一种高导热性能水性聚氨酯复合材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高导热性能水性聚氨酯复合材料，首先交联性水性聚氨酯复合乳液是由大分子二元醇、二异氰酸酯、亲水性扩链剂、小分子扩链剂、中和剂、去离子水、改性石墨烯粉末、内交联剂制备而成。本发明专利技术制备的水性聚氨酯复合乳液胶粒平均粒径40.00～60.00mm，固含量为30%左右，复合乳液的离心稳定性很好，复合乳液干燥成膜后铅笔硬度为1H～2H,吸水率为20～40%，乙醇溶胀率为10～35%，拉伸强度为10～25MPa,断裂伸长率为500～800%，导热系数为0.3～0.7W/(m

【技术实现步骤摘要】
一种高导热性能水性聚氨酯复合材料及制备方法


[0001]本专利技术属于导热树脂材料领域，具体的说，涉及一种高导热性能水性聚氨酯复合材料及制备方法。

技术介绍

[0002]随着微电子集成与组装技术迅速发展，电子设备与元器件日益微型化、多功能化，高效化，其工作频率急剧增高，造成的结果就是器件运行时产生的热量会急剧增加，从而导致芯片温度急剧升高，也会造成环境温度不断升高。如果产生的热量不能及时地向外释放出去，电子设备和电子元器件的使用可靠性将受到极大的影响，使用寿命也会极大的缩短。而且还会威胁电路的安全。因此，为保证电子设备和电子元器件能够持续平稳高效的运行，如何提高散热效率，提高设备使用寿命，成为微电子封装领域丞待解决的问题。现普遍使用具有高导热率的导热材料作为导热填料，选择一种树脂作为填充复合材料的基体，从而保障电子元器件的正常运行，提高电子设备和电子元器件的散热能力。
[0003]水性聚氨酯的水性聚氨酯以水为分散介质，具有低VOCs、相容性好、易于改性、运输储存过程中均安全可靠等优点，其固化膜具有优异的力学性能，耐磨性能及成膜性能等，广泛应用于涂料、胶黏剂、油墨、导热导电胶及合成革表面等领域。但是，纯水性聚氨酯本体的导热系数很低，大约为0.018～0.024W/(m
·
K)。针对上述的问题，可以通过在聚氨酯链段结构中引入高导热填料提高水性聚氨酯的导热系数，改善其表面的拉伸强度和断裂伸长率。
[0004]首先，石墨烯具有极高的导热系数5300W/(m
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K)，这是因为石墨烯的独特结构，是由碳组成的二维周期六角环式蜂窝状层状结构，石墨烯依靠独特的声子模式进行热传输，是目前被广泛应用于填充复合材料的最佳基体，但是，如果高质量分数填料容易在树脂基体发生团聚，难以在基体均匀分散，从而引起导热系数的降低，所以说，为解决石墨烯的分散问题，我们通常需要先石墨烯表面进行改性，解决分散问题，再通过溶液混合的复合方法制备复合材料，石墨烯的功能化一般是通过将氧化石墨烯功能化再还原而实现的。
[0005]因此，如何提供一种高导热，机械性能优良，耐热、耐水性能好，硬度高的水性聚氨复合材料，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种高导热性能水性聚氨酯复合材料及制备方法，制备得到的水性聚氨酯乳液成膜后具备高导热，机械性能优良，耐热、耐水性能好，硬度高在高温下聚氨酯胶膜不会出现回粘，内部具有交联网状结构。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种高导热性能水性聚氨酯复合材料制备，包括以下原料，各原料之间的摩尔比为：
[0009]二异氰酸酯：亲水性扩链剂：有机锡催化剂：小分子扩链剂：中和剂：改性氧化石墨
烯粉末：去离子水：内交联剂：端羟基二元醇的摩尔比为：(3～6)：(0.5～1.5)：(0.015～0.04)：(1.0～3.0)：(0.5～1.25):(1.7～5)：(200～350)：(0.1～0.3)：1。
[0010]优选的，所述端羟基二元醇为聚己内酯二元醇、聚四氢呋喃醚二元醇、聚己二酸
‑
1,4
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丁二醇酯二元醇、聚丙二醇、聚乙二醇中的一种或多种混合物。
[0011]优选的，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种混合物。
[0012]优选的，所述改性石墨烯粉末为硅烷偶联剂改性粉末，氨性改性剂改性石墨烯粉末，异氰酸酯改性石墨烯粉末一种或多种混合物。
[0013]优选的，所述亲水性扩链剂为二羟甲基丙酸或二羟甲基丁酸中的至少一种。
[0014]优选的，所述小分子扩链剂为乙二醇、1,4
‑
丁二醇、乙二胺、1,6
‑
己二醇、1,3
‑
丙二醇中的一种或多种混合物。
[0015]优选的，所述有机锡催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中的至少一种。
[0016]优选的，所述内交联剂为三羟甲基丙烷、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯的至少一种。
[0017]进一步地，一种高导热性能水性聚氨酯复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0018]1)称取如权利要求1
‑
8所述的一种高导热性能的水性聚氨酯复合材料的各原料备用；
[0019]2)将氧化石墨烯、三乙胺、3
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氨基丙基三乙氧基硅烷在乙醇
‑
