一种导热聚酰胺封装材料的研究及制备方法技术

本发明专利技术是一种导热聚酰胺封装材料，包括聚酰胺树脂、导电碳黑、奈米石墨烯片及润滑分散剂，其中奈米石墨烯片具有表面改质层，由包含偶合剂的表面改质剂形成，并由表面改质层的亲水性及亲油性官能基使奈米石墨烯片与导电碳黑及聚酰胺树脂之间产生化学键结。由于表面改质层可使奈米石墨烯片均匀分散于聚酰胺树脂中，进而强化界面结合强度，提升整体复合材料基材的机械特性、抗氧化、耐酸碱、导电性及导热性等。

Study and preparation of a thermal conductive polyamide packaging material

The present invention is a conductive polyamide packaging material, including polyamide resin, conductive carbon black, nano graphene tablet and lubricating dispersant. The nanomiplene sheet has a surface modification layer, a surface modifier containing the couple mixture, and the hydrophilic property of the surface modified layer and the oleophilic functional group. Chemical bonds between conductive carbon black and polyamide resin. Because of the surface modification layer, the nano graphene sheet can be dispersed evenly in the polyamide resin, and then the interfacial bonding strength is strengthened, and the mechanical properties, oxidation resistance, acid resistance, alkali resistance, conductivity and thermal conductivity of the composite substrate are enhanced.

