一種高導熱改性塑料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高導熱改性塑料及其制備方法，該導熱塑料包括以下重量百分比組分：導熱添加劑，主體塑料，偶聯(lián)劑，分散劑，所述的導熱添加劑由導熱填料氧化鋁纖維、氧化鎂粉末與片狀氮化硼中的兩種或三種組成的混合物表面通過水溶液聚合法包覆導電聚合物而成。本發(fā)明在導熱添加劑表面聚合一薄層導電聚合物，利用導電聚合物的類金屬鍵具有的高導熱特性來連接導熱添加劑和聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、尼龍等主體塑料，使導熱添加劑與主體塑料很好的相容，進而制備出高導熱改性塑料。經權威機構檢測應用本發(fā)明的方法制備出的改性塑料的導熱系數達到4.20W/m.K。
【專利說明】一種高導熱改性塑料及其制備方法
【【技術領域】】
[0001]本發(fā)明涉及一種高導熱改性塑料及其制備方法，屬于高分子材料【技術領域】。
【【背景技術】】
[0002]改性塑料屬于石油化工產業(yè)鏈中的中間產品，它是在通用塑料和工程塑料的基礎上，經過填充、共混、增強等方法加工而出的新型塑料制品。其主要由五大通用塑料和五大工程塑料為塑料基質加工而成，具有阻燃、抗沖、高韌性、易加工性等特點。改性塑料是典型的技術進步和消費升級受益行業(yè)，得益于全球家電、電腦、電動工具和玩具等產能加速向中國轉移，憑借在勞動力以及其他生產要素方面的成本優(yōu)勢，我國已成為這些領域的制造業(yè)大國，并籍此推動了國內改性塑料行業(yè)的發(fā)展。消費升級使中國的汽車、建筑等產業(yè)進入高速增長期，隨著人們對材料性能要求的不斷提高，我國正成為全球改性塑料最大的潛在市場和主要需求增長動力。
[0003]我國的改性塑料行業(yè)目前總體的發(fā)展水平較低，行業(yè)內企業(yè)的生產規(guī)模普遍偏小，產品的市場狀況也呈現出初級產品多，中級產品質量不穩(wěn)定，高級產品缺乏的特點，遠不能滿足我國21世紀經濟發(fā)展的需要。因此，改性塑料作為化工新材料領域中的一個重要組成部分，也已被國家列為 重點發(fā)展的科技領域之一。自2007年以來我國陸續(xù)出臺各項政策推進改性塑料行業(yè)發(fā)展。
[0004]現如今制備改性導熱塑料的關鍵點在于改善塑料填充劑的相容性。在我們國家的實際生產中，塑料改性一般采用共混法:將納米粒子直接加入到聚合物基體中進行混合。共混法操作簡單，但是納米粒子容易團聚，無機納米粒子在導電聚合物基體中難以分散均勻，復合材料結構具有不確定性，因此這種方法通常需要在共混前對納米粒子的表面進行改性處理。目前常用的表面處理方法有:添加表面活性劑降低納米粒子的表面張力和表面自由能，以改善納米粒子的分散狀況；添加偶聯(lián)劑，使納米粒子與基體之間有強的相互作用，這一相互作用可以是共價鍵結合，可以是吸附在粒子上的偶聯(lián)劑使基體聚合物的鏈段形成環(huán)狀，將納米粒子捕捉在其中，也可以是聚合物的鏈段和表面改性劑的交聯(lián)網絡互相貫穿?，F在我們一般實際生產都是直接添加硅烷偶連劑和添加劑共混，但這種表面處理也有分布不均勻，以及有選擇性單一的缺點，會造成生產出的導熱塑料局部導熱系數不均一，得不到穩(wěn)定的產品。
[0005]中國專利申請?zhí)?200510057168.7介紹了一種無機氧化物導電粉/聚苯胺導電高分子復合材料及制備方法，其方法是選用單一的導電高分子聚苯胺，苯胺單體的質量是無機氧化物導電粉質量的2-40倍，不適合工業(yè)生產。
[0006]中國專利申請?zhí)?201210326715.7介紹了一種絕緣聚苯硫醚高導熱塑料及其制備方法，其方法是將聚合物基材、玻璃纖維、導電碳黑和改性劑共混，通過碳黑的導電性能，以達到制備導電塑料的目的。此專利需要消耗大量碳黑，大大增加了制備的成本。
【
【發(fā)明內容】
