技术领域
本发明属于粉末涂料领域，具体涉及一种多层碳纳米管增强的环氧粉末涂料及其制备方法。
背景技术
随着现代科技的快速发展，电子器件的高频、高速以及集成电路的密集和小型化，使得单位容积电子器件的总功率密度和发热量大幅度地增长，从而使电子器件的冷却问题变得越来越突出。而常规的冷却系统所能达到的冷却能力受到极大挑战，尤其在能源、汽车、空调、农业、化工、采暖、航空航天、微电子、信息等领域，对强化传热、提高散热效率等技术提出了更高的要求。散热涂料是一种提高物体表面散热效率，降低体系温度的特种涂料。粉末涂料是一种新型的不含溶剂100％固体粉末状涂料，具有高利用率、易涂装、耐腐蚀、环保等优点，在现代喷涂和防腐散热领域中得到了广泛应用，将散热粉末涂料涂在电子器件上可以显著提高电子器件的散热效率。
环氧粉末涂料是一种具有耐腐蚀性和坚韧性的热固性粉末涂料，应用最早，快速发展，由环氧树脂、颜填料、添加剂和固化剂组成，具有粘结强度高，电绝缘性能好，收缩率低，加工性能好等优点，广泛应用于电子、机械、建筑等领域。
碳纳米管具有较高的热导率，因此，将碳纳米管作为填充材料填充到环氧树脂中作为一种散热材料具有很好的应用前景，但是由于碳纳米管的纳米效应，碳纳米管在环氧树脂中较难分散。为了提高碳纳米管在环氧树脂中的分散性，大都是将碳纳米管接枝改性，但是，改性破坏了碳纳米管的结构，使其产生缺陷，无法发挥碳纳米管自身优异的导电性，容易发生静电积累。静电积累不仅容易引起电子设备的故障或误动作，造成电磁干扰，严重时还会危及人身安全。
另外，粉末涂料的涂层在受到外力冲击的情况下，其内部结构容易产生裂缝。这些裂缝的存在会进一步扩展形成更大的裂缝，降低材料的性能，如何提高材料的机械性能，延长使用寿命，是目前涂料行业研究的一个热点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种多层碳纳米管增强的环氧粉末涂料，形成的涂层机械性能好，抗冲击性强，导电性好；本发明还提供其制备方法，科学合理、简单易行。
本发明所述的多层碳纳米管增强的环氧粉末涂料，包括主料和辅料，其中，主料包括环氧树脂E-12和复合固化剂，辅料包括硫酸钡、钛白粉、硅灰石、群青、流平剂、蜡粉和咪唑，辅料分别占主料的质量百分含量如下：
所述的复合固化剂制备方法如下：
1)向混合釜中加入纯水，开启搅拌；
2)加入主乳化剂；
3)加入副乳化剂；
4)20-30℃下搅拌10-15分钟；
5)升温至93-98℃，升温过程中分批次加入多层碳纳米管；
6)保温30-40分钟，得浓浆；
7)将酚类固化剂与浓浆混合，加热融化，搅拌均匀，得复合固化剂。
优选地，所述的复合固化剂制备方法如下：
1)向100L前处理混合釜中加入纯水50kg，开启搅拌；
2)加入主乳化剂；
3)加入副乳化剂；
4)30℃下搅拌10分钟；
5)加入多层碳纳米管10kg，加完升温至40℃；
6)再次加入多层碳纳米管10kg，加完升温至50℃；
7)三次加入多层碳纳米管10kg，加完升温至60℃；
8)四次加入多层碳纳米管10kg，加完升温至70℃；
9)五次加入多层碳纳米管10kg，加完升温至80℃；
10)加热至95℃，停止加热；
11)维持釜内温度93-98℃30分钟，保持搅拌，使碳纳米管充分松散活化，停止加热，成为浓浆，备用；
12)将酚类固化剂与浓浆混合，加热融化，搅拌均匀，得复合固化剂。
所述的环氧树脂E-12与复合固化剂质量比为78：22-82：18。
所述的主乳化剂为2-十七烷基咪唑。
所述的副乳化剂为十二烷基磺酸钠。
所述的主乳化剂与副乳化剂的总质量为多层碳纳米管质量的1-8％。
