CN104861297A - 一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料及制备方法 - Google Patents

一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料及其制备方法。本发明的复合材料是以聚丙烯为主料，以六方氮化硼为填料，添加抗氧剂、润滑剂和相容剂制成；按质量比，六方氮化硼：聚丙烯＝1：2.2-18.8；按聚丙烯和六方氮化硼总重量，抗氧剂的添加量0.2-1％；润滑剂的添加量为0.3-1％；相容剂的添加量为0.5-1％。本发明采用双螺杆挤出机制备的氮化硼/聚丙烯高分子复合材料，与聚丙烯材料基体相比，不仅可以增强其力学性能而且还可以提高热导系数。本发明的复合材料制备过程操作简单、绿色环保，在较低填料掺量下，该复合材料可获得较高的力学性能和导热系数，具有重要的应用价值。

Description

一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有高力学、高导热性能的六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料及其制备方法，属于高分子材料改性技术领域和加工技术领域。
背景技术
近年来，在高分子复合材料领域，高力学、高导热性能的高分子复合材料逐渐成为研究热点和重点之一，受到广大研究者们的高度关注。国民经济中的各个领域对高力学性能高导热能材料的性能要求愈来愈苛刻，传统高力学性能高导热能材料存在着不同的难以克服的缺陷，均难以满足现代工业对导热材料功能多样性的要求。因此，针对不同的应用领域开发新型的高力学性能高导热能复合材料，已成为高力学性能高导热能材料研究的重要方向和迫切需求。聚丙烯是目前世界上应用最为广泛,产量增长最快的树脂之一，在包装、轻工、建筑、电子、电器和汽车等行业具有广泛的应用。但是其导热系数低，力学性能差无法满足散热及高强度的工业需求。目前提高聚丙烯导热系数和增强力学性能比较常见的方法是通过添加高热导系数高力学性能的填料，添加一些填料可以提高力学性能和热导系数，但是会带来其他的缺陷，如添加金属材料之后其抗腐蚀性能差，价格高昂、不易加工成型；添加金属氧化物材料之后会导致生产成本高、加工工艺复杂；添加石墨材料之后会引起其绝缘性能变差。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种具有高力学性能，高导热性能的六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料。
本发明的第二目的是提供六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料的制备方法。
本发明采用的技术方案是：一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料，以聚丙烯为主料，以六方氮化硼为填料，添加抗氧剂、润滑剂和相容剂制成；按质量比，六方氮化硼：聚丙烯＝1：2.2-18.8；抗氧剂的添加量为聚丙烯和六方氮化硼总重量的0.2-1％；润滑剂的添加量为聚丙烯和六方氮化硼总重量的0.3-1％；相容剂的添加量为聚丙烯和六方氮化硼总重量的0.5-1％。
优选的，上述的一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料，按质量比，六方氮化硼：聚丙烯＝1：6。
上述的一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料，所述的抗氧剂为抗氧剂1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、抗氧剂1076([β-3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸]十八醇酯)、抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)中的一种或二种以上的混合。
上述的一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料，所述的润滑剂为硬脂酸钙或亚乙基双硬脂酸酰胺(EBS)的一种或两种。
上述的一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、苯乙烯与烯烃的共聚物中的一种或二种以上的混合。
一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)六方氮化硼预处理：将六方氮化硼干燥后加入氧化剂，超声10-60min，装入反应釜中60-150℃搅拌12-48h，冷却到室温，过滤，洗涤；
所述的氧化剂为浓硝酸、硫酸或双氧水的一种或二种以上的混合。按质量比，六方氮化硼：氧化剂＝1：10-20。
2)按上述的配比，将处理后的六方氮化硼、聚丙烯、抗氧剂、润滑剂和相容剂放入高速混合机中混合3-5分钟，然后于挤出机中挤出。
所述的挤出机为双螺杆挤出机。挤出机采用四段加热，温度控制在180-225℃范围内。优选的，温度控制在195-210℃范围内。
本发明的有益效果是：
1)与现有技术相比，本发明以六方氮化硼和聚丙烯为原料，采用双螺杆挤出机制备六方氮化硼/聚丙烯复合材料，制备方法简单易操作，可控性强，在低填料掺量下，该复合材料可获得较高的力学性能和导热系数，可规模化放大生产。
2)与聚丙烯本身的性能相比，本发明合成的六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料的各种力学性能均好于聚丙烯基体。
3)与聚丙烯本身的性能相比，本发明合成的六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料随着氮化硼填充量的增加，复合材料的弯曲强度和弯曲模量随之提升；冲击强度和拉伸强度先增加后下降，冲击强度在氮化硼和聚丙烯的质量比为：1：6时达到最高，而拉伸强度在氮化硼和聚丙烯的质量比为：1：15时达到最高；断裂伸长率随之下降，且氮化硼/聚丙烯高分子复合材料的制备过程中挤出机的温度控制在195-210℃的时候，其各个力学性质相对比较优异。
4)与聚丙烯本身的性能相比，本发明合成的六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料随着氮化硼填充量的增加，复合材料的导热系数随之提高。
附图说明
图1是本发明中六方氮化硼的扫描电镜图。
图2是本发明中六方氮化硼的红外光谱图。
图3是本发明中六方氮化硼的X-射线粉末衍射图。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1  六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
(一)制备方法如下：
1)六方氮化硼预处理：将六方氮化硼放于90℃的真空干燥箱中干燥处理8h。然后于烘干后的六方氮化硼中加入30％过氧化氢，配制成浓度为0.1g/mL的混合溶液，超声30min，装入反应釜中100℃搅拌24h，反应釜冷却到室温后，将反应物过滤，用去离子水洗涤至中性，然后放于50℃真空干燥箱中干燥24h，备用。
2)按如下配比，将处理后的六方氮化硼、聚丙烯、抗氧剂、润滑剂和相容剂放入高速混合机中混合3-5分钟，将混合均匀的物料投入同向双螺杆挤出机中熔融挤出。挤出机采用四段加热，温度控制在180-195℃。
按质量比，六方氮化硼：聚丙烯＝1：18.8。
抗氧剂(抗氧剂1010)的添加量为聚丙烯和六方氮化硼总重量的0.4％。
润滑剂(亚乙基双硬脂酸酰胺)的添加量为聚丙烯和六方氮化硼总重量的0.3％。
相容剂(马来酸酐接枝聚丙烯)的添加量为聚丙烯和六方氮化硼总重量的0.7％。
(二)将本实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表1所示。
实施例2  六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
制备方法同实施例1，不同点在于：六方氮化硼和聚丙烯的质量比为：1：15。将本实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表1。
实施例3  六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
制备方法同实施例1，不同点在于：六方氮化硼和聚丙烯的质量比为：1：10。将本实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表1。
实施例4  六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
制备方法同实施例1，不同点在于：六方氮化硼和聚丙烯的质量比为：1：6。将本实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表1。
实施例5  六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
制备方法同实施例1，不同点在于：六方氮化硼和聚丙烯的质量比为：1：2.2。将本实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表1。
实施例6  六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
制备方法同实施例1，不同点在于：30％的过氧化氢改为浓硝酸。将本实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表1。
实施例7  六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
制备方法同实施例1，不同点在于：挤出机的温度控制在195-210℃。将本实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表1。
实施例8  六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
制备方法同实施例1，不同点在于：六方氮化硼和聚丙烯的质量比为：1：15，挤出机的温度控制在195-210℃。将本实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表1。
实施例9  六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
制备方法同实施例1，不同点在于：六方氮化硼和聚丙烯的质量比为：1：10，挤出机的温度控制在195-210℃。将本实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表1。
实施例10  六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
制备方法同实施例1，不同点在于：六方氮化硼和聚丙烯的质量比为：1：6，挤出机的温度控制在195-210℃。将本实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表1。
实施例11  六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
制备方法同实施例1，不同点在于：六方氮化硼和聚丙烯的质量比为：1：2.2，挤出机的温度控制在195-210℃。将本实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表1。
实施例12  六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
制备方法同实施例1，不同点在于：挤出机的温度控制在210-225℃。将本实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表1。
实施例13  六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
制备方法同实施例1，不同点在于：六方氮化硼和聚丙烯的质量比为：1：15，挤出机的温度控制在210-225℃。将本实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表1。
实施例14  六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
制备方法同实施例1，不同点在于：六方氮化硼和聚丙烯的质量比为：1：10，挤出机的温度控制在210-225℃。将本实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表1。
实施例15  六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
制备方法同实施例1，不同点在于：六方氮化硼和聚丙烯的质量比为：1：6挤出机的温度控制在210-225℃。将本实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表1。
实施例16  六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
制备方法同实施例1，不同点在于：六方氮化硼和聚丙烯的质量比为：1：2.2，挤出机的温度控制在210-225℃。将本实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表1。
实施例17  六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
制备方法同实施例1，不同点在于：抗氧剂改为抗氧剂168，将本实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表1。
实施例18  六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
制备方法同实施例1，不同点在于：润滑剂改为硬脂酸钙，将本实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表1。
实施例19  六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
制备方法同实施例1，不同点在于：相容剂改为甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物，将本实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表1。
表1

