淬灭剂反应20-50min，然后加入石墨烯超声10-15min，旋蒸，用水乳化，即得到所述改性石墨烯乳液。

9、在一些实施方式中，所述步骤s1的混合单体中甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸羟乙酯的质量比为(1.25-1.35)：1：(0.75-0.80)：(0.72-0.80)。

10、在一些实施方式中，所述步骤s2的丙二醇丁醚、混合单体和二特戊基过氧化物的质量比为(10-11)：1：(0.3-0.4)。

11、在一些实施方式中，所述步骤s3的滴加时间控制在2.5-3.5h，所述步骤s4的淬灭剂为n，n-二甲基乙醇胺。

12、在一些实施方式中，所述步骤s4中活性液、淬灭剂、石墨烯和水的质量比为1：(0.005-0.015)：(1.0-1.2)：(0.5-0.6)。

13、在一些实施方式中，所述液体树脂为环氧树脂、有机硅树脂和丙烯酸酯中的一种或几种。

14、在一些实施方式中，所述改性石墨烯聚酯原料还包含1-5重量份的氮化硅。

15、在一些实施方式中，所述氮化硅的粒径为1-10μm。

16、本发明第二方面提供了一种海上风机散热涂料用改性石墨烯聚酯的制备方法，包含以下步骤：

17、将改性石墨烯乳液和液体树脂搅拌至颜色均匀，即得到所述海上风机散热涂料用改性石墨烯聚酯。

18、散热涂料是一种高分子材料，为达到散热目的，不仅仅需要高导热材料将热量从发热源快速传导至散热器表面，还需要将汇聚于散热器表面的热量通过热对流、热辐射将热量快速散发到空气中，即涂层需具备较高的导热系数及较高的辐射系数。

19、由于涂料主要依靠声子在晶格的振动来进行热传递，而大多数高分子材料内部的结晶都是不完整的，这些不完整的结晶使得晶格进行非谐性的振动，并且界面和缺陷等因素也会造成声子的散射，导致高分子材料的导热性能普遍较差。相关研究人员已经发现在树脂乳液中添加碳单质材料可以提高复合材料的导热散热性能，其中石墨烯以高度有序且致密的结构为导热提供了良好的基础。

20、但是石墨烯存在着面外热导率低和柔韧性差的问题，即：sp2杂化的碳原子允许有效的声子沿面内方向传输，故面内热导率高，而声子沿面外方向的传输则受到严重的散射，导致石墨烯面内外方向的热导率相差极大；弱的层间作用使得石墨烯层间容易发生滑移，导致机械性能差。上述问题会导致复合树脂出现散热效率以及耐磨性的不足。

21、本发明通过自制羟基丙烯酸石墨烯分散乳液，一方面使得复合材料中的石墨烯薄片更加紧凑和有序，减少了缺陷，进而使得声子边界散射减少；另一方面完善了树脂的结晶取向，两者协同使得涂料获得了更高的导热性，但是该涂料还存在不耐潮湿的问题。

22、由于海面空气环境不同于普通大气环境，其水分的密度远大于普通空气，因此涂层在这种条件下很容易开裂或是剥落，这也意味着涂层的附着力不佳。由于涂层的附着力是由涂层与基体表面的黏附力及涂层本身的内聚力共同决定的，涂料的内聚力小，就容易出现涂膜层间断裂，甚至涂膜粉化的现象。研究人员偶然发现，在自制羟基丙烯酸石墨烯分散乳液的基础上加入微米级别的氮化硅可以加强涂层的附着能力，可能原因是氮化硅的加入加强了涂层本身的内聚力；也可能是其与石墨烯会在涂层表面形成分布着纳米级结构的微米级乳突结构，该结构具有着大接触角和小滚动角，使得表面疏水，减少了水与涂层的接触时间，进而耐潮湿性得到了增强。

23、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

24、1、本发明提供了一种海上风机散热涂料用改性石墨烯聚酯，该聚酯拥有良好的散热性和耐潮湿性，非常适合在海面潮湿空气这一特定环境中使用。

25、2、本发明通过自制羟基丙烯酸石墨烯分散乳液，使得复合材料中的石墨烯薄片更加紧凑和有序，减少了缺陷和声子的边界散射，并且完善了树脂的结晶取向，使得涂料获得了更高的导热性。

26、3、本发明通过在自制羟基丙烯酸石墨烯分散乳液的基础上加入氮化硅，提高了涂层的耐潮湿性，延长了其在海面空气环境中的使用寿命。

技术特征：

1.一种海上风机散热涂料用改性石墨烯聚酯，其特征在于，按重量份计，包含以下原料：60-70份改性石墨烯乳液和50-60份液体树脂。

2.根据权利要求1所述的海上风机散热涂料用改性石墨烯聚酯，其特征在于，所述改性石墨烯乳液的制备步骤如下：

3.根据权利要求2所述的海上风机散热涂料用改性石墨烯聚酯，其特征在于，所述步骤s1的混合单体中甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸羟乙酯的质量比为(1.25-1.35)：1：(0.75-0.80)：(0.72-0.80)。

4.根据权利要求2所述的海上风机散热涂料用改性石墨烯聚酯，其特征在于，所述步骤s2的丙二醇丁醚、混合单体和二特戊基过氧化物的质量比为(10-11)：1：(0.3-0.4)。

5.根据权利要求2所述的海上风机散热涂料用改性石墨烯聚酯，其特征在于，所述步骤s3的滴加时间控制在2.5-3.5h，所述步骤s4的淬灭剂为n，n-二甲基乙醇胺。

6.根据权利要求2所述的海上风机散热涂料用改性石墨烯聚酯，其特征在于，所述步骤s4中活性液、淬灭剂、石墨烯和水的质量比为1：(0.005-0.015)：(1.0-1.2)：(0.5-0.6)。

7.根据权利要求1所述的海上风机散热涂料用改性石墨烯聚酯，其特征在于，所述液体树脂为环氧树脂、有机硅树脂和丙烯酸酯中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的海上风机散热涂料用改性石墨烯聚酯，其特征在于，所述改性石墨烯聚酯原料还包含1-5重量份的氮化硅。

9.根据权利要求8所述的海上风机散热涂料用改性石墨烯聚酯，其特征在于，所述氮化硅的粒径为1-10μm。

10.一种权利要求1-7任一项所述的海上风机散热涂料用改性石墨烯聚酯的制备方法，其特征在于，所述制备步骤如下：

技术总结本发明公开了一种海上风机散热涂料用改性石墨烯聚酯及其制备方法，按重量份计，该石墨烯聚酯包含以下原料：60‑70份改性石墨烯乳液和50‑60份液体树脂。本发明提供的改性石墨烯聚酯通过自制羟基丙烯酸石墨烯分散乳液带来了更高的导热性，在此基础上加入氮化硅，提高了聚酯的耐潮湿性，延长了其在海面空气环境中的使用寿命。技术研发人员：张永阳,曹少泳,周大为,罗振琨,司徒彦行受保护的技术使用者：北京理工大学珠海学院技术研发日：技术公布日：2024/7/4