】[0007]本發(fā)明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種導熱添加劑與主體塑料相容性好，導熱系數高的高導熱改性塑料。
[0008]本發(fā)明的另一目的是提供一種上述高導熱改性塑料的制備方法。
[0009]本發(fā)明為了實現上述目的，采用以下技術方案:
[0010]一種高導熱改性塑料，其特征在于包括以下重量百分比組分:
[0011]導熱添加劑50-70%
[0012]主體塑料 25-45%
[0013]偶聯(lián)劑0.1-2%
[0014]分散劑3_5%，[0015]所述的導熱添加劑由導熱填料氧化鋁纖維、氧化鎂粉末與片狀氮化硼中的兩種或三種組成的混合物表面包覆導電聚合物而成。
[0016]本發(fā)明中的氧化鋁纖維、氧化鎂粉末和片狀氮化硼均為微米級，氧化鋁纖維、氧化鎂粉末與片狀氮化硼按重量比1-5:4-8:1-3兩兩混合或三種混合，氧化鋁纖維、氧化鎂粉末和片狀氮化硼的優(yōu)選質量比為3:6:1。
[0017]本發(fā)明中氧化鋁纖維、氧化鎂粉末和片狀氮化硼混合物表面包覆的導電聚合物為聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩中的一種，每種導電聚合物的單體分別為苯胺單體，吡咯單體和噻吩單體。
[0018]本發(fā)明選用纖維狀氧化鋁、氧化鎂粉末和片狀氮化硼兩兩或三種共混，讓導熱填充劑相互間充分接觸，形成網狀和鏈狀結構的導熱通路。選用合適的表面活性劑和偶聯(lián)劑，使親水基團和添加劑表面連接，吸附在添加劑表面，使親油基團向外，可以和塑料更好的相容。
[0019]本發(fā)明利用導電聚合物的類金屬鍵具有的高導熱特性來連接導熱添加劑和主體塑料，相比于選用單一的導電高分子聚苯胺，本發(fā)明可以在聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩之間進行選擇。而且苯胺單體的質量是導熱添加劑質量的0.03-0.08倍，適合于工業(yè)大規(guī)模生產。
[0020]相比于導電碳黑的大量使用，本發(fā)明可以更好的達到經濟，簡易，便捷的目的。
[0021]本發(fā)明中的主體塑料為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、尼龍和尼龍66中的兩種或兩種以上的混合物，主體塑料混合物中的各組分按等質量比混合。
[0022]本發(fā)明中的偶聯(lián)劑為馬來酸酐接枝相容劑、硅烷偶聯(lián)劑和鋁酸酯中的一種。
[0023]本發(fā)明中的分散劑為聚乙烯吡咯烷酮。
[0024]一種上述的高導熱改性塑料的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
[0025]a、制備導熱添加劑的:將導熱填料混合物用水溶液聚合法在混合物表面聚合生長一薄層導電聚合物，得到導熱添加劑；
[0026]b、制備改性塑料:將步驟a制備的導熱添加劑與主體塑料、偶聯(lián)劑和分散劑共混，加入到雙螺桿擠出機的喂料器中，控制擠出溫度200-270°C，熔體加工扭矩30-70N.πι，在切粒機中造粒即可。
[0027]本發(fā)明中水溶液聚合法生成導電聚合物的具體步驟為:
[0028]將導電聚合物的單體、水和質子酸按照體積比1:15:1混合，然后加入到導熱填料混合物中混合，攪拌均勻，再分批加入引發(fā)劑反應26-30h，即得導熱添加劑；其中的導電聚合物單體與導熱填料混合物的質量比為1-3:10-15，引發(fā)劑與導電聚合物單體的物質的量比例為1:1。
[0029]其中的質子酸為硫酸或鹽酸，弓丨發(fā)劑為過硫酸鉀。
[0030]造粒得到的高導熱改性塑料母料可以進一步加工，經過制坯，理坯，加熱坯，預吹氣，拉伸坯，高壓吹，冷卻吹，脫模程序形成產品，最后整合統(tǒng)一包裝；也可以在本發(fā)明塑料在雙螺桿擠出機中混合反應后直接進行制坯，理坯，加熱坯，預吹氣，拉伸坯，高壓吹，冷卻吹，脫模程序形成產品的步驟。
