阻燃导热聚氨酯复合材料及其制备方法技术

技术编号:10739492 阅读:99 留言:0更新日期:2014-12-10 13:52
本发明专利技术公开了阻燃导热聚氨酯复合材料及其制备方法。按质量百分数计,其原料配方由如下组分组成:六亚甲基二异氰酸酯三聚体19.3%~23.8%、聚醚二元醇3.9%~4.9%、蔗糖聚醚多元醇3.9%~4.9%、扩链剂2.6%~3.2%、催化剂0.1%~0.2%、改性导热填料41.0%~52.5%和改性阻燃填料17.7%~22.0%;本发明专利技术的阻燃导热聚氨酯复合材料的垂直燃烧测试通过UL94V-0级,极限氧指数在50%以上,阻燃性能优异;热导率达1.3W/m·K时,拉伸强度能达到20.3MPa,弯曲强度能达到60.8MPa,力学性能良好。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了。按质量百分数计,其原料配方由如下组分组成:六亚甲基二异氰酸酯三聚体19.3%~23.8%、聚醚二元醇3.9%~4.9%、蔗糖聚醚多元醇3.9%~4.9%、扩链剂2.6%~3.2%、催化剂0.1%~0.2%、改性导热填料41.0%~52.5%和改性阻燃填料17.7%~22.0%;本专利技术的阻燃导热聚氨酯复合材料的垂直燃烧测试通过UL94V-0级,极限氧指数在50%以上,阻燃性能优异;热导率达1.3W/m·K时,拉伸强度能达到20.3MPa,弯曲强度能达到60.8MPa,力学性能良好。【专利说明】
本专利技术涉及聚氨酯复合材料,具体涉及一种阻燃导热聚氨酯复合材料及其制备方 法;属于高分子材料改性
。 专利技术背景 聚氨酯具有强度较高、硬度范围宽、耐磨性优异、耐水性好、耐疲劳性好、耐油耐溶 剂性优良等优点,通过调节原料及其用量,聚氨酯性能变化范围大,可以替代金属或者陶瓷 制备电子电气的组件和外壳。电子产品在运行时产生热量,热量不及时扩散会严重影响电 子产品的寿命,这就对材料的导热性能提出要求,另外,电子产品对材料的电绝缘性和阻燃 性能同样有一定的要求。聚氨酯热导率低、不阻燃,通过添加大量电绝缘导热填料和无卤阻 燃填料后,其导热性能可大幅度提高,同时具有较高的阻燃性能和电绝缘性能,可以一定程 度地满足实际应用需要。但是,填料的大量填充往往会引起聚氨酯加工性能和力学性能变 差,因此,强度高、无卤阻燃、导热性好的聚氨酯复合材料制备意义重大。 中国专利技术专利申请CN102585479A采用三聚氰胺氰尿酸盐和有机次膦酸盐为阻燃 齐U,制备了无卤阻燃聚氨酯弹性体,两者用量分别为12% (质量百分数,下同)和8%时, 复合材料能通过UL-94V-0级。中国专利技术专利申请CN102295835A采用氢氧化镁和磷酸酯 为阻燃剂制备了无卤阻燃聚氨酯弹性体,两者用量分别为10%和20%时,复合材料能通过 UL-94V-0级。以上两个专利技术专利采用有机磷次膦酸盐或磷酸酯复配无机阻燃填料阻燃,虽 然在较低的填充量下复合材料的阻燃效果好,但是均存在使用过程中有机磷析出,导致复 合材料的阻燃性能和力学性能降低的问题。中国专利技术专利申请CN103524698A采用二乙基 次膦酸盐和N,N-双(2-羟乙基)胺基亚甲基膦酸二乙酯为阻燃剂制备了一种无卤阻燃导 热的聚氨酯灌封胶,两者总用量为15. 8%,另加25%的氧化铝和16. 7%的氮化铝为导热填 料,所得复合材料通过UL-94V0级,但其热导率只有0. 63W/m · K,拉伸强度只有6. 5MPa,而 为了提高热导率而增加导热填料的用量又将导致更差的力学性能。 中国专利技术专利申请CN103351565A公开了一种耐磨导热聚氨酯轴承的制备方法, 采用Kvelar纤维和KH-550改性的石墨烯作为填料,填充聚氨酯-甲基丙烯酸甲酯,其中甲 基丙烯酸甲酯的用量为8. 8%,Kvelar纤维的用量为0. 44%,石墨烯的用量为2. 6%,复合 材料的热导率达到3. OW/m · K、拉伸强度达到42. OMPa。虽然该专利技术专利以较低的Kvelar 纤维和石墨烯填充量获得较高的热导率,但是两者的价格昂贵,且没有赋予复合材料阻燃 性能,实际应用价值较低。 综上所述,同时具备阻燃、导热且力学性能优良的聚氨酯复合材料几乎没有公开 报道,本领域迫切需要开发一种具有导热、阻燃和电绝缘性能且良好力学性能的聚氨酯复 合材料。
技术实现思路