【技术实现步骤摘要】
一种导热聚酰胺封装材料的研究及制备方法
本专利技术是有关于一种导热聚酰胺封装材料，尤其是利用具有表面改质层的奈米石墨烯片以改善与导电碳黑、塑料高分子之间的兼容性，进而能均匀混合并提高界面结合强度。
技术介绍
如众所周知，石墨烯(graphene)是以SP2混成轨域组成六角形蜂巢排列的二维晶体，厚度0.335nm，仅一个碳原子直径，是目前世上最薄也是最坚硬的材料，尤其拥有杰出的导电与导热性质，其中机械强度可远高于钢铁百倍，而比重却仅约钢铁的四分之一，因此，石墨烯是提升复合材料特性的极佳选择之一。然而，石墨烯本质上非常容易聚集堆栈，因此，为得到高均匀性且层少数的石墨烯粉体，且能避免石墨烯薄片彼此不均匀地堆栈的现象，一直以来都是石墨烯在实际应用上最主要的技术困难点。
高分子材料具有广泛应用性，但随着科技快速发展，对材料性质的要求亦日趋严格。传统的单一高分子材料已无法满足工业与科技业对材料同时在机械性、化学稳定性、耐候性与导热、导电性的需求。以工程塑料的尼龙为例，虽然本身具有优异的机械强度、耐磨耗与耐热性等，但是吸湿性大、耐酸性差，尤其是容易氧化。因此，其应用领域相当受限。现有技术中，为改善高分子的性能，可结合塑料高分子与奈米材料以形成奈米复合材料，进而减轻重量，改善加工性，提高机械强度，比如耐冲击力，目前已广泛的应用于汽车、航天、信息、医药等工业，或甚至产生新性能，藉以拓展材料应用领域，满足未来科技发展对材料性能的需求。
在中国专利CN103073930A中，揭露一种烷基化功能石墨烯与尼龙66的复合材料，主要是将烷基化石墨烯与尼龙66盐的水溶液，藉超音波震荡混合后，以原位聚合法制得烷基化功能石墨烯与PA66材料，其中所获得的材料可与PA66树脂进行熔融共混射出而获得包含功能石墨烯的奈米复合材料。虽然此制程所得奈米复合材料较原PA66具有更优异的机械性质与热分解温度，但是需在塑料高分子进行聚合作用时，便加入功能石墨烯，因此在制程应用上缺乏弹性，不利于产业利用性。此外，美国专利US20120241686A1提供将奈米碳管与蜡混合以形成材料，并进一步藉熔融方式而与聚合物进行共混处理而制作导电热塑性聚合物的方法。主要是利用具有奈米碳管的材料以改善导电热塑性聚合物的熔体流动性质，使熔体的导电热塑性聚合物更容易加工成型。但是其缺点在于，奈米碳管的表面未经修饰，因此与蜡进行混合时较不易分散均匀，导致无法完全展现奈米碳管的特性。关于另一美国专利US20130214211A1，主要是将导电碳材加入热塑性或热固性材料中而制作出具有导电性的材料，在进行后续加工制程时可消除静电，具有抗静电的效果，进而能降低制程的危险性。此专利的导电碳材使用碳黑、碳纤维、石墨烯和奈米碳管。但是在缺少润滑剂与表面改质的条件下，不论是直接加入热塑性或热固性材料当中，或是先行制作材料，其导电碳材的均匀程度仍旧不佳，使得抗静电的功效相当有限。因此，非常需要一种创新的一种导热聚酰胺封装材料，利用石墨烯上改质表面的官能基以提高与树脂的官能基的兼容性，进而提高两者界面结合的强度，有效提升复合材料的机械特性，藉以解决上述现有技术的问题。
技术实现思路
在本专利技术的主要目的在于提供一种导热聚酰胺封装材料，主要包括聚酰胺树脂、导电碳黑、奈米石墨烯片以及润滑分散剂，且分别占整体重量的95-99wt%、0.1-0.5wt%、0.2-1wt%及1-5wt%，可与塑料高分子进行共同混炼射出以形成塑料高分子材料，亦即复合材料。具体而言，聚酰胺树脂为色材料基体，可包含聚烯烃、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯以及丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物的至少其中之一，而导电碳黑具有导电性。此外，润滑分散剂的作用为促使奈米石墨烯片均匀分散而不凝聚，可包含聚乙烯蜡、硬脂酸酰胺、聚酰胺蜡、白矿油、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡、醋酸乙烯酯蜡、石蜡、聚己二酸乙二醇酯、硬脂酸钙、硬脂酸锌以及聚乙烯丙烯酸甲酯的至少其中之一。尤其是，奈米石墨烯片具有表面改质层，主要是由包含偶合剂的表面改质剂藉披覆而形成于奈米石墨烯片的表面，更加具体而言，偶合剂包含亲水性及亲油性官能基，使得奈米石墨烯片能与导电碳黑及聚酰胺树脂产生化学键结而结合。
由于奈米石墨烯片上的表面改质层可使奈米石墨烯片均匀分散于聚酰胺树脂中，因而当本专利技术的一种导热聚酰胺封装材料与塑料高分子进行共同混炼射出以形成复合材料基材时，石墨烯片可有效均匀分散于复合材料基材中，提高界面结合强度，进而提升整体复合材料基材的机械特性、抗氧化、耐酸碱、导电性及导热性等。具体实施方式
以下配合结构式及组件符号对本专利技术的实施方式做更详细的说明，以使熟悉本领域的技术人员在研读本说明书后能据以实施。本专利技术的一种导热聚酰胺封装材料主要是包括聚酰胺树脂、导电碳黑、多个奈米石墨烯片以及润滑分散剂，且分别占整体重量的95-99wt%、0.1-0.5wt%、0.2-1wt%及1-5wt%，可用以结合塑料高分子而进行共同混炼射出处理，藉以形成塑料高分子母体，亦即复合材料基材。聚酰胺树脂本身是当作材料基体，其特征在于，该聚酰胺树脂为二聚酸型聚酰胺树脂，参数如下：软化点（110-210摄氏度），硬度（80A－60D），拉伸强度(>5MPa)，如市售型号：8830、0032、8835、8857、8846、8867、8878、8818等。此外，导电碳黑具有导电性，且其平均粒径小于1um，并具有大于60m2/g的比表面积。在此，导电碳黑的目的主要在于可提高复合材料基材中含碳添加剂的含量，使得复合材料基材成形时可进一步提升整体特性。理由是，石墨烯片为具有高比表面积的奈米材料，亦即石墨烯片的体积庞大，相对而言，其堆积密度非常低，在此情形下制作色材料时，石墨烯片的可添加浓度相当有限，而导电碳黑可改善此一问题。导电碳黑的另一目的在于石墨烯片本身为二维平面结构，而导电碳黑是三维颗粒状结构，因此可透过不同形貌的添加剂组合，而更容易在塑料母体内形成有效网络，可在最低的添加量下达成更高特性的功效。具体而言，润滑分散剂的主要作用为促使奈米石墨烯片均匀分散而不凝聚，可包含聚乙烯蜡、硬脂酸酰胺、聚酰胺蜡、白矿油、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡、醋酸乙烯酯蜡、石蜡、聚己二酸乙二醇酯、硬脂酸钙、硬脂酸锌以及聚乙烯丙烯酸甲酯的至少其中之一。具体而言，润滑分散剂的主要作用为促使奈米石墨烯片均匀分散而不凝聚，可包含聚乙烯蜡、硬脂酸酰胺、聚酰胺蜡、白矿油、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡、醋酸乙烯酯蜡、石蜡、聚己二酸乙二醇酯、硬脂酸钙、硬脂酸锌以及聚乙烯丙烯酸甲酯的至少其中之一。
进一步，上述奈米石墨烯片本质上具有表面改质层，主要是由包含偶合剂的表面改质剂藉披覆而形成于奈米石墨烯片的表面，其中偶合剂可包含亲水性及亲油性官能基，以使得奈米石墨烯片能与导电碳黑及聚酰胺树脂产生化学键结而结合，以提高相互之间的兼容性。更加具体而言，偶合剂的化学结构为Mx(R)y(R’)z，M是一金属元素，其中R是一亲水性官能基，而R’是一亲油性官能基，且0≦x≦6，1≦y≦20，1≦z≦20。上述亲水性官能基R选自烷氧基、羰基、羧基、酰氧基、酰氨基、伸烷氧基及伸烷氧羧基的其中之一，金属元素M选自铝、钛、锆及硅的其中之一，而亲油性官能基R’选自乙烯基、脂肪环氧烷基、苯乙烯基、甲基丙烯酰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导热聚酰胺封装材料，其特征在于，包括：
聚酰胺树脂，占整体重量比为95‑99wt%；导电碳黑，占整体重量比为0.1‑0.5wt%；
奈米石墨烯片，占整体重量比为0.2‑1wt%；润滑分散剂，占整体重量比为1‑1.5wt%。

