一种电热涂层浆料、制备方法及应用与流程

1.本技术涉及一种电热涂层浆料、制备方法及应用，属于电热材料技术领域。


背景技术：

2.导电涂料是近半个世纪以来快速发展起来的特种功能材料，被广泛应用于静电消除、电磁屏蔽、加热器和其他电子设备中。近年来，对电热涂料的性能研究依然是一大热点。
3.目前市场上的电热涂料大部分由导电材料和有机成膜材料构成，但是以该类电热涂料形成的涂层应用于电热器件后，有机材料在高温下易分解变性，即使是耐温最优的聚酰亚胺材料，也很难在400℃下长期使用；并且当有机材料分解后，导电材料与基材的粘结桥梁消失，原有电流通路断裂，造成涂层失效，所以现有电热涂层的工作温度一般设计在100℃以下，不能用于工业加热领域；此外有机材料在分解时，还易产生有毒有害气体。
4.因此，亟需获得一种耐高温、环保的电热涂料。


技术实现要素：

5.本技术的第一方面提供了一种电热涂层浆料、制备方法及应用，该电热涂层浆料含有导电物质和无机成膜物质，成膜后能长期耐受600℃高温。
6.所述电热涂层浆料包括以下组分：导电物质
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6重量份；硅烷
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2.7
‑
5.5重量份；所述导电物质选自掺杂金属的氧化物；所述硅烷选自烷氧基硅烷、烯氧基硅烷中的至少一种。
7.优选地，所述浆料的组分还包括重量份为0.1
‑
1的石墨烯。
8.优选地，所述浆料的组分还包括重量份为1
‑
5的硅氧化物。
9.优选地，所述浆料还包括溶剂和ph调节剂；所述溶剂选自醇类溶剂、去离子水中的至少一种；所述ph调节剂为冰醋酸、硅酸中的至少一种。
10.优选地，所述硅烷包括：重量份为1.5
‑
2.5的正辛基三甲氧基硅烷和重量份为1.2
‑
3的乙烯基三乙氧基硅烷。
11.优选地，所述掺杂金属的氧化物的粒度为70~100nm；所述硅氧化物的粒度为20~40nm。
12.本技术的第二方面，提供了一种电热涂层浆料的制备方法，所述方法包括：在导电物质的分散液中加入酸性物质，调节ph至4~5，得到混合物i；将所述混合物i与硅烷溶液混合，反应，得到所述电热涂层浆料；所述硅烷溶液的溶剂为选自乙醇、水中的至少一种。
13.优选地，将所述混合物i与硅烷溶液混合，反应，得到所述电热涂层浆料，包括：将所述混合物i与硅烷溶液混合均匀后，采用酸性物质调节ph至4~5，得到混合物
ii；将所述混合物ii与石墨烯分散液混合均匀，反应，得到所述电热涂层浆料。
14.优选地，将所述混合物i与硅烷溶液混合均匀后，采用酸性物质调节ph至4~5，得到混合物ii，包括：将所述混合物i与硅烷溶液混合均匀，得到混合物iii，向所述混合物iii中加入硅氧化物的分散液后，采用酸性物质调节ph至4~5，得到混合物ⅳ；相应的，将所述混合物ii与石墨烯分散液混合均匀，反应，得到所述电热涂层浆料，具体为：将所述混合物ⅳ与石墨烯分散液混合均匀，反应，得到所述电热涂层浆料；反应温度20~30℃，反应时间3~4h。
15.本技术的第三方面，提供了一种电热涂层，将涂层浆料涂覆在电热器件表面，干燥，得到电热涂层；所述涂层浆料选自上述任一电热涂层浆料、上述任一制备方法得到的电热涂层浆料中的至少一种。
16.本技术的第四方面，提供了一种上述电热涂层在新能源汽车的玻璃和/或后视镜上的应用。