水溶液常温下磁力搅拌反应24h，然后用抽滤设备将得到的反应混合液过滤，用无水乙醇洗涤和去离子水各洗涤至中性，得到G1,然后超声分散60min，滴加入三乙醇胺对其进行还原，常温磁力搅拌24h，再用无水乙醇和去离子水各洗涤3次至中性，最后在60℃干燥箱干燥2h，得到改性还原氧化石墨烯粉末G2；
[0020]3)在120℃下将真空除水处理后的端羟基二元醇、二异氰酸酯、内交联剂有机锡催化剂在少量丙酮中搅拌混合，均匀溶解后，在80～85℃下搅拌反应，在转速400～600rpm，搅拌反应3～4h，当达到反应终点即停止反应，得到异氰酸酯基团封端的预聚物A；
[0021]4)在预聚物A中，按比例加入亲水性扩链剂，在70～75℃下反应，在转速400～600rpm，搅拌反应2～3h，当达到反应终点即停止反应，得到异氰酸酯基团封端的离子化聚合物B；
[0022]5)在异氰酸酯基团封端的离子化聚合物B中按比例加入小分子扩链剂，温度升至75～85℃下继续反应，在转速400～600rpm，搅拌反应2～3h，当达到反应终点即停止反应，得到异氰酸酯基团封端的离子化聚合物C；
[0023]6)将所述步骤5)得到的离子化聚合物C降温至55～65℃，加入预先超声分散好的G2的丙酮分散液，在转速400～600rpm，搅拌反应2～3h。然后降温至30～40℃，加入中和剂中和所得离子化聚合物C中的羧酸基团，在转速400～600rpm搅拌反应20～40min，再在1200～1400rpm高转速下加入去离子水，搅拌20～40min，形成交联型的复合水性聚氨酯乳液，然后蒸馏回收丙酮，即得到复合水性聚氨酯乳液，然后倒入直径为4cm的圆形四氯乙烯模具，室温干燥48h，然后真空干燥箱干燥24h，得到一种高导热性能的水性聚氨酯复合薄膜。
[0024]优选的，所述中和剂为三乙胺、三甲胺中的一种或二者混合物。
[0025]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术增益效果如下：
[0026]1.本专利技术选用3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷改性石墨烯，利用3
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氨基丙基三乙氧基硅烷水解产生的硅羟基与氧化石墨烯表面的羟基、羧基进行缩合将3
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氨基丙基三乙氧基硅烷共价键合到石墨烯表面上，得到含氨基的氧化石墨烯，然后采用还原剂二乙醇胺对其还原，得到含氨基的还原氧化石墨烯。最后利用表面上的氨基与聚氨酯预聚体上的异氰酸酯基反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高导热性能的水性聚氨酯复合材料，其复合乳液特征在于，包括以下原料，各原料之间的摩尔比为：二异氰酸酯：亲水性扩链剂：有机锡催化剂：小分子扩链剂：中和剂：改性氧化石墨烯粉末：去离子水：内交联剂：端羟基二元醇的摩尔比为：(3～6)：(0.5～1.5)：(0.015～0.04)：(1.0～3.0)：(0.5～1.25):(1.7～5)：(200～350)：(0.1～0.3)：1。2.根据权利要求1所述的一种高导热性能的水性聚氨酯复合材料，其复合乳液特征在于，所述端羟基二元醇为聚己内酯二元醇、聚四氢呋喃醚二元醇、聚己二酸
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1,4
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丁二醇酯二元醇、聚丙二醇、聚乙二醇中的一种或多种混合物。3.根据权利要求1所述的一种高导热性能的水性聚氨酯复合材料，其复合乳液特征在于，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种混合物。4.根据权利要求1任一项所述的一种高导热性能的水性聚氨酯复合材料，其复合乳液特征在于，所述改性石墨烯粉末为硅烷偶联剂改性粉末，氨性改性剂改性石墨烯粉末，异氰酸酯改性石墨烯粉末一种或多种混合物。5.根据权利要求1任一项所述的一种高导热性能的水性聚氨酯复合材料，其复合乳液特征在于，所述亲水性扩链剂为二羟甲基丙酸或二羟甲基丁酸中的至少一种。6.根据权利要求1任一项所述的一种高导热性能的水性聚氨酯复合材料，其复合乳液特征在于，所述小分子扩链剂为乙二醇、1,4
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丁二醇、乙二胺、1,6
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己二醇、1,3
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丙二醇中的一种或多种混合物。7.根据权利要求1任一项所述的一种高导热性能的水性聚氨酯复合材料，其复合乳液特征在于，所述有机锡催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中的至少一种。8.根据权利要求1任一项所述的一种高导热性能的水性聚氨酯复合材料，其复合乳液特征在于，所述内交联剂为三羟甲基丙烷、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯的至少一种。9.一种高导热性能的水性聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴淑英，赵玉金，吴志民，薛耀宗，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：