一種高阻燃性能的導(dǎo)熱材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高阻燃性能的導(dǎo)熱材料及其制備方法，上述導(dǎo)熱材料包括：聚合物樹(shù)脂20?40份、導(dǎo)熱填料40?60份、阻燃劑1?10份、相容劑1?10份、增白劑0.01?0.5份、抗黃變劑0.01?0.1份、潤(rùn)滑劑0.01?0.1份。本發(fā)明提供的制備方法，能夠克服傳統(tǒng)聚酰胺阻燃體系中存在的環(huán)境污染、阻燃劑易析出、燃燒滴落以及由于阻燃劑的加入而造成的材料力學(xué)、電學(xué)性能的下降等問(wèn)題。采用本發(fā)明提供的制備方法獲得的導(dǎo)熱材料在具備導(dǎo)熱功能的前提下還具有良好的阻燃性能、力學(xué)性能以及電學(xué)性能，能夠在溫度較高的環(huán)境下長(zhǎng)期保持安全穩(wěn)定的使用。
【專利說(shuō)明】
一種高阻燃性能的導(dǎo)熱材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及材料改性技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高阻燃性能的導(dǎo)熱材料及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著聚合物材料應(yīng)用領(lǐng)域的日益廣泛，人們?cè)谙硎苓@些材料所帶來(lái)的便利同時(shí)也 面臨這不小的風(fēng)險(xiǎn)，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)的聚合物屬于易燃、可燃材料，在使用的過(guò)程中存在巨 大的火災(zāi)隱患。
[0003] 聚酰胺(PA)作為五大通用工程塑料之首，具有優(yōu)良的力學(xué)性能，耐磨、耐油、耐有 機(jī)溶劑以及耐熱性能優(yōu)良，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、電子、化工、機(jī)械、建筑等領(lǐng)域，因此提高聚酰 胺(PA)的阻燃性能對(duì)保證人們?nèi)粘Ｉ畹陌踩哂袠O大的作用。近年來(lái)，在電子電器行業(yè)， 如手機(jī)等3C產(chǎn)品其外觀不斷趨于小巧化、精致化，對(duì)電子元器件的熱擴(kuò)散性能要求越來(lái)越 高，通常的做法是在這些電子元器件表面包覆一層具有導(dǎo)熱功能的高分子材料，這就要求 所使用的高分子材料不但具有良好的散熱功能還必須具備阻燃、絕緣等性能。
[0004]聚酰胺(PA)材料由于本身優(yōu)異的阻燃以及電學(xué)性能，在導(dǎo)熱相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用日益 增長(zhǎng)。
[0005] 傳統(tǒng)的聚酰胺(PA)阻燃體系主要包括:含鹵阻燃劑、含磷阻燃劑、含氮阻燃劑以及 無(wú)機(jī)填料型阻燃劑。但這些阻燃體系都存在各自的缺陷：含鹵阻燃劑使用過(guò)程中容易產(chǎn)生 有毒的煙以及氣體，污染環(huán)境的同時(shí)對(duì)人們的身體健康造成傷害；含磷阻燃劑如磷酸銨 (APP)、膦酸鹽(科萊恩的0P1312、0P1314等體系）以及次磷酸等由于遇水容易電解會(huì)破換聚 酰胺(PA)電絕緣性能且本身是小分子化合物其與聚酰胺(PA)樹(shù)脂基體的相容性差，成型過(guò) 程中易析出；含氮阻燃劑主要是密胺及其衍生物如三聚氰胺氰尿酸鹽(MAC)，其存在的問(wèn)題 是加入此類阻燃劑后聚酰胺(PA)的熱穩(wěn)定性下降，熔融黏度降低容易產(chǎn)生流淌和滴落;無(wú) 機(jī)填料型阻燃劑由于其表面極性大、與樹(shù)脂界面相容性性差、添加量大容易引起材料力學(xué) 性能劣化等問(wèn)題限制了其應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有的聚酰胺阻燃體系所存在的上述問(wèn)題，現(xiàn)提供一種高阻燃性能的導(dǎo)熱材 料及其制備方法，旨在提供一種能夠克服傳統(tǒng)聚酰胺(PA)阻燃體系中存在的環(huán)境污染、阻 燃劑易析出、燃燒滴落以及由于阻燃劑的加入而造成的材料力學(xué)、電學(xué)性能的下降等問(wèn)題 的制備方法，并提供具備導(dǎo)熱功能的前提下還具有良好的阻燃性能、力學(xué)性能以及電學(xué)性 能，能夠在溫度較高的環(huán)境下長(zhǎng)期保持安全穩(wěn)定的使用的導(dǎo)熱材料。