[0031]本發(fā)明相對于現有技術，有以下優(yōu)點:
[0032]本發(fā)明在導熱添加劑表面聚合一薄層導電聚合物，利用導電聚合物的類金屬鍵具有的高導熱特性來連接導熱添加劑和聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、尼龍等主體塑料，使導熱添加劑與主體塑料很好的相容，進而制備出高導熱改性塑料。經權威機構檢測應用本發(fā)明的方法制備出的改性塑料的導熱系數達到4.20ff/m.K左右。
[0033]本發(fā)明制備簡易，成本低，適于工業(yè)化生產。
【【具體實施方式】】[0034]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步描述:
[0035]實施例1:
[0036]高導熱改性塑料的重量百分比組分為:氧化鎂粉末32%，片狀氮化硼32%，尼龍16%，尼龍6616%，馬來酸酐接枝相容劑1%，分散劑3% ；
[0037]實施例1的制備方法為:
[0038]a、先將氧化鎂粉末與片狀氮化硼混合為導熱填料混合物，然后加入苯胺單體、水和鹽酸按照體積比1:15:1混合的混合物，再分批加入與苯胺單體等物質的量的引發(fā)劑反應28h，在導熱填料混合物表面包覆一薄層聚苯胺，得到導熱添加劑，其中苯胺單體與導熱填料混合物的質量比為1:10 ；
[0039]b、將導熱添加劑與主體塑料，偶聯(lián)劑和分散劑共混，加入到雙螺桿擠出機的喂料器中，控制擠出溫度240-250°C，熔體加工扭矩40N.m，在切粒機中造粒即可。
[0040]實施例2:
[0041]高導熱改性塑料的重量百分比組分為:氧化鋁纖維48%，片狀氮化硼18%，聚丙烯16%，聚乙烯12%，硅烷偶聯(lián)劑2%，分散劑4% ；
[0042]實施例2的制備方法為:
[0043]a、先將氧化鋁纖維與片狀氮化硼混合為導熱填料混合物，再加入吡咯單體、水和硫酸按照體積比1:15:1混合的混合物，再分批加入與吡咯單體等物質的量的引發(fā)劑反應26h，在導熱填料混合物表面包覆一薄層聚吡咯，得到導熱添加劑，其中吡咯單體與導熱填料混合物的質量比為1:3 ;
[0044]b、將導熱添加劑與主體塑料，偶聯(lián)劑和分散劑共混，加入到雙螺桿擠出機的喂料器中，控制擠出溫度260-270°C，熔體加工扭矩50N.m，在切粒機中造粒即可。
[0045]實施例3:
[0046]高導熱改性塑料的重量百分比組分為:氧化鋁纖維30%，氧化鎂粉末20%，聚對苯二甲酸乙二醇酯15%，聚丙烯16%，聚乙烯12%，鋁酸酯2%，分散劑5% ；
[0047]實施例3的制備方法為:[0048]a、先將氧化鋁纖維與氧化鎂粉末混合為導熱填料混合物，再加入噻吩單體、水和鹽酸按照體積比1:15:1混合的混合物，再分批加入與噻吩單體等物質的量的引發(fā)劑反應30h，在導熱填料混合物表面包覆一薄層聚噻吩，得到導熱添加劑，其中噻吩單體與導熱填料混合物的質量比為1:5 ;
[0049]b、將導熱添加劑與主體塑料，偶聯(lián)劑和分散劑共混，加入到雙螺桿擠出機的喂料器中，控制擠出溫度220-230°C，熔體加工扭矩70N.m，在切粒機中造粒即可。
[0050]實施例4:
[0051]高導熱改性塑料的重量百分比組分為:氧化鋁纖維21%，氧化鎂粉末42%，片狀氮化硼7%，尼龍13%，尼龍6612%，馬來酸酐接枝相容劑1%，分散劑4% ；
[0052]實施例4的制備方法為:
[0053]a、先將氧化鋁纖維、氧化鎂粉末與片狀氮化硼混合為導熱填料混合物，再加入苯胺單體、水和鹽酸按照體積比1:15:1混合的混合物，再分批加入與苯胺單體等物質的量的引發(fā)劑反應29h，在導熱填料混合物表面包覆一薄層聚苯胺，得到導熱添加劑，其中苯胺單體與導熱填料混合物的質量比為1:15 ；
[0054]b、將導熱添加 劑與主體塑料，偶聯(lián)劑和分散劑共混，加入到雙螺桿擠出機的喂料器中，控制擠出溫度240-260°C，熔體加工扭矩40N.m，在切粒機中造粒即可。
