聚合物导热母粒及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了聚合物导热母粒及其制备方法和应用。其中聚合物导热母粒包括：20～70重量份的第一聚合物基体、20～80重量份的导热填料、1～10重量份的分散剂、0～0.5重量份的表面改性剂、0～15重量份的增韧相容剂和0.3～5重量份的加工助剂。该聚合物导热母粒兼具高填充、高导热、高强度等特点，将该导热母粒与聚合物共混不仅可以制备得到具有较好导热性能和力学性能的复合导热材料，还可以简化加工工艺、降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】
聚合物导热母粒及其制备方法和应用
本专利技术属于复合材料领域，具体而言，涉及聚合物导热母粒及其制备方法和应用。
技术介绍
当前市场导热类材料应用越来越广泛，聚合物本身具有绝缘、力学性能优异、易加工、耐腐蚀等性能，是导热领域优选的基材，可代替金属材料，如换热器，导热管、电池冷却器和电子器件等。因此，聚合物基导热材料的开发逐渐受到研究界和商业应用的重视，尤其是电子器件、航空航天、民用建材等领域。但高分子聚合物大多是热的不良导体，导热系数极低(一般在0.02～0.3W/m·K)。为拓展高分子材料在导热领域的应用，须对高分子材料进行改性，改性可采用材料本征改性和引入导热填料改性两种方法，其中引入高导热性填料是最为常见和有效的方法。常用的导热填料有金属(如银、铜、铝)、金属氧化物(如氧化锌、氧化镁)、金属氮化物(氮化铝、氮化硅)和非金属材料(如石墨烯、石墨、二氧化硅、碳纤维等)，一般添加导热金属、金属氧化物或常规无机填料，具有密度高、表面活性低的优点，但需要添加较高的质量份数才能获得较明显的导热性能提升，往往造成生产成本的增加和管材力学性能的劣化。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出聚合物导热母粒及其制备方法和应用。该聚合物导热母粒兼具高填充、高导热、高强度等特点，将该导热母粒与聚合物共混不仅可以制备得到具有较好导热性能和力学性能的复合导热材料，还可以简化加工工艺、降低生产成本。本专利技术是基于以下问题提出的：采用纳米结构导热填料改性的方法能大幅度提高聚合物的导热性能，例如石墨烯和碳纳米管导热填料，但因其表面活性高、易团聚，不仅分散不均匀，还会引起聚合物力学性能的劣化，例如，采用石墨烯、碳纳米管等纳米结构的填料对管材导热性能的改善效果较好，但是由于其表面结构具有极大的表面能，难以在聚合物中分散、剥离，与聚合物的相容性较差，难以达到均分散水平，不易形成有效的导热网链结构，同时制备的管材通常会产生团聚、麻点、划痕、波纹和杂质等缺陷。为提高分散性能常采用多次处理的方法，对纳米填料采用表面修饰的方法改善其与聚合物的相容性，但该方法加工工艺复杂且成本能耗较高，难以实现工业化，限制了复合材料的应用范围。为此，根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提出了一种聚合物导热母粒。根据本专利技术的实施例，该聚合物导热母粒包括：20～70重量份的第一聚合物基体、20～80重量份的导热填料、1～10重量份的分散剂、0～0.5重量份的表面改性剂、0～15重量份的增韧相容剂和0.3～5重量份的加工助剂。根据本专利技术上述实施例的聚合物导热母粒，一方面，加入适量的表面活性剂可以有效避免导热填料团聚，显著提高填料与其它组分的分散均匀性；同时加入适量的增韧相容剂还可以进一步提高各原料组分的相容性，从而更有利于提高聚合物导热母粒的力学性能；另一方面，通过控制各组分的综合配比，还可以形成均匀有效的导热网链结构，在确保导热母粒力学性能的基础上显著提高其导热性能，使该导热母粒兼具高填充、高导热、高强度等特点。进而将该聚合物导热母粒用于制备管材等复合导热材料时，不仅可以有效避免或显著降低团聚、麻点、划痕、波纹和杂质等缺陷，显著提高复合导热材料的导热性能，还能简化制备工艺、降低成本，避免因多次加工造成的材料性能下降；同时，通过调控各原料组分的综合配比，还可以进一步调节复合导热材料的导热性。此外，该聚合物导热母粒还具有适应性高的优点，可以适用于多种不同的聚合物基体，便于产业化，在热能利用、建筑和换热装备等领域具有广阔的应用前景，例如可以广泛应用于导热、散热和热管理等领域的高导热管材制备中。另外，根据本专利技术上述实施例的聚合物导热母粒还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，聚合物导热母粒包括：20～70重量份的所述第一聚合物基体、20～80重量份的所述导热填料、1～10重量份的所述分散剂、0.01～0.5重量份的所述表面改性剂、1～15重量份的所述增韧相容剂和0.3～5重量份的所述加工助剂。在本专利技术的一些实施例中，所述第一聚合物基体为选自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、尼龙、聚碳酸酯、苯乙烯、苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯类热塑性弹性体、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚酯弹性体和乙丙橡胶中的至少一种。在本专利技术的一些实施例中，所述导热填料为选自石墨烯、碳纳米管、氮化硼、超细石墨、膨胀石墨、鳞片石墨、氧化镁、氧化锌、氮化硅、碳酸镁、氢氧化镁和氧化铝中的至少一种。在本专利技术的一些实施例中，所述导热填料的粒径为0.1～500μm。在本专利技术的一些实施例中，所述导热填料的粒径为0.1～100μm。在本专利技术的一些实施例中，所述分散剂为选自聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸、石蜡和乙烯基双硬脂酰胺中的至少一种。在本专利技术的一些实施例中，所述表面改性剂为选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、十八烷基胺和异氰酸酯中的至少一种。在本专利技术的一些实施例中，所述增韧相容剂为选自马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、苯乙烯接枝聚乙烯、苯乙烯接枝聚丙烯、核壳增韧剂、热塑性弹性体、聚烯烃弹性体、苯乙烯类热塑性弹性体、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚酯弹性体、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶和聚氨酯弹性体中的至少一种。在本专利技术的一些实施例中，所述加工助剂包括选自抗氧剂、稳定剂和流动助剂中的至少一种。在本专利技术的一些实施例中，所述抗氧剂为选自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、双(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、抗氧剂TPP和抗氧剂DNP中的至少一种。在本专利技术的一些实施例中，所述稳定剂为2-(2ˊ-羟基-3ˊ，5ˊ-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑和/或2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了一种制备上述聚合物导热母粒的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：将所述第一聚合物基体、所述导热填料、所述分散剂、所述表面改性剂、所述增韧相容剂和所述加工助剂按照预定比例进行熔融共混、切粒。采用该方法制备的导热母粒大小均匀且各组分分散性较好，具有较好的导热性能高以及加工性能。在本专利技术的一些实施例中，预先对所述导热填料进行筛分处理再进行所述熔融共混。在本专利技术的一些实施例中，所述熔融共混的温度为170～250℃。在本专利技术的一些实施例中，所述熔融共混采用的设备为高速混合机、下落式密炼机、翻转式密炼机、连续式密炼机或Z型捏合机。根据本专利技术的第三个方面，本专利技术提出了一种复合导热材料。根据本专利技术的实施例，该复合导热材料采用聚合物导热母粒和第二聚合物基体混合制备得到，其中，所述聚合物导热母粒为上述聚合物导热母粒或采用上述制备方法得到的聚合物导热母粒。该复合导热材料不仅团聚、麻点、划痕、波纹和杂质等缺陷少，兼具较好的导热性能和力学性能，而且制备工艺简单、成本低，且导热系数可调，便于产业化生产，在热能利用、建筑和换热装备等领域具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚合物导热母粒，其特征在于，包括：20～70重量份的第一聚合物基体、20～80重量份的导热填料、1～10重量份的分散剂、0～0.5重量份的表面改性剂、0～15重量份的增韧相容剂和0.3～5重量份的加工助剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚合物导热母粒，其特征在于，包括：20～70重量份的第一聚合物基体、20～80重量份的导热填料、1～10重量份的分散剂、0～0.5重量份的表面改性剂、0～15重量份的增韧相容剂和0.3～5重量份的加工助剂。