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] 本發(fā)明的第一個(gè)方面是提供一種高阻燃性能的導(dǎo)熱材料，具有這樣的特征，按照 重量份數(shù)，包括： 聚合物樹(shù)脂 20-40份； 導(dǎo)熱填料 40-60份； 阻燃劑 1-10份；
[0009] 相容劑 1-10份； 增白劑 0.01-0.5份； 抗黃變劑 0.01-0..1份;： 潤(rùn)滑劑 0.01-0.1份；
[0010] 其中，阻燃劑由芳香族磷酸酯型阻燃劑與磷腈型阻燃劑按照重量比1:10-10:1復(fù) 配形成；
[0011] 其中，芳香族磷酸酯型阻燃劑的結(jié)構(gòu)式如下：
[0013]其中，磷腈型阻燃劑的結(jié)構(gòu)式如下：
[0015] 式中，η為3~10000的整數(shù)分別獨(dú)立的選自芳香基或烷基芳香基中的一種； R3選自
[0016] -種；R4選自-卩⑴以心-卩⑴的心-卩⑶⑴^^⑶⑴妒^中的一種。
[0017]優(yōu)選的，R1、R2都為芳香基。
[0018]優(yōu)選的，聚合物樹(shù)脂選自聚酰胺類聚合物樹(shù)脂。
[0019] 優(yōu)選的，導(dǎo)熱填料選自粒徑為0.1-100μπι的金屬材料粉末、粒徑為0.1-100μπι且大 于導(dǎo)熱值l〇W/m.K的非金屬材料粉末或纖維中的一種或幾種。
[0020]優(yōu)選的，阻燃劑中芳族磷酸酯型阻燃劑與磷腈型阻燃劑的重量比優(yōu)選為1:5-5:1， 更優(yōu)選為1:1。
[0021 ]本發(fā)明中采用芳香族磷酸酯型阻燃劑/磷腈型阻燃劑的復(fù)合阻燃體系，這在目前 的聚酰胺(PA)阻燃體系中屬于首創(chuàng)。其中磷腈型阻燃劑由于磷一氮之間有較好的協(xié)同作用 具有較高的熱分解溫度和阻燃效果，發(fā)煙及有毒氣體少，是一種環(huán)境友好型阻燃材料，能滿 足歐盟Ro 11S指令及WEEE指令的要求。
[0022]磷腈化合物受熱分解吸熱，且生成的磷酸、偏磷酸和聚磷酸可在聚合物材料的表 面形成一層不揮發(fā)性保護(hù)膜，隔絕了空氣；同時(shí)受熱后放出二氧化碳、氨氣、氮?dú)?、水蒸汽?氣體稀釋了空氣中的氧氣以及高聚物受熱分解時(shí)產(chǎn)生的可燃性氣體濃度，這些不燃燒的氣 體阻斷了氧的供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了阻燃增效和協(xié)同的目的。
[0023] 芳香族磷酸酯型阻燃劑作為含磷阻燃劑本身具有優(yōu)異的阻燃效果，同時(shí)由于其加 熱后為黏度較稀的無(wú)色液體，可以溶解成分相近的磷腈型阻燃劑（常溫下為白色固體顆 粒），兩者一起使用可以防止磷腈型阻燃劑在聚酰胺(PA)樹(shù)脂基體中凝聚形成團(tuán)聚。
[0024] 而且兩者同為有機(jī)含磷阻燃劑，其與聚酰胺(PA)樹(shù)脂基體的相容性也比傳統(tǒng)的無(wú) 機(jī)小分子阻燃劑高，在此基礎(chǔ)上配合本發(fā)明特有的混合"造粒"過(guò)程能夠有效改善聚傳統(tǒng)酰 胺(PA)阻燃體系中阻燃劑析出的問(wèn)題，同時(shí)由于兩種阻燃劑都不屬于鹽類化合物，因此不 存在遇水電解的問(wèn)題，對(duì)酰胺(PA)樹(shù)脂基體的電絕緣性能沒(méi)有影響。
[0025] 優(yōu)選的，相容劑由烯烴聚合物接枝馬來(lái)酸酐形成。