[0055]實施例5:
[0056]高導熱改性塑料的重量百分比組分為:氧化鋁纖維20%，氧化鎂粉末20%，片狀氮化硼10%，聚對苯二甲酸乙二醇酯15%，尼龍15%，尼龍6615%，馬來酸酐接枝相容劑
0.1%，分散劑 4.9% ；
[0057]實施例5的制備方法為:
[0058]a、先將氧化鋁纖維、氧化鎂粉末與片狀氮化硼混合為導熱填料混合物，再加入苯胺單體、水和硫酸按照體積比1:15:1混合的混合物，再分批加入與苯胺單體等物質的量的引發(fā)劑反應27h，在導熱填料混合物表面包覆一薄層聚苯胺，得到導熱添加劑，其中苯胺單體與導熱填料混合物的質量比為1:8 ；
[0059]b、將導熱添加劑與主體塑料，偶聯(lián)劑和分散劑共混，加入到雙螺桿擠出機的喂料器中，控制擠出溫度200-210°C，熔體加工扭矩30N.m，在切粒機中造粒即可。
[0060]對實施例1-5進行熱物性檢測，檢測方法為ASTM E1461激光法，測試儀器為導熱系數儀FL4010，測試結果如表1所示。
[0061]表1:
【權利要求】
1.一種高導熱改性塑料，其特征在于包括以下重量百分比組分: 導熱添加劑50-70% 主體塑料 25-45% 偶聯(lián)劑 0.1-2% 分散劑 3-5%， 所述的導熱添加劑由導熱填料氧化鋁纖維、氧化鎂粉末與片狀氮化硼中的兩種或三種組成的混合物表面包覆導電聚合物而成。
2.根據權利要求1所述的一種高導熱改性塑料，其特征在于所述的氧化鋁纖維、氧化鎂粉末和片狀氮化硼均為微米級。
3.根據權利要求1所述的一種高導熱改性塑料，其特征在于所述的氧化鋁纖維、氧化鎂粉末與片狀氮化硼按質量比1-5:3-7:1-3混合。
4.根據權利要求2所 述的一種高導熱改性塑料，其特征在于所述的導電聚合物為聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩中的一種。
5.根據權利要求1所述的一種高導熱改性塑料，其特征在于所述的主體塑料為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、尼龍和尼龍66中的兩種或兩種以上的混合物。
6.根據權利要求1所述的一種高導熱改性塑料，其特征在于所述的偶聯(lián)劑為馬來酸酐接枝相容劑、硅烷偶聯(lián)劑和鋁酸酯中的一種。
7.根據權利要求1所述的一種高導熱改性塑料，其特征在于所述的分散劑為聚乙烯吡咯烷酮。
8.—種權利要求1-7中任一項所述的高導熱改性塑料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: a、制備導熱添加劑的:將導熱填料混合物用水溶液聚合法在混合物表面聚合生長一薄層導電聚合物，得到導熱添加劑； b、制備改性塑料:將步驟a制備的導熱添加劑與主體塑料、偶聯(lián)劑和分散劑共混，加入到雙螺桿擠出機的喂料器中，控制擠出溫度200-270°C，熔體加工扭矩30-70N-m,在切粒機中造粒即可。
9.根據權利要求8所述的一種高導熱改性塑料的制備方法，其特征在于所述的水溶液聚合法生成導電聚合物的具體步驟為: 將導電聚合物的單體、水和質子酸按照體積比1:15:1混合，然后加入到導熱填料混合物中混合，攪拌均勻，再分批加入引發(fā)劑反應26-30h，即得導熱添加劑；其中所述的導電聚合物單體與導熱填料混合物的質量比為1-3:10-15，所述的引發(fā)劑與導電聚合物單體的物質的量比例為1:1。
10.根據權利要求9所述的一種高導熱改性塑料的制備方法，其特征在于所述的質子酸為硫酸或鹽酸，所述的引發(fā)劑為過硫酸鉀。
【文檔編號】C08K7/00GK103937177SQ201410166502
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月19日 優(yōu)先權日:2014年4月19日
【發(fā)明者】徐常威 申請人:中山市永威新材料有限公司