[发明专利]一种无机改性耐高温高发射率石墨烯涂料及其制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及涂层技术领域，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。

背景技术

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，故本发明采用硅酸盐类粘接剂。另外本发明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。

发明内容