[0026] 本發(fā)明的第二個(gè)方面是提供一種高阻燃性能的導(dǎo)熱材料的制備方法，具有這樣的 特征，步驟包括：
[0027] 按照質(zhì)量份數(shù)，稱取導(dǎo)熱填料、磷腈型阻燃劑、增白劑、抗黃變劑以及潤(rùn)滑劑，于高 混機(jī)中混合0.5-10min，于混合狀態(tài)中從排氣口加入已經(jīng)加熱好的芳族磷酸酯型阻燃劑，混 合0. l-5min，混合均勻后于停止混合狀態(tài)下加入聚合物樹(shù)脂和相容劑，混合0. l-5min得到 混合備用料，將混合備用料投入V型混合機(jī)中混合"造粒"，將造粒成功的物料投入擠出機(jī)中 于擠出切粒。
[0028] 上述V型混合機(jī)混合"造粒"的過(guò)程為:導(dǎo)熱填料、磷腈型阻燃劑、增白劑、抗黃變劑 以及潤(rùn)滑劑等粉料助劑利用V型混合機(jī)的不規(guī)則翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而在加熱過(guò)的芳香族磷酸酯 型阻燃劑的粘合作用下均勻包覆在聚合物樹(shù)脂和相容劑等粒料表面，形成粉料-粒料的顆 粒物狀態(tài)。
[0029] 這種"造粒"過(guò)程是本發(fā)明中改善材料成型過(guò)程中芳香族磷酸酯型阻燃劑析出的 關(guān)鍵手段："造粒"后所形成的粉料-粒料顆粒狀共混物在熔融擠出的過(guò)程中有利于填料、助 劑以及芳香族磷酸酯型阻燃劑在基體樹(shù)脂中的均勻分散，粉料不易產(chǎn)生團(tuán)聚，同時(shí)作為粉 料-粒料兩類原料之間的"粘結(jié)劑"，芳香族磷酸酯型阻燃劑也能夠與聚合物樹(shù)脂較好地結(jié) 合，不易析出。
[0030] 優(yōu)選的，高混機(jī)為立式可加熱高混機(jī)，其容積為100L-1000L。
[0031]優(yōu)選的，V型混合機(jī)為翻滾式并且?guī)в袛嚢柁D(zhuǎn)子的無(wú)加熱V型混合機(jī)，其容積為 100L-1000L。
[0032]優(yōu)選的，擠出機(jī)為同向雙螺桿擠出機(jī)，并且，擠出機(jī)的長(zhǎng)徑比為30-70,擠出溫度為 20(TC-30(TC〇
[0033] 其中，V型混合機(jī)中物料的造粒概念與擠出機(jī)中物料造粒的概念是不同的，前者指 的是利用物理混合的方法將原料均勻粘附在一起，后者是指將均勻混合后的原料通過(guò)擠出 機(jī)熔融擠出，經(jīng)水冷卻后通過(guò)切粒機(jī)將長(zhǎng)條狀的物料切割成大小均勻的固體顆粒。
[0034] 其中，上述的物料混合順序是確定的。
[0035] 本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù)效果：
[0036] 本發(fā)明提供的制備方法，采用特定的物料混合順序，有效的解決了阻燃劑與聚合 物樹(shù)脂所存在的相容性較差、易析出的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的制備方法中阻燃劑與聚合 物樹(shù)脂幾乎沒(méi)有析出現(xiàn)象，同時(shí)，采用本發(fā)明提供的制備方法獲得的導(dǎo)熱材料在具備導(dǎo)熱 功能的前提下還具有良好的阻燃性能，能夠在溫度較高的環(huán)境下長(zhǎng)期保持安全穩(wěn)定的使 用。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)和具體的介紹，以使更好的理解本發(fā)明， 但是下述實(shí)施例并不限制本發(fā)明范圍。
[0038] 實(shí)施例1
[0039] -種高阻燃性能的導(dǎo)熱材料，其制備步驟如下：
[0040] 按照質(zhì)量份數(shù)，稱取導(dǎo)熱填料41份、磷腈型阻燃劑5份、增白劑0.04份、抗黃變劑 〇. 03份以及潤(rùn)滑劑0.03份，于高混機(jī)中混合3min，于混合狀態(tài)下加入已經(jīng)加熱好的芳族磷 酸酯型阻燃劑1份，混合3min，于停止混合狀態(tài)下加入聚合物樹(shù)脂22份和相容劑3份，混合 2min得到混合備用料，將上述混合備用料投入V型混合機(jī)中混合造粒，將造粒成功的物料投 入擠出機(jī)中于擠出溫度范圍為220°C下擠出造粒，獲得一種高阻燃性能的導(dǎo)熱材料；
