一种各向异性高导热增塑聚氯乙烯功能薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种各向异性高导热增塑聚氯乙烯功能薄膜及其制备方法，该增塑PVC功能薄膜具有弹性、柔韧性、减震性能好，烟密度低、阻燃、绝缘性能好，导热系数具有强烈的方向性。本发明专利技术的各向异性高导热增塑聚氯乙烯功能薄膜，其由以下质量配比的原料制成：聚氯乙烯树脂100份、增塑剂50～65份、硬脂酸钙1

【技术实现步骤摘要】
一种各向异性高导热增塑聚氯乙烯功能薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种聚氯乙烯功能薄膜及制备方法，更具体地说涉及一种各向异性高导热增塑聚氯乙烯功能薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚氯乙烯(PVC)是以氯乙烯为单体经聚合反应制得的一种非晶热塑性树脂，具有优异的耐候性、阻燃性，力学性能和电绝缘性。PVC塑料制品有硬质制品和软质制品之分，通常硬质PVC制品不含有增塑剂或者含有少量的增塑剂，而软质PVC制品含有较多的增塑剂，也称之为增塑PVC。增塑PVC制品中常用的增塑剂有邻苯二甲酸酯类、对苯二甲酸酯类、脂肪族二元酸酯类、环氧大豆油类、柠檬酸酯类、氯化石蜡类、线型聚酯型类等。基于环境因素方面的考虑，邻苯二甲酸酯类和短链氯化石蜡类增塑剂的使用受到限制，其用量在逐渐减少。商品化的PVC树脂是一种典型的非晶聚合物，因而其导热系数较低，一般情况下，液体增塑剂也是一些典型的非晶化合物，其导热系数也不高。由此可知加入增塑剂的PVC制品导热性能不佳，限制了增塑PVC在特定需要高导热场合的实际应用。
[0003]大部分聚合物都是热的不良导体，因此聚合物基高导热复合材料的制备通常是在聚合物中填充高导热填料的方式来实现。高导热填料主要有特殊结构的碳材料、氧化铝和氮化硼等，其中碳材料有石墨、石墨烯、炭黑、碳纤维、碳纳米管等。目前已有大量文献报道：采用氧化铝粉体提高天然橡胶等橡胶制品的导热系数制备导热橡胶、采用碳纤维制备导热尼龙复合材料、采用石墨与不同密度和结晶度的聚乙烯共混改性制得不同导热系数的聚乙烯复合材料。聚乙烯、聚丙烯、尼龙等结晶型聚合物由于在室温条件下使用时，其基体结晶的性质使得大分子链结构排列紧密，其导热系数相对较高，常常显著高于非晶的聚苯乙烯、聚氯乙烯等基体材料。现有技术中，例如文献Choy C L.Thermal conductivity of polymers[J].Polymer,1977,18(10):984
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1004；Ngo I L,Chan B.A Review on Enhancing Thermal Conductivity of Transparent and Flexible Polymer Composites[J].2016,8(2):257
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266；Hussain A R J,Alahyari A A,Eastman S A,et al.Review of polymers for heat exchanger applications:Factors concerning thermal conductivity[J].Applied Thermal Engineering,2017,113:1118
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1127报道了低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、尼龙6、尼龙66等半结晶聚合物导热系数分别为0.33、0.45、0.24、0.25、0.26W
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‑1，而聚苯乙烯、聚氯乙烯等相应的非晶聚合物导热系数则为0.14、0.17W
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‑1。相比较结晶型聚合物，PVC树脂和增塑剂的非结晶性质导致制备高导热增塑PVC功能材料非常困难。目前在增塑PVC配方中，同样也是借助于氧化铝、炭黑、石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管等高导热填料制备导热增塑PVC功能材料。当采用氧化铝和炭黑等球形颗粒为导热填料时，此时增塑PVC复合材料在不同方向上的导热系数往往是相同或相近的，即所谓的各向同性，复合材料的导热系数与方向无关。当采用石墨、石墨烯等二维高导热填料或碳纤维、碳纳米管等一维高导热填料时，制备得到的增塑PVC在不同方向上的导热系数往往是不相同的，即所谓的各向异性，复合材料导热系数与方向有关。
[0004]利用石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管等填料制备各向异性的高导热复合材料时，最具实际应用价值的是石墨填料，这是因为相比较石墨烯、碳纤维、碳纳米管，石墨的来源广、价格低，制备的导热复合材料性价比最高。如果以石墨等片状填料制备导热复合材料时，尽管分散在聚合物中的二维片状结构石墨可能会导致聚合物/石墨复合材料的导热系数存在各向异性，但由于聚合物在加工过程中石墨在基体中的分布与排列是无规的，所以以石墨为导热填料的高分子导热复合材料仍然有可能是各向同性的导热材料。文献Journal of Applied Polymer Science(DOI:10.1002/app.521)报道了不同石墨含量对增塑PVC对导热系数的影响。该方法中，虽然石墨的加入可以有效地提升材料的导热系数，但仅仅是采用简单共混的方法，很难制备各向异性的高导热增塑PVC复合材料。在100质量份的PVC树脂和120质量份的增塑剂中，即使加入超过300质量份的石墨(40vol％)，该增塑PVC薄膜材料的导热系数也仅有3W