2.根据权利要求1所述的聚合物导热母粒，其特征在于，包括：20～70重量份的所述第一聚合物基体、20～80重量份的所述导热填料、1～10重量份的所述分散剂、0.01～0.5重量份的所述表面改性剂、1～15重量份的所述增韧相容剂和0.3～5重量份的所述加工助剂。


3.根据权利要求1或2所述的聚合物导热母粒，其特征在于，所述第一聚合物基体为选自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、尼龙、聚碳酸酯、苯乙烯、苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯类热塑性弹性体、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚酯弹性体和乙丙橡胶中的至少一种，
任选地，所述导热填料为选自石墨烯、碳纳米管、氮化硼、超细石墨、膨胀石墨、鳞片石墨、氧化镁、氧化锌、氮化硅、碳酸镁、氢氧化镁和氧化铝中的至少一种，
任选地，所述导热填料的粒径为0.1～500μm，
任选地，所述导热填料的粒径为0.1～100μm，
任选地，所述分散剂为选自聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸、石蜡和乙烯基双硬脂酰胺中的至少一种，
任选地，所述表面改性剂为选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、十八烷基胺和异氰酸酯中的至少一种，
任选地，所述增韧相容剂为选自马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、苯乙烯接枝聚乙烯、苯乙烯接枝聚丙烯、核壳增韧剂、热塑性弹性体、聚烯烃弹性体、苯乙烯类热塑性弹性体、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚酯弹性体、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶和聚氨酯弹性体中的至少一种。


4.根据权利要求3所述的聚合物导热母粒，其特征在于，所述加工助剂包括选自抗氧剂、稳定剂和流动助剂中的至少一种，

【专利技术属性】
技术研发人员：朱亚坤，张志博，赵露华，刘婷婷，李秀莉，李金来，
申请(专利权)人：新奥石墨烯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13