[0041 ]其中，磷腈型阻燃劑的結(jié)構(gòu)式如下：
[0043] 式中，η為500，R1、R2同時(shí)選自芳香基，R3選自選自-PWR1)*;
[0044] 其中，高混機(jī)為立式可加熱高混機(jī)，容積為300L;V型混合機(jī)為翻滾式并且?guī)в袛?拌轉(zhuǎn)子的無(wú)加熱V型混合機(jī)，容積為500L;擠出機(jī)為同向雙螺桿擠出機(jī)，并且，擠出機(jī)的長(zhǎng)徑 比為50。
[0045] 實(shí)施例2
[0046] -種高阻燃性能的導(dǎo)熱材料，其制備步驟如下：
[0047]按照質(zhì)量份數(shù)，稱取導(dǎo)熱填料50份、磷腈型阻燃劑2.5份、增白劑0.36份、抗黃變劑 0.05份以及潤(rùn)滑劑0.04份，于高混機(jī)中混合4min，于混合狀態(tài)下加入已經(jīng)加熱好的芳族磷 酸酯型阻燃劑2.5份，混合3min，于停止混合狀態(tài)下加入聚合物樹(shù)脂39份和相容劑5份，混合 3min得到混合備用料，將上述混合備用料投入V型混合機(jī)中混合造粒，將造粒成功的物料投 入擠出機(jī)中于擠出溫度范圍為200°C下擠出造粒，獲得一種高阻燃性能的導(dǎo)熱材料；
[0048]其中，磷腈型阻燃劑的結(jié)構(gòu)式如下：
[0050] 式中，η為3000，R1選自芳香基，R2選自C5-烷基芳香基，R3選自，=?(01^)3，R4選 自-PCOR1)*;
[00511 其中，高混機(jī)為立式可加熱高混機(jī)，容積為300L;V型混合機(jī)為翻滾式并且?guī)в袛?拌轉(zhuǎn)子的無(wú)加熱V型混合機(jī)，容積為500L;擠出機(jī)為同向雙螺桿擠出機(jī)，并且，擠出機(jī)的長(zhǎng)徑 比為50。
[0052] 實(shí)施例3
[0053] 一種高阻燃性能的導(dǎo)熱材料，其制備步驟如下：
[0054]按照質(zhì)量份數(shù)，稱取導(dǎo)熱填料45份、磷腈型阻燃劑1份、增白劑0.45份、抗黃變劑 〇. 17份以及潤(rùn)滑劑0.08份，于高混機(jī)中混合4.5min，于混合狀態(tài)下加入已經(jīng)加熱好的芳族 磷酸酯型阻燃劑6份，混合4min，于停止混合狀態(tài)下加入聚合物樹(shù)脂30份和相容劑7份，混合 3min得到混合備用料，將上述混合備用料投入V型混合機(jī)中混合造粒，將造粒成功的物料投 入擠出機(jī)中于擠出溫度范圍為220°C下擠出造粒，獲得一種高阻燃性能的導(dǎo)熱材料；
[0055]其中，磷腈型阻燃劑的結(jié)構(gòu)式如下：
[0057] 式中，η為5000，R1選自C15-烷基芳香基，R2選自C7-烷基芳香基，R3選自-Ν = Ρ(0) 〇R2，R4 選自-PWKOR1)〗；
[0058] 其中，高混機(jī)為立式可加熱高混機(jī)，容積為300L;V型混合機(jī)為翻滾式并且?guī)в袛?拌轉(zhuǎn)子的無(wú)加熱V型混合機(jī)，容積為500L;擠出機(jī)為同向雙螺桿擠出機(jī)，并且，擠出機(jī)的長(zhǎng)徑 比為50。
[0059] 本發(fā)明的實(shí)施例提供的制備方法中阻燃劑在聚合物樹(shù)脂中幾乎沒(méi)有析出現(xiàn)象，本 實(shí)施例提供的高阻燃性能的導(dǎo)熱材料在具備導(dǎo)熱功能的前提下還具有良好的阻燃性能，能 夠在溫度較高的環(huán)境下長(zhǎng)期保持安全穩(wěn)定的使用。
