CN104910450A - 管道专用热塑性聚合物弹性体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种管道专用热塑性聚合物弹性体及其制备方法。该热塑性聚合物弹性体包括交联相、非交联相和功能性填料，所述交联相和所述非交联相形成“海-岛”结构，并且所述交联相以岛状分布于所述非交联相中，所述功能性填料选择性分布于所述非交联相中，所述功能性填料为导热填料或导电填料。相对于简单混合的导电或导热聚合物材料而言，采用此方法在实现同样的导热或导电效果时所需要的功能性填料要少，因而在其他性能上相对于普通填充型导热或导电材料要更为优异，该方法只需将各组分按配方混合挤出、操作简单、成本低廉。

Description

管道专用热塑性聚合物弹性体及其制备方法

技术领域

本发明属于工程塑料领域，具体涉及一种管道专用热塑性聚合物弹性体及其制备方法。

背景技术

功能聚合物材料是高分子材料领域中的一个重要分枝领域，它对高新技术的发展具有重大的意义，是现代工业技术发展的基础之一。现有的各种研究成果表明，发展功能聚合物材料不仅可以满足人们对材料本身的需要，而且由于功能聚合物的比量轻，易加工成各种复杂的形状的制品，化学稳定性好等特点，从而促进了现代科技的发展。世界上发达国家都在开展广泛的研究。

在功能聚合物材料中，又尤以导电聚合物材料和导热聚合物材料引人注目并应用也最为广泛。通过选用不同种类的导电或导热填料与不同聚合物基体进行复合可以制备具有不同功能特性的导电导热复合材料。目前，有关聚合物复合材料的导电和导热机理，其中一个重要的观点是通路理论，也称为宏观连接理论。该理论认为复合材料的导电和导热过程相似，认为复合材料电导率或热导率的增大主要取决于材料内部是否形成了通路。根据此传导理论，在导电材料中，所用导电填料主要包括金属系和碳系两大类，碳系填料则包括导电碳黑和碳纳米管(CNTs)、石墨烯。其中金属粉末和导电碳黑由于填充量大，材料力学性能差，使用受到一定限制，而采用碳纳米管(CNTs)和石墨烯制备的材料性能优异，但价格昂贵，产品成本偏高。而导热材料中，则有碳系、金属氧化物和金属粉末三大类，其使用方法与导电填料类似。

针对目前导电和导热聚合物材料的通病，本发明利用填料选择性聚集分散技术，即当采用由两种不同粘度的聚合物材料的混合料作为基材，向其中添加第三组分时，第三组分更倾向于向低粘度聚合物中聚集，在热塑性弹性体材料中引入交联相，利用交联聚合物粘度极高，首先制备出含有交联相的热塑性聚合物弹性体，然后再加入功能性导热或导电材料，此时，填料将主要集中分布在非交联相，最大限度的提高了填料的局部浓度，更容易形成通路，实现导热或导电功能。与此同时，由于非交联相在聚合物整个体积中只是50％～70％，而且呈海状分布，自然形成了一个连续通路。因此，相对于简单混合的导电或导热聚合物材料而言，采用此方法在实现同样的导热或导电效果时所需要的功能性填料要少，因而在其他性能上相对于普通填充型导热或导电材料要更为优异。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种管道专用热塑性聚合物弹性体，解决现有技术中功能性填料用量多，导电或导热性能效果不佳的技术问题；以及该管道专用热塑性聚合物弹性体的制备方法。

考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种管道专用热塑性聚合物弹性体，包括如下重量百分含量的组分：

交联相                   5～47％

非交联相                 50～90％

功能性填料               0.5～30％

所述交联相和非交联相形成“海-岛”结构，并且所述交联相以岛状分布于所述非交联相中，所述功能性填料选择性分布于所述非交联相中；所述交联相和所述非交联相选用的材料为同种材料或完全相容的材料；所述交联相为能交联的弹性体材料，并且由第一弹性体、交联剂、助交联剂和交联相加工助剂组成；所述非交联相由第二弹性体、改性树脂、填充油和非交联相加工助剂组成；所述功能性填料为导热填料或导电填料。