所述的主乳化剂的用量为主乳化剂与副乳化剂的总质量的55-70％。
所述的浓浆的用量为酚类固化剂质量的2.8％。
本发明所述的多层碳纳米管增强的环氧粉末涂料的制备方法，将主料和辅料混合均匀，加入双螺杆挤出机中，从模口处进入双棍压片，压片后自然冷却，使用破碎机粉碎，过200目筛，得产品。
其中，所述的双螺杆挤出机一、二区温度分别为100℃和120℃。
本发明所述的多层碳纳米管增强的环氧粉末涂料的喷涂：
使用静电喷涂枪，在粉末涂料喷涂箱内喷涂。
将样板表面打磨至没有任何污物，放入烘箱加热，加热至180℃，用钳子取出悬挂于喷涂箱内，迅速喷涂，涂层厚度范围依照检测项目的要求分别喷涂，喷涂完成重新放入烘箱180℃下保持5分钟，取出样板，自然冷却。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用2-十七烷基咪唑为主乳化剂，十二烷基磺酸钠为副乳化剂，二者协同作用，提高了碳纳米管在环氧树脂中的分散性，形成的涂层机械性能好，抗冲击性强，导电性好。
2、本发明所述的制备方法，科学合理、简单易行。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不限定本发明。
实施例中采用的复合固化剂的制备方法如下：
1)向100L前处理混合釜中加入纯水50kg，开启搅拌；
2)加入2-十七烷基咪唑；
3)加入十二烷基磺酸钠；
4)30℃下搅拌10分钟；
5)加入多层碳纳米管10kg，加完升温至40℃；
6)再次加入多层碳纳米管10kg，加完升温至50℃；
7)三次加入多层碳纳米管10kg，加完升温至60℃；
8)四次加入多层碳纳米管10kg，加完升温至70℃；
9)五次加入多层碳纳米管10kg，加完升温至80℃；
10)加热至95℃，停止加热；
11)维持釜内温度93-98℃30分钟，保持搅拌，使碳纳米管充分松散活化，停止加热，成为浓浆，备用；
12)将酚类固化剂与浓浆混合，加热融化，搅拌均匀，得复合固化剂。
所述的2-十七烷基咪唑与十二烷基磺酸钠的总质量为多层碳纳米管质量的4.5％。
所述的2-十七烷基咪唑的用量为2-十七烷基咪唑与十二烷基磺酸钠的总质量的62.5％。
所述的浓浆的加入量为酚类固化剂质量的2.8％。
实施例1
所述的多层碳纳米管增强的环氧粉末涂料，包括主料和辅料，主料为环氧树脂E-12和复合固化剂，环氧树脂E-12与复合固化剂的质量比为80：20。
辅料包括硫酸钡、钛白粉、硅灰石、群青、流平剂、蜡粉和咪唑，辅料分别占主料的质量百分含量如下：
其制备方法如下：
将主料和辅料混合均匀，加入双螺杆挤出机中，从模口处进入双棍压片，压片后自然冷却，使用破碎机粉碎，过200目筛，得产品。
所述的双螺杆挤出机一、二区温度分别为100℃和120℃。
实施例2
所述的多层碳纳米管增强的环氧粉末涂料，包括主料和辅料，主料为环氧树脂E-12和复合固化剂，环氧树脂E-12与复合固化剂的质量比为78：22。
辅料包括硫酸钡、钛白粉、硅灰石、群青、流平剂、蜡粉和咪唑，辅料分别占主料的质量百分含量如下：
其制备方法同实施例1。
实施例3
所述的多层碳纳米管增强的环氧粉末涂料，包括主料和辅料，主料为环氧树脂E-12和复合固化剂，环氧树脂E-12与复合固化剂的质量比为82：18。
辅料包括硫酸钡、钛白粉、硅灰石、群青、流平剂、蜡粉和咪唑，辅料分别占主料的质量百分含量如下：
其制备方法同实施例1。
对比例1
对比例1采用的复合固化剂的制备方法如下：
1)向100L前处理混合釜中加入纯水50kg，开启搅拌；
2)加入2-十七烷基咪唑；