[0060] 以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限 制于以上描述的具體實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和 替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和 修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高阻燃性能的導(dǎo)熱材料，其特征在于，按照重量份數(shù)，包括： 聚合物樹(shù)脂 20-40份; 導(dǎo)熱填料 40-60份； 阻燃劑 1-10份； 相容劑 1-10份： 增白剤 0飢-打.5份:; 抗黃變劑 0.01-0.1份； 澗滑劑 0.01-0.1份； 其中，所述阻燃劑由芳香族憐酸醋型阻燃劑與憐臘型阻燃劑按照重量比1:10-10:1復(fù) 配形成； 其中，所述芳香族憐酸醋型阻燃劑的結(jié)構(gòu)式如下：其中，所述憐臘型阻燃劑的結(jié)構(gòu)式如下：式中，η為3~10000的整數(shù);Ri、R2分別獨(dú)立的選自芳香基或烷基芳香基中的一種;R3選 自-N = P(0Rl)3、-N = P(0R2)3、-N = P(0)0Rl、-N = P(0)0R2中的一種；R4選自-P(0Rl)4、-P (0R2)4、-P(0)(0R1)2、-P(0)(0R2)2 中的一種。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高阻燃性能的導(dǎo)熱材料，其特征在于，所述聚合物樹(shù)脂選自聚 酷胺類聚合物樹(shù)脂。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高阻燃性能的導(dǎo)熱材料，其特征在于，所述導(dǎo)熱填料選自粒徑 為O.l-lOOwii的金屬材料粉末、粒徑為O.l-lOOwii且導(dǎo)熱值大于lOW/m.K的非金屬材料粉末 或纖維中的一種或幾種。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高阻燃性能的導(dǎo)熱材料，其特征在于，所述阻燃劑由所述芳香 族憐酸醋型阻燃劑與所述憐臘型阻燃劑按照重量比1:5-5:1復(fù)配形成。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高阻燃性能的導(dǎo)熱材料，其特征在于，所述相容劑由締控聚合 物接枝馬來(lái)酸酢形成。6. -種如權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的高阻燃性能的導(dǎo)熱材料的制備方法，其特征在 于，包括如下步驟： 按照重量份數(shù)，稱取導(dǎo)熱填料、憐臘型阻燃劑、增白劑、抗黃變劑w及潤(rùn)滑劑，于高混機(jī) 中混合均勻，于混合狀態(tài)下加入已經(jīng)加熱好的芳香族憐酸醋型阻燃劑，混合均勻后于停止 混合狀態(tài)下加入聚合物樹(shù)脂和相容劑，混合得到混合備用料，將所述混合備用料投入V型混 合機(jī)中混合"造粒"，將造粒成功的物料投入擠出機(jī)中擠出切粒。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述高混機(jī)為立式可加熱高混機(jī)，并 且，所述高混機(jī)的容積為10化-100化。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述V型混合機(jī)為翻滾式、帶有攬拌轉(zhuǎn) 子的無(wú)加熱型V型混合機(jī)，并且，所述V型混合機(jī)的容積為10化-1〇〇化。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述擠出機(jī)為同向雙螺桿擠出機(jī)，并 且，所述擠出機(jī)的長(zhǎng)徑比為30-70。
【文檔編號(hào)】C08L77/00GK105968796SQ201610459705
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】周玄全, 谷志杰
【申請(qǐng)人】上海樹(shù)普新材料科技有限公司