为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：

根据本发明的一个实施方案，所述第一弹性体选自POE、EPDM、NR、SBR、SBS、SEBS。

根据本发明的一个实施方案，所述交联剂选自硫磺、过氧化二异丙苯、溴化酚醛树脂、四甲基二硫代秋兰姆。

根据本发明的一个实施方案，所述助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯。

根据本发明的一个实施方案，所述交联加工助剂选自抗氧剂、润滑剂。

根据本发明的另一个实施方案，所述第二弹性体为SEBS。

根据本发明的另一个实施方案，所述改性树脂选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯。

根据本发明的另一个实施方案，所述填充油选自白矿油、工业白油、环烷油。

根据本发明的另一个实施方案，所述导电填料选自石墨烯、碳纤维、导电碳黑、纳米碳管、金属粉末、金属纤维。

根据本发明的另一个实施方案，所述导热填料选自石墨烯、碳纤维、导电碳黑、纳米碳管、金属粉末、金属纤维、氧化铝、氧化硼。

所述交联相加工助剂选自抗氧剂、润滑剂。

所述非交联相加工助剂选自抗氧剂、润滑剂。

本发明进一步提供了上述管道专用热塑性聚合物弹性体的制备方法，包括如下步骤：

步骤1

先将所述第一弹性体和所述交联相加工助剂混合加热混炼，然后加入所述交联剂和所述助交联剂继续混炼形成交联聚合物，最后粉碎所述交联聚合物即得到所述交联相；

步骤2

先将所述第二弹性体和所述填充油在混合机中加热混合，然后再加入所述改性树脂和所述非交联相加工助剂继续混合，即得到所述非交联相；

步骤3

向混合机中分别加入步骤1中得到的所述交联相、步骤2中得到的所述非交联相、所述功能性填料然后在混合机中加热混合，最后挤出混合物料，即得到所述热塑性聚合物弹性体。

本发明之管道专用热塑性聚合物弹性体主要用于具有导热性能或导电性能要求的管道系统的保护层。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：

本发明利用填料选择性聚集分散技术，即当采用由两种不同粘度的聚合物材料的混合料作为基材，向其中添加第三组分时，第三组分更倾向于向低粘度聚合物中聚集，在热塑性弹性体材料中引入交联相，利用交联聚合物粘度极高，首先制备出含有交联相的热塑性聚合物弹性体，然后再加入功能性导热或导电材料，此时，填料将主要集中分布在非交联相，最大限度的提高了填料的局部浓度，更容易形成通路，实现导热或导电功能。

与此同时，由于非交联相在聚合物整个体积中只是50％～70％，而且呈海状分布，自然形成了一个连续通路。因此，相对于简单混合的导电或导热聚合物材料而言，采用此方法在实现同样的导热或导电效果时所需要的功能性填料要少，因而在其他性能上相对于普通填充型导热或导电材料要更为优异，该方法只需将按各组分配方混合挤出，操作简单，成本低廉。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

本发明的实施例提供了一种管道专用热塑性聚合物弹性体，该管道专用热塑性聚合物弹性体具体包括如下重量百分含量的组分：

交联相                  5～47％

非交联相                50～90％

功能性填料              0.5～30％

所述交联相和非交联相形成“海-岛”结构，并且所述交联相以岛状分布于所述非交联相中，所述功能性填料选择性分布于所述非交联相中；所述交联相和所述非交联相选用的材料为同种材料或完全相容的材料；所述交联相为能交联的弹性体材料，并且由第一弹性体、交联剂、助交联剂和交联相加工助剂组成；所述非交联相由第二弹性体、改性树脂、填充油和非交联相加工助剂组成；所述功能性填料为导热填料或导电填料。

本发明的实施例还提供了一种管道专用热塑性聚合物弹性体的制备方法，包括如下步骤：

步骤1

先将所述第一弹性体和所述交联相加工助剂混合加热混炼，然后加入所述交联剂和所述助交联剂继续混炼形成交联聚合物，最后粉碎所述交联聚合物，即得到所述交联相；

步骤2

先将所述第二弹性体和所述填充油在混合机中加热混合，然后再加入所述改性树脂和所述非交联相加工助剂继续混合，即得到所述非交联相；

步骤3

向混合机中分别加入步骤1中得到的所述交联相、步骤2中得到的所述非交联相、所述功能性填料然后在混合机中加热混合，最后挤出混合物料，即得到所述热塑性聚合物弹性体。

实施例1

交联相制备，各组分含量配方为：100份NR、2份DCP、5份TAIC、1份HSt。

将100份NR和1份HSt加入已升温的密炼机中，温度控制为200℃，混炼3min，然后，加入已称量好的2份DCP和5份TAIC，继续混炼10min后出料，将出料物加入采用液氮冷却的低温粉碎机中粉碎为30微米左右的粉末，既制得交联相粉末。

非交联相制备，各组分含量配方为：100份SEBS、25份PP、75份工业白油、0.5份PE Wax、0.5份1010/168。

首先，按配方将100份SEBS和75份工业白油在高速机中混合，混合时间为5min，混合温度为70℃，混合完毕后，再加入25份PP、0.5份PE Wax、0.5份1010/168继续混合3min，得到非交联相。

导热管道专用热塑性聚合物弹性体材料的制备，包括如下重量百分含量的组分：

交联相粉末            28％

非交联相              42％

氮化硼                30％

首先，将各组分按重量称量好，然后向高速混合机中分别加入所得的交联相粉末、非交联相、氮化硼在混合温度为70℃下混合10min后出料，再将出料物在挤出转速150rpm、挤出温度为200℃下挤出造粒，得到直径2～3mm、长度3mm左右的导热管道专用热塑性聚合物弹性体材料颗粒。