3)30℃下搅拌10分钟；
4)加入多层碳纳米管10kg，加完升温至40℃；
5)再次加入多层碳纳米管10kg，加完升温至50℃；
6)三次加入多层碳纳米管10kg，加完升温至60℃；
7)四次加入多层碳纳米管10kg，加完升温至70℃；
8)五次加入多层碳纳米管10kg，加完升温至80℃；
9)加热至95℃，停止加热；
10)维持釜内温度93-98℃30分钟，保持搅拌，使碳纳米管充分松散活化，停止加热，成为浓浆，备用；
11)将酚类固化剂与浓浆混合，加热融化，搅拌均匀，得复合固化剂。
所述的2-十七烷基咪唑为多层碳纳米管质量的4.5％。
所述的浓浆的加入量为酚类固化剂质量的2.8％。
所述的多层碳纳米管增强的环氧粉末涂料，包括主料和辅料，主料为环氧树脂E-12和复合固化剂，环氧树脂E-12与复合固化剂的质量比为80：20。
辅料包括硫酸钡、钛白粉、硅灰石、群青、流平剂、蜡粉和咪唑，辅料分别占主料的质量百分含量如下：
其制备方法同实施例1。
对比例2
对比例2采用的复合固化剂的制备方法如下：
1)向100L前处理混合釜中加入纯水50kg，开启搅拌；
2)加入十二烷基磺酸钠；
3)30℃下搅拌10分钟；
4)加入多层碳纳米管10kg，加完升温至40℃；
5)再次加入多层碳纳米管10kg，加完升温至50℃；
6)三次加入多层碳纳米管10kg，加完升温至60℃；
7)四次加入多层碳纳米管10kg，加完升温至70℃；
8)五次加入多层碳纳米管10kg，加完升温至80℃；
9)加热至95℃，停止加热；
10)维持釜内温度93-98℃30分钟，保持搅拌，使碳纳米管充分松散活化，停止加热，成为浓浆，备用；
11)将酚类固化剂与浓浆混合，加热融化，搅拌均匀，得复合固化剂。
所述的十二烷基磺酸钠为多层碳纳米管质量的4.5％。
所述的浓浆的加入量为酚类固化剂质量的2.8％。
所述的多层碳纳米管增强的环氧粉末涂料，包括主料和辅料，主料为环氧树脂E-12和复合固化剂，环氧树脂E-12与复合固化剂的质量比为80：20。
辅料包括硫酸钡、钛白粉、硅灰石、群青、流平剂、蜡粉和咪唑，辅料分别占主料的质量百分含量如下：
其制备方法同实施例1。
对比例3
所述的环氧粉末涂料，包括主料和辅料，主料为环氧树脂E-12和酚类固化剂，环氧树脂E-12与酚类固化剂的质量比为80：20。
辅料包括硫酸钡、钛白粉、硅灰石、群青、流平剂、蜡粉和咪唑，辅料分别占主料的质量百分含量如下：
其制备方法同实施例1。
实施例1-3和对比例1-3制备的环氧粉末涂料分别进行喷涂，使用静电喷涂枪，在粉末涂料喷涂箱内喷涂。
将样板表面打磨至没有任何污物，放入烘箱加热，加热至180℃，用钳子取出悬挂于喷涂箱内，迅速喷涂，涂层厚度范围依照检测项目的要求分别喷涂，喷涂完成重新放入烘箱，180℃下保持5分钟，取出样板，自然冷却。
1、冲击强度检测
检测标准：GB/T20624.2标准。
将样板放入-30℃恒温箱，保持2小时，取出后，立刻进行冲击测试。
涂层喷涂250μm。
检测结果见表1。
表1冲击强度检测结果
冲击强度(千克米) 实施例1 2021.8 实施例2 2018.2 实施例3 2017.5 对比例1 1675.4 对比例2 1583.2 对比例3 1472.4
2、导电性能的检测
采用数字万用表，档位选择≤200Ω。
涂层喷涂50μm。
两个电极垂直于样板表面，相距5cm。
检测结果见表2。
表2导电性能的检测结果
表显电阻(Ω) 实施例1 1.3×107 实施例2 1.3×107 实施例3 1.3×107 对比例1 1.1×108 对比例2 1.5×108 对比例3 1.1×109