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‑1，并且导热性能是各向同性的，而此时材料的加工性能和力学性能已经变得很差，拉伸强度和断裂伸长率仅为6.97MPa和13％。因此，如何在相对较低填料用量的条件下制备各向异性的高导热系数增塑PVC复合材料，同时在填料含量不变的情况下保持复合材料的高导热系数、高力学性能和良好的可加工性能是目前行业存在的共性难题。
[0005]此外，在诸如机械、电子、电器等设备中的某些器件在长期使用过程均存在发热现象，这对设备的长期使用存在安全隐患或会降低设备的使用寿命。针对这些场合的散热需求，需要使用导热聚合物复合材料来解决。某些特定的器件仅仅需要导热材料从某个方向上将热源所产生的热量快速有效地传导出去，而在需要传热的方向上具有超高导热系数的各向异性复合材料是最佳的选择。虽然增塑PVC具有较好的弹性、柔韧性、减震性能、绝缘性能和耐低温性能，但是由于PVC在燃烧过程中存在烟密度较大、增塑剂的加入导致增塑PVC阻燃性能变差等缺点。如果能够结合增塑PVC的优点与二维结构的高导热填料石墨共混，并提高增塑PVC的阻燃性、降低其燃烧过程的烟密度，制备弹性好、低烟阻燃、各向异性的高导热增塑PVC复合材料可以满足现代机械、电子、电器等行业的高端产业的特殊需求。
[0006]综上所述，目前在各向异性高导热增塑PVC多功能薄膜领域，现有技术制备的产品均有一定的局限性。因此，设计开发一种采用原料来源广泛、价格相对低廉的增塑PVC为基体材料，通过石墨片在增塑PVC基材中的取向制备具有各向异性导热性能增塑PVC薄膜，并选择特殊结构的石墨和增塑剂品种再赋予薄膜优异阻燃性和低烟性能的工艺与方法，可以满足需要定向热量传输的高导热材料、低烟阻燃等高端增塑PVC功能薄膜的市场需求，扩大增塑PVC的应用范围。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题与不足，提供一种各向异性高导热增塑聚氯乙烯功能薄膜，本专利技术的增塑PVC功能薄膜具有弹性、柔韧性、减震性能好，烟密度低、阻燃、绝缘性能好，导热系数具有强烈的方向性。石墨片在增塑PVC薄膜中特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种各向异性高导热增塑聚氯乙烯功能薄膜，其特征在于，由以下质量配比的原料制成：2.根据权利要求1所述的各向异性高导热增塑聚氯乙烯功能薄膜，其特征在于，所述的聚氯乙烯树脂是采用悬浮法聚合方法合成的平均聚合度为800和1000的粉状聚氯乙烯组合，两种粉状聚氯乙烯的配比为4：1～2：3。3.根据权利要求1所述的各向异性高导热增塑聚氯乙烯功能薄膜，其特征在于，所述的增塑剂是分子量为800～1200聚己二酸丙二醇酯、乙酰柠檬酸三丁酯一种或其组合。4.根据权利要求1所述的各向异性高导热增塑聚氯乙烯功能薄膜，其特征在于，所述的改性石墨，由以下质量配比的原料制成：石墨
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100～200份硬脂酸
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1.5～3.0份低熔点石蜡
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1～2份。5.根据权利要求4所述的各向异性高导热增塑聚氯乙烯功能薄膜，其特征在于，所述的石墨是碳质量百分含量99.5％以上、片层厚度0.1～0.3μm、片长10～20μm、纵横比1.8～2.5的鳞片状品种；所述硬脂酸是结晶点即凝固点为50～54℃、细粉末状或细颗粒状的低结晶点品种。6.根据权利要求5所述的各向异性高导热增塑聚氯乙烯功能薄膜，其特征在于，所述的石墨为膨胀型石墨，其膨胀容积为200～300mL/g、比表面积为10～30m2/g。7.根据权利要求4所述的各向异性高导热增塑聚氯乙烯功能薄膜，其特征在于，所述的低熔点石蜡是分子式C
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2n+2
、熔点为52～56℃、25℃时针入度≤18/10mm的粉末状或细颗粒状品种，其中18≤n≤26。8.一种如权利要求1
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7任一所述的各向异性高导热增塑聚氯乙烯功能薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：石墨的表面改性：在热混型高速混合机投入石墨和硬脂酸，先启动低速混合模式...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，张晗，张玲，毛泽鹏，陈婷婷，徐建，陈卫华，郭洪春，丁丽华，
申请(专利权)人：江苏大海塑料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：