CN105017667A - 一种抗冲导热材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗冲导热材料及其制备方法。所述的抗冲导热材料由包括以下重量份的组分制成：聚苯乙烯100份，聚乙烯20～50份，导热纤维10～25份，导热晶须5～10份，相容剂4～15份，聚乙烯缩丁醛0～12份，抗氧剂1～5份。本发明通过采用聚乙烯对聚苯乙烯进行增韧，同时采用导热纤维和导热晶须对复合材料体系进行改性，复合材料体系中的相容剂可以提高聚苯乙烯和聚乙烯之间的相容性，同时提高导热纤维、导热晶须和复合材料体系的相容性，聚乙烯、导热纤维和导热晶须的加入大幅提高了复合材料的抗冲击性能和导热性能。

Description

一种抗冲导热材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种抗冲导热材料及其制备方法。

背景技术

聚苯乙烯材料是应用最为广泛的通用塑料之一。聚苯乙烯材料的大量应用方便了人们的生活，同时也带来了大量的白色污染，因此对于聚苯乙烯材料的回收再利用非常重要。对于聚苯乙烯回收材料而言，抗冲击性能较差制约了回收聚苯乙烯材料的应用领域。而传统对聚苯乙烯进行增韧的手段，多是加入含苯乙烯链段的增韧剂，如SBS、SEBS等，但这些增韧材料的价格普遍偏高，用于回收聚苯乙烯材料中，会导致回收材料的成本大幅度上升。

由于聚苯乙烯材料的刚性强，导热性能较差，和导热材料的相容性也较差，如能在增加聚苯乙烯抗冲击性能的同时，增强聚苯乙烯材料的导热性能，将会扩大聚苯乙烯材料的应用领域。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种成本低，抗冲击性能和导热性能好的的抗冲导热材料。

本发明的技术方案如下：

一种抗冲导热材料，由包括以下重量份的组分制成：

优选的，所述的聚苯乙烯为回收聚苯乙烯，熔指4～30g/10min(测试条件200℃，5kg)；

优选的，所述的聚乙烯为线性低密度聚乙烯。

优选的，所述的导热纤维选自碳纤维、铜纤维、不锈钢纤维、铝纤维中的一种或几种，优选的，所述的导热纤维的直径为10～20um。

优选的，所述的导热晶须选自石墨晶须、碳化硅晶须、四针状氧化锌晶须中的一种或几种

优选的，所述的相容剂由以下方法制得：

(1)按重量份秤取引发剂0.2～0.8份，偶联剂1～3份，苯乙烯20份，聚苯乙烯100份，聚乙烯60～100份；

(2)将引发剂和偶联剂溶于苯乙烯单体中，混合均匀；

(3)将聚乙烯和聚苯乙烯加入双螺杆挤出机共混，同时在挤出机的机筒中加入溶有引发剂和偶联剂的苯乙烯单体，熔融共混，挤出切粒得到所述相容剂。

优选的，所述的引发剂选自过氧化月桂酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔丁基酯、过氧化甲乙酮或过氧化二碳酸二异丙酯中的一种或一种以上，优选过氧化二碳酸二异丙酯。

优选的，所述的偶联剂选自3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯或四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯中的一种或一种以上，优选γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。

通过实验发现，将偶联剂和引发剂溶入苯乙烯单体中再对聚苯乙烯和聚乙烯进行反应性共混改性，苯乙烯和聚乙烯的接枝率大幅提升，制得的相容剂对PS和PE的增容效果较传统相容剂更好。当同时采用过氧化二碳酸二异丙酯作为引发剂和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷作为偶联剂时，制得的相容剂的增容效率比其他引发剂和偶联剂制得的相容剂的增容效率提高了15～20％。

聚乙烯缩丁醛具有韧性好，抗冲击性能高的优点，在聚苯乙烯/聚乙烯体系中加入聚乙烯缩丁醛不仅可以改善聚苯乙烯与聚乙烯之间的相容性，同时可以提高聚苯乙烯材料的抗冲击性能。