17.本技术能产生的有益效果包括：本技术所提供的电热涂层浆料，成膜物质和导电物质均为无机材料，不存在现有电热涂层由于使用有机成膜材料存在的高温下易分解变性、产生有毒有害气体、涂层失效的问题。另外，由于本技术成膜物质与导电物质之间能够形成交联网络，两者为化学键连接，使得形成的涂层中导电物质不会产生位移，导电通路稳定存在，涂层的电气性能非常稳定且工作寿命非常长。
18.采用本技术所提供的电热涂层浆料形成的涂层疏水、透光率高、操作方便，通过调节涂层厚度、涂覆面积等，可调节膜层方阻，可应用于工作电压为20v~220v的电热器件，可在40℃~600℃的工作温度下长期稳定运行，应用范围广。
19.本技术在新能源汽车的玻璃和/或后视镜上设置有上述电热涂层，使得新能源汽车的玻璃及后视镜可加热，从而快速蒸发水分，保证恶劣天气的行车安全。
具体实施方式
20.下面结合实施例详述本技术，但本技术并不局限于这些实施例。
21.如无特别说明，本技术的实施例中的原料均通过商业途径购买。
22.本技术的电热涂层浆料至少包括以下组分：3
‑
6重量份的导电物质和 2.7
‑
5.5重量份的硅烷。
23.其中导电物质选自掺杂金属的氧化物；具体地，可为掺铟氧化锡、掺氟氧化锡、掺铝氧化锌和掺镁氧化锌等。上述材质均为无机物，具有良好的通透性、化学稳定性、导电能力强。使用上述掺杂金属的氧化物制备的电热涂层浆料，其形成的涂层透光率高，从而使得热量辐射率相应较高。
24.本技术中导电物质以掺铟氧化锡为例进行说明，掺铟氧化锡也称为氧化铟锡。因为二氧化锡具有良好的通透性，在水溶液中具有优良的化学稳定性，掺杂金属铟后形成的
氧化铟锡导电稳定，导电能力强，从而制备的电热涂层浆料，透光率更高，热量辐射率更高。但本技术中导电物质不限于氧化铟锡，任何可以达到本技术目的材料均可以。其中硅烷选自烷氧基硅烷、烯氧基硅烷中的至少一种。例如，硅烷可为正辛基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷等。本技术的硅烷优选为正辛基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷。具体用量为：正辛基三甲氧基硅烷为1.5
‑
2.5重量份、乙烯基三乙氧基硅烷为1.2
‑
3重量份。
25.本技术的电热涂层浆料中使用了硅烷，一方面可以提升膜层的耐高温性能，另一方面硅烷作为成膜物质，掺杂金属的氧化物作为导电物质，反应中两者可形成交联网络。具体地，以掺铟氧化锡为例，说明上述反应过程。反应中，硅烷水解，使得si
‑
o
‑
r基团生成si
‑
o
‑
h基团，随后si
‑
o
‑
h基团与掺铟氧化锡分散液中的sn
‑
o
‑
h基团反应生成si
‑
o
‑
sn得到交联网络。可见，本技术中的导电物质与成膜物质是通过化学键连接的，使得形成的涂层中导电物质不会产生位移，导电通路稳定存在，涂层的电气性能非常稳定且工作寿命非常长；同时，由于成膜物质和导电物质均是无机材料，不存在现有电热涂层由于使用有机成膜材料存在的高温下易分解变性、产生有毒有害气体、涂层失效的问题。
26.采用本技术所提供的电热涂层浆料形成的涂层疏水、透光率高、操作方便，通过调节涂层厚度、涂覆面积等，可调节膜层方阻，可应用于工作电压为20v~220v的电热器件，可在40℃~600℃的工作温度下长期稳定运行，应用范围广。
27.为进一步提升本技术电热涂层浆料的导电性，在其组分中还加入了0.1
‑