将所得的导热管道专用热塑性聚合物弹性体材料颗粒在80℃条件下干燥24h，然后在注塑机上制得标准样条测试，其测试所得性能见表1。

表1：导热管道专用热塑性聚合物弹性体材料颗粒性能测试表格

测试项目	测试值
		硬度(邵A)	75
拉伸强度(MPa)	12
		扯断伸长率(％)	350
导热系数(W/(m·K))	1.8

实施例2

交联相制备，各组分含量配方为：100份NR、2份DCP、5份TAIC、1份HSt。

将100份NR和1份HSt加入已升温的密炼机中，温度控制为200℃，混炼3min，然后，加入已称量好的2份DCP和5份TAIC，继续混炼10min后出料，将出料物加入采用液氮冷却的低温粉碎机中粉碎为30微米左右的粉末，既制得交联相粉末。

非交联相制备，各组分含量配方为：100份SEBS、25份PP、75份工业白油、0.5份PE Wax、0.5份1010/168。

首先，按配方将100份SEBS和75份工业白油在高速机中混合，混合时间为5min，混合温度为70℃，混合完毕后，再加入25份PP、0.5份PE Wax、0.5份1010/168继续混合3min，得到非交联相。

导电管道专用热塑性聚合物弹性体材料的制备，包括如下重量百分含量的组分：

交联相粉末               29％

非交联相                 70％

石墨烯微粉               1％

首先，将各组分按重量称量好，然后向高速混合机中分别加入所得的交联相粉末、非交联相、石墨烯微粉在混合温度为70℃下混合10min后出料，再将出料物在挤出转速150rpm、挤出温度为220℃下挤出造粒，得到直径2～3mm、长度3mm左右的导电管道专用热塑性聚合物弹性体材料颗粒。

将所得的导电管道专用热塑性聚合物弹性体材料颗粒在80℃条件下干燥24h，然后在注塑机上制得标准样条测试，其测试所得性能见表2。

表2：导电管道专用热塑性聚合物弹性体材料颗粒性能测试表格

测试项目	测试值
		硬度(邵A)	75
拉伸强度(MPa)	10.5
		扯断伸长率(％)	230
表面电阻率(Ω)	3×108

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (9)

1.一种管道专用热塑性聚合物弹性体，包括如下重量百分含量的组分：

交联相                        5～47％

非交联相                      50～90％

功能性填料                    0.5～30％

所述交联相和非交联相形成“海-岛”结构，并且所述交联相以岛状分布于所述非交联相中，所述功能性填料选择性分布于所述非交联相中；所述交联相和所述非交联相选用的材料为同种材料或完全相容的材料；所述交联相为能交联的弹性体材料，并且由第一弹性体、交联剂、助交联剂和交联相加工助剂组成；所述非交联相由第二弹性体、改性树脂、填充油和非交联相加工助剂组成；所述功能性填料为导热填料或导电填料。

2.根据权利要求1所述的管道专用热塑性聚合物弹性体，其特征在于：所述第一弹性体选自POE、EPDM、NR、SBR、SBS、SEBS。

3.根据权利要求1所述的管道专用热塑性聚合物弹性体，其特征在于：所述交联剂选自硫磺、过氧化二异丙苯、溴化酚醛树脂、四甲基二硫代秋兰姆。

4.根据权利要求1所述的管道专用热塑性聚合物弹性体，其特征在于：所述第二弹性体为SEBS。

5.根据权利要求1所述的管道专用热塑性聚合物弹性体，其特征在于：所述改性树脂选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯。

6.根据权利要求1所述的管道专用热塑性聚合物弹性体，其特征在于：所述填充油选自白矿油、工业白油、环烷油。

7.根据权利要求1所述的管道专用热塑性聚合物弹性体，其特征在于：所述导电填料选自石墨烯、碳纤维、导电碳黑、纳米碳管、金属粉末、金属纤维。

8.根据权利要求1所述的管道专用热塑性聚合物弹性体，其特征在于：所述导热填料选自石墨烯、碳纤维、导电碳黑、纳米碳管、金属粉末、金属纤维、氧化铝、氧化硼。

9.根据权利要求1～8任一项所述的管道专用热塑性聚合物弹性体的制备方法，包括如下步骤：

步骤1

先将所述第一弹性体和所述交联相加工助剂混合加热混炼，然后加入所述交联剂和所述助交联剂继续混炼形成交联聚合物，最后粉碎所述交联聚合物，即得到所述交联相；

步骤2

先将所述第二弹性体和所述填充油在混合机中加热混合，然后再加入所述改性树脂和所述非交联相加工助剂继续混合，即得到所述非交联相；

步骤3

向混合机中分别加入步骤1中得到的所述交联相、步骤2中得到的所述非交联相、所述功能性填料然后在混合机中加热混合，最后挤出混合物料，即得到所述热塑性聚合物弹性体。