【技术特征摘要】
1.一种导热聚酰胺封装材料，其特征在于，包括：
聚酰胺树脂，占整体重量比为95-99wt%；导电碳黑，占整体重量比为0.1-0.5wt%；
奈米石墨烯片，占整体重量比为0.2-1wt%；润滑分散剂，占整体重量比为1-1.5wt%。2.其中，每个所述奈米石墨烯片具有一表面改质层，是批覆一表面改质剂而形成，且该表面改质剂包含一偶合剂，该偶合剂的化学结构为Mx(R)y(R’)z，M是一金属元素，R是一亲水性官能基，R’是一亲油性官能基，0≤x≤6，1≤y≤20，且1≤z≤20，且该奈米石墨烯片的含量为0.2-1wt%，该亲水性官能基及该亲油性官能基用以使所述奈米石墨烯片与该导电碳黑及该聚酰胺树脂之间产生化学键结。3.如权利要求1所述的一种导热聚酰胺封装材料，其特征在于，该聚酰胺树脂为二聚酸型聚酰胺树脂，参数如下：软化点（110-210摄氏度），硬度（80A-60D），拉伸强度(>5MPa)。4.如权利要求1所述的一种导热聚酰胺封装材料，其特征在于，该导电碳黑的平均粒径小于1um，且具有大于60m2/g的比表面积。5.如权利要求1所述的一种导热聚酰胺封装材料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马其祥，苟曲廷，刘克增，
申请(专利权)人：山东凯恩新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37