1重量份的石墨烯。石墨烯具有大的比表面积和体积比，其载流子迁移率较高。本技术同时使用掺杂金属的氧化物和石墨烯，将使得涂层浆料中有很高的载流子浓度，从而增强了本技术电热涂层浆料形成的涂层的导电性。
28.另外，本技术的电热涂层浆料中还加入了重量份为1
‑
5的硅氧化物。其中硅氧化物可以为二氧化硅也可以为硅基复合氧化物。而本技术优选使用的硅氧化物为二氧化硅，按重量份为1
‑
5在电热涂层浆料中加入二氧化硅，可以大幅提高本技术涂料的流变性能，同时使得使用该涂层浆料形成的涂层具有优良的光学性能、耐磨、耐划性、湿热老化或紫外老化性。
29.加入二氧化硅后，仍以导电物质为掺铟氧化锡为例，说明反应过程：硅烷水解，si
‑
o
‑
r基团生成si
‑
o
‑
h基团，si
‑
o
‑
h基团与掺铟氧化锡分散液中的sn
‑
o
‑
h基团和二氧化硅分散液中的si
‑
o
‑
h基团反应生成si
‑
o
‑
si基团和si
‑
o
‑
sn得到交联网络，溶剂干燥后形成无机膜层。
30.本技术的电热涂层浆料所使用的溶剂选自醇类溶剂和去离子水中的至少一种，其挥发时对环境友好，且可在常温下固化成膜；所使用的ph调节剂为冰醋酸、硅酸中的至少一种，所使用的ph调节剂均为弱酸，其调ph时ph变化缓慢，易控制ph值。
31.另外，本技术使用纳米级材料进一步保证形成的电热涂层的光学性能、耐磨、耐划性、湿热老化或紫外老化性，具体地，掺杂金属的氧化物的粒度为70~100nm；硅氧化物的粒度为20~40nm。
32.本技术的第二方面，提供了一种电热涂层浆料的制备方法，所述方法包括：步骤1、在导电物质的分散液中加入酸性物质，调节ph至4~5，得到混合物i；步骤2、将混合物i与硅烷溶液混合，反应，得到电热涂层浆料，具体为：
步骤2.1、将混合物i与硅烷溶液混合均匀后，采用酸性物质调节ph至4~5，得到混合物ii；硅烷溶液的溶剂为选自乙醇、水中的至少一种。
33.步骤2.2、将混合物ii与石墨烯分散液混合均匀，反应，得到电热涂层浆料。
34.其中反应的条件为：反应温度20~30℃，反应时间3~4h。
35.上述步骤2.1中将混合物i与硅烷溶液混合均匀后，采用酸性物质调节ph至4~5，得到混合物ii，具体为：将混合物i与硅烷溶液混合均匀，得到混合物iii，向混合物iii中加入硅氧化物的分散液后，采用酸性物质调节ph至4~5，得到混合物ⅳ；相应的，将混合物ii与石墨烯分散液混合均匀，反应，得到电热涂层浆料，具体为：将混合物ⅳ与石墨烯分散液混合均匀，反应，得到电热涂层浆料。
36.本技术的第三方面，提供了一种电热涂层，将涂层浆料涂覆在电热器件表面，干燥，得到电热涂层；涂层浆料选自上述任一电热涂层浆料、上述任一方法制备得到的电热涂层浆料中的至少一种。
37.本技术的第四方面，提供了一种上述电热涂层在新能源汽车的玻璃和/或后视镜上的应用。
38.本技术的电热涂层在新能源汽车的玻璃和/或后视镜上应用，使得新能源汽车的玻璃及后视镜可加热，从而快速蒸发水分，保证恶劣天气的行车安全。
39.下面将以更为具体的实施例详述本技术。
40.实施例1本实施例的电热涂层浆料包括表1所示组分。
41.表1 电热涂层浆料的第一种组分原料名称规格加入量氧化铟锡80nm3重量份正辛基三甲氧基硅烷99%2.7重量份冰醋酸分析纯0.1重量份乙醇分析纯10.8重量份离子水自制60重量份上述电热涂层浆料的制备方法如下：步骤1、称取氧化铟锡置于塑料烧杯中，滴加冰醋酸调节ph值至4.5，停止加冰醋酸，得到混合物i；步骤2、将乙醇与正辛基三甲氧基硅烷混合，之后加入去离子水，搅拌均匀后将1步骤中的混合物i加入其中。将混合液调整ph到4.5；将调整后的混合液放到恒温水浴中25℃，反应3.5小时，待反应停止，得到涂层浆料。