针对现有技术的不足,本专利技术提供一种阻燃导热聚氨酯复合材料,该材料同时具 有阻燃性能优异、导热性能好和力学性能良好的特点,且材料不含卤素和有机填料,对环境 友好。 本专利技术的另一目的在于提供上述阻燃导热聚氨酯复合材料的制备方法,其工艺简 单,操作性强。 本专利技术采用氢氧化铝作为阻燃填料,氧化镁和/或氮化硼作为导热填料,由于氢 氧化铝的热导率为1. 5W/m · K,比聚氨酯的热导率0. 2?0. 3W/m · K高,其加入可一定程度 地提高聚氨酯的热导率,且氢氧化铝和氧化镁、氮化硼在微观上具有不同的形状,它们的复 配能减少填料间的空隙,得到最大堆积密度,有利于导热性能的提高,因此,氢氧化铝在阻 燃的同时有一定的导热协效作用,41. 0 %?52. 5 %的导热填料可使聚氨酯的热导率达到 1. OW/m · K以上;另一方面,氧化镁和氮化硼是不可燃材料,在聚氨酯中具有稀释聚合物浓 度、加快热量扩散的作用,对阻燃也有一定的帮助。 本专利技术采用聚氧化丙烯三醇磷酸酯作为偶联剂对导热填料和阻燃填料改性,该偶 联剂链端的羟基能与聚氨酯的异氰酸酯基反应,结构中含有的聚氧化丙烯二醇链段,不仅 能与聚氨酯的软段发生链缠结作用,而且链段上的大量醚键能与聚氨酯软段上的醚键以及 氨基甲酸酯键产生氢键作用,改性导热填料和阻燃填料与聚氨酯不仅相容性好,而且结合 力强,在聚氨酯中的填充量大,使其获得优异的阻燃性能和导热性能,在高填充量下复合材 料的力学性能良好,且偶联剂中含有阻燃的磷元素,有助于提高复合材料的阻燃性能,因 此,约20 %的改性氢氧化铝能使复合材料获得高阻燃性能,通过UL-94V-0级,远远低于单 独氢氧化铝阻燃所需要的约60%的用量。 为了上述专利技术目的,本专利技术采用如下技术方案: 一种阻燃导热聚氨酯复合材料,按质量百分数计,其原料配方由如下组分组成: (1) 、六3ΙΦ? +..Η·.:Μ_-- (聚体: 19J%~23.8%; (2) 、聚謎二元醇: 3.9%?4.9%; G)、蔗糖聚_多元醇: 3.9%?4.9%; ¢4)、扩链剂: 2.6%?3.2%; ¢5)、催化剂: 0.1%~0.2%: (6)、改性导热填料: 4】,0%?52,5%; (7 )、改性附燃填料: 17.7%?22.0%; 其中所述聚醚二元醇选自聚氧化丙烯二醇和聚四氢呋喃二醇中的一种或两种; 所述扩链剂选自乙二醇、丙三醇和三乙醇胺中的一种或多种; 所述催化剂选自N,N-二甲基乙醇胺、三乙醇胺和三乙胺中的一种或多种; 所述改性导热填料或改性阻燃填料是由以下步骤制备得到: 1)、将导热填料或阻燃填料加入到反应器中,加入去离子水搅拌分散均匀; 2)、将聚氧化丙烯三醇磷酸酯溶于无水乙醇中,聚氧化丙烯三醇磷酸酯的加入量 为导热填料或阻燃填料质量用量的1. 5%?2. 5% ; 3)、将步骤2)中的乙醇溶液加入到反应器中,温度升至85?95°C,回流反应4? 6小时,反应结束后,离心分离,所得的填料用去离子水洗涤,真空干燥,过筛后备用; 所述导热填料选自氧化镁和氮化硼中的一种或两种,其中氮化硼为片状结构填 料,长宽比为2?10 :1,长度为10 μ m?50 μ m ;氧化镁为无定形或片状结构,无定形填料的 粒径为3μηι?8μηι,片状填料的长宽比为2?5 :1,长度为5μηι?20μηι ; 所述阻燃填料选自氢氧化铝,粒径为1 μ m?5 μ m。 优选地,所述六亚甲基二异氰酸酯三聚体的异氰酸酯基的质量百分数为20%? 23%,粘度为1500?4000mPa · s,固含量为100%。 本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种阻燃导热聚氨酯复合材料,其特征在于,按质量百分数计,其原料配方由如下组分组成:其中所述聚醚二元醇选自聚氧化丙烯二醇和聚四氢呋喃二醇中的一种或两种;所述扩链剂选自乙二醇、丙三醇和三乙醇胺中的一种或多种;所述催化剂选自N,N‑二甲基乙醇胺、三乙醇胺和三乙胺中的一种或多种;所述改性导热填料或改性阻燃填料是由以下步骤制备得到:1)、将导热填料或阻燃填料加入到反应器中,加入去离子水搅拌分散均匀;2)、将聚氧化丙烯三醇磷酸酯溶于无水乙醇中,聚氧化丙烯三醇磷酸酯的加入量为导热填料或阻燃填料质量用量的1.5%~2.5%;3)、将步骤2)中的乙醇溶液加入到反应器中,温度升至85~95℃,回流反应4~6小时,反应结束后,离心分离,所得的填料用去离子水洗涤,真空干燥,过筛后备用;所述导热填料选自氧化镁和氮化硼中的一种或两种,其中氮化硼为片状结构填料,长宽比为2~10:1,长度为10μm~50μm;氧化镁为无定形或片状结构,无定形填料的粒径为3μm~8μm,片状填料的长宽比为2~5:1,长度为5μm~20μm;所述阻燃填料选自氢氧化铝,粒径为1μm~5μm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:刘述梅李志光赵建青姜蕾刘运春
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:广东;44

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