Claims (9)

1.一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料，其特征在于，以聚丙烯为主料，以六方氮化硼为填料，添加抗氧剂、润滑剂和相容剂制成；按质量比，六方氮化硼：聚丙烯＝1：2.2-18.8；抗氧剂的添加量为聚丙烯和六方氮化硼总重量的0.2-1％；润滑剂的添加量为聚丙烯和六方氮化硼总重量的0.3-1％；相容剂的添加量为聚丙烯和六方氮化硼总重量的0.5-1％。
2.根据权利要求1所述的一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料，其特征在于：所述的润滑剂为硬脂酸钙或亚乙基双硬脂酰胺中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料，其特征在于：所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、或苯乙烯与烯烃的共聚物中的一种或二种以上的混合。
5.一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)六方氮化硼预处理：将六方氮化硼干燥后加入氧化剂，超声10-60min，装入反应釜中60-150℃搅拌12-48h，冷却到室温，过滤，洗涤；
2)按权利要求1、2、3或4所述的配比，将处理后的六方氮化硼、聚丙烯、抗氧剂、润滑剂和相容剂放入高速混合机中混合3-5分钟，然后于挤出机中挤出。
6.根据权利要求5所述的一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料的制备方法，其特征在于：所述的氧化剂为浓硝酸、硫酸或双氧水的一种或二种以上的混合。
7.根据权利要求5所述的一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料的制备方法，其特征在于：按质量比，六方氮化硼：氧化剂＝1：10-20。
8.根据权利要求5所述的一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料的制备方法，其特征在于：所述的挤出机为双螺杆挤出机。
9.根据权利要求5所述的一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料的制备方法，其特征在于：挤出机采用四段加热，温度控制在180-225℃范围内。
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