42.将本实施例制备的电热涂层浆料涂覆在电热器件表面，干燥，得到电热涂层，实验表明其铅笔硬度为5h，且可在40℃~600℃的工作温度下长期稳定运行。
43.实施例2本实施例的电热涂层浆料包括表2所示组分。
44.表2 电热涂层浆料的第二种组分原料名称规格加入量氧化铟锡80nm6重量份二氧化硅30nm5重量份正辛基三甲氧基硅烷99%5.5重量份冰醋酸分析纯0.5重量份乙醇分析纯22重量份离子水自制70重量份上述电热涂层浆料的制备方法如下：步骤1、按照处方量称取氧化铟锡和二氧化硅置于塑料烧杯中，滴加冰醋酸调节ph值至4.5，停止加冰醋酸，得到混合物i；步骤2、将乙醇与正辛基三甲氧基硅烷混合，之后加入去离子水，搅拌均匀后将1步骤中的混合物i加入其中。将混合液调整ph到4.5；将调整后的混合液放到恒温水浴中20℃，反应4小时，待反应停止，得到涂层浆料。
45.将本实施例制备的电热涂层浆料涂覆在电热器件表面，干燥，得到电热涂层，实验表明其铅笔硬度为6h，且可在40℃~600℃的工作温度下长期稳定运行。
46.实施例3本实施例的电热涂层浆料包括表3所示组分。
47.表3 电热涂层浆料的第三种组分原料名称规格加入量氧化铟锡80nm5重量份二氧化硅30nm3重量份正辛基三甲氧基硅烷99%2重量份乙烯基三乙氧基硅烷99%2重量份石墨烯300nm0.5重量份冰醋酸分析纯0.5重量份乙醇分析纯18重量份离子水自制65重量份上述电热涂层浆料的制备方法如下：步骤1、按照处方量称取氧化铟锡和二氧化硅置于塑料烧杯中，滴加冰醋酸调节ph值至4，停止加冰醋酸，得到混合物i；步骤2、将乙醇与正辛基三甲氧基硅烷以及乙烯基三乙氧基硅烷混合，之后加入去离子水，搅拌均匀后将1步骤中的混合物i加入其中。将混合液调整ph到4；调整后的混合液按比例加入石墨烯，然后放到恒温水浴中30℃，反应3小时，待反应停止，得到涂层浆料。
48.将本实施例制备的电热涂层浆料涂覆在电热器件表面，干燥，得到电热涂层，实验表明其铅笔硬度为7h，且可在40℃~600℃的工作温度下长期稳定运行。
49.实施例4本实施例的电热涂层浆料包括表4所示组分。
50.表4 电热涂层浆料的第四种组分
原料名称规格加入量氧化铟锡80nm5重量份二氧化硅30nm3重量份正辛基三乙氧基硅烷99%2重量份乙烯基三甲氧基硅烷99%2重量份石墨烯300nm0.5重量份冰醋酸分析纯0.5重量份乙醇分析纯18重量份离子水自制65重量份上述电热涂层浆料的制备方法如下：步骤1、按照处方量称取氧化铟锡和二氧化硅置于塑料烧杯中，滴加冰醋酸调节ph值至5，停止加冰醋酸，得到混合物i；步骤2、将乙醇与正辛基三乙氧基硅烷以及乙烯基三甲氧基硅烷混合，之后加入去离子水，搅拌均匀后将1步骤中的混合物i加入其中。将混合液调整ph到5；调整后的混合液按比例加入石墨烯，然后放到恒温水浴中30℃，反应3小时，待反应停止，得到涂层浆料。
51.将本实施例制备的电热涂层浆料涂覆在电热器件表面，干燥，得到电热涂层，实验表明其铅笔硬度为7h，且可在40℃~600℃的工作温度下长期稳定运行。
52.实施例5本实施例的电热涂层浆料包括表5所示组分。
53.表5 电热涂层浆料的第五种组分原料名称规格加入量掺镁氧化锌80nm5重量份二氧化硅30nm3重量份正辛基三甲氧基硅烷99%2重量份乙烯基三乙氧基硅烷99%2重量份石墨烯300nm0.5重量份冰醋酸分析纯0.5重量份乙醇分析纯18重量份离子水自制65重量份上述电热涂层浆料的制备方法如下：步骤1、按照处方量称取掺镁氧化锌和二氧化硅置于塑料烧杯中，滴加冰醋酸调节ph值至5，停止加冰醋酸，得到混合物i；步骤2、将乙醇与正辛基三甲氧基硅烷以及乙烯基三乙氧基硅烷混合，之后加入去离子水，搅拌均匀后将1步骤中的混合物i加入其中。将混合液调整ph到5；调整后的混合液按比例加入石墨烯，然后放到恒温水浴中30℃，反应3小时，待反应停止，得到涂层浆料。
54.将本实施例制备的电热涂层浆料涂覆在电热器件表面，干燥，得到电热涂层，实验表明其铅笔硬度为7h，且可在40℃~600℃的工作温度下长期稳定运行。
55.实施例6本实施例的电热涂层浆料包括表6所示组分。
56.表6 电热涂层浆料的第六种组分原料名称规格加入量掺铝氧化锌80nm5重量份二氧化硅30nm3重量份正辛基三甲氧基硅烷99%2重量份乙烯基三乙氧基硅烷99%2重量份石墨烯300nm0.5重量份冰醋酸分析纯0.5重量份乙醇分析纯18重量份离子水自制65重量份上述电热涂层浆料的制备方法如下：步骤1、按照处方量称取掺铝氧化锌和二氧化硅置于塑料烧杯中，滴加冰醋酸调节ph值至5，停止加冰醋酸，得到混合物i；步骤2、将乙醇与正辛基三甲氧基硅烷以及乙烯基三乙氧基硅烷混合，之后加入去离子水，搅拌均匀后将1步骤中的混合物i加入其中。将混合液调整ph到5；调整后的混合液按比例加入石墨烯，然后放到恒温水浴中30℃，反应3小时，待反应停止，得到涂层浆料。
57.将本实施例制备的电热涂层浆料涂覆在电热器件表面，干燥，得到电热涂层，实验表明其铅笔硬度为7h，且可在40℃~600℃的工作温度下长期稳定运行。
58.本技术所提供的电热涂层浆料，成膜物质和导电物质均为无机材料，不存在现有电热涂层由于使用有机成膜材料存在的高温下易分解变性、产生有毒有害气体、涂层失效的问题。另外，由于本技术成膜物质与导电物质之间能够形成交联网络，两者为化学键连接，使得形成的涂层中导电物质不会产生位移，导电通路稳定存在，涂层的电气性能非常稳定且工作寿命非常长。
59.本技术所提供的电热涂层浆料，由于采用无机成膜材料，其热膨胀或吸水膨胀系数极低，不会受热胀冷缩或吸湿干燥等环境变化的影响，使得形成的涂层功率保持稳定。
60.一般的有机材料加导电物质的涂层铅笔硬度最高为2h，而采用本技术所提供的电热涂层浆料形成的涂层，膜层硬度可达7h，耐机械破坏力强，不会产生因剐蹭划伤造成的功率波动及过热或断路点。
61.本技术所提供的电热涂层浆料，溶剂为水和乙醇，挥发时对环境友好，在常温下即可固化成膜。
62.采用本技术所提供的电热涂层浆料形成的涂层疏水、透光率高、操作方便，通过调节涂层厚度、涂覆面积等，可调节膜层方阻，可应用于工作电压为20v~220v的电热器件，可在40℃~600℃的工作温度下长期稳定运行，应用范围广。
63.以上所述，仅是本技术的几个实施例，并非对本技术做任何形式的限制，虽然本技术以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本技术，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本技术技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。