优选的，所述的抗氧剂选自(聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)胺]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)亚胺]-1,6-二己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)亚胺]]])、(2-(3，5-二叔丁基-2-羟苯基)-5-氯苯并三唑)、(1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮)或2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的一种或一种以上。

优选的，所述抗氧剂为(1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮)和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚按重量比为3:1的混合物。

一种上述抗冲导热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按重量份秤取聚苯乙烯100份，聚乙烯20～50份，相容剂4～15份，导热晶须5～10份、聚乙烯缩丁醛0～12份，抗氧剂1～5份，混合均匀；

(2)将步骤(1)中混合的原料加入双螺杆挤出机中，熔融共混，同时将10～25份连续导热纤维先通过偶联剂进行浸泡，烘干，再通过苯乙烯浸泡，苯乙烯中加有0.2％重量份引发剂，然后引至挤出机机筒中部切断后从机筒中部的喂料口加入机筒中，和其他原料一起熔融共混，挤出切粒冷却，制得所述抗冲导热材料。

优选的，所述的挤出温度为170～200℃，螺杆转速为150～220R/min。

优选的，在挤出过程中，将相容剂通过含有0.2％重量份引发剂的苯乙烯浸泡后再单独从挤出机螺杆的中部加入挤出机机筒中。

苯乙烯中加入的引发剂与制备相容剂时的引发剂选用范围相同。

将相容剂用苯乙烯浸泡后再加入挤出机中和其他原料进行共混，可以防止聚苯乙烯降解，提升相容剂的增容效率，从而提高抗冲导热材料的抗冲击性能。

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过采用聚乙烯对聚苯乙烯进行增韧，同时采用导热纤维和导热晶须对复合材料体系进行改性，复合材料体系中的相容剂可以提高聚苯乙烯和聚乙烯之间的相容性，同时提高导热纤维、导热晶须和复合材料体系的相容性，聚乙烯和导热材料的加入可以提高复合材料的抗冲击性能，而导热纤维和导热晶须的使用可以在复合材料中形成导热材料为骨干，导热晶须为补充的立体导热链网热传导体系，从而大幅提高了复合材料的抗冲击性能和导热性能。

(2)本发明通过使用连续导热纤维先浸泡偶联剂然后烘干，再浸泡苯乙烯后在挤出机螺杆中部切断成等长度的导热纤维，再从挤出机螺杆中部喂料口喂入挤出机中和聚苯乙烯等其他原料一起熔融共混，共混过程中导热纤维表面的苯乙烯在引发剂的作用下进行聚合，使导热纤维和聚苯乙烯塑料基体能较好的结合在一起，增加了材料体系的相容性，从而使聚苯乙烯材料的抗冲击性能得到大幅提升。

(3)本发明中不采用SBS橡胶等昂贵的增韧材料，而采用成本较低的聚乙烯材料对聚苯乙烯进行增韧，降低了生产成本，使得改性后的回收聚苯乙烯材料具有较好的性价比和较好的市场竞争力。

(4)本发明改进了聚苯乙烯相容剂的生产工艺，以及相容剂的使用工艺，在生产相容剂的过程中，通过对配方进行优化，加入苯乙烯单体，提升了相容剂的增容效率，制得的相容剂可以直接用于聚苯乙烯/聚乙烯材料进行改性，使用方便无污染。

(5)本法明中的相容剂在使用过程中对相容剂用苯乙烯进行浸泡处理，进一步提高增容效率和聚苯乙烯/聚乙烯材料的物理性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，实施例中除特殊说明外，含量均为重量份。

实施例1

一种高强度聚苯乙烯材料，由以下方法制得：

(1)制备相容剂

按重量份秤取引发剂0.2份，偶联剂1份，苯乙烯20份，聚苯乙烯100份，聚乙烯60份；将引发剂和偶联剂溶于苯乙烯单体中，混合均匀；将聚乙烯和聚苯乙烯加入双螺杆挤出机共混，同时在挤出机的机筒中加入溶有引发剂和偶联剂的苯乙烯单体，熔融共混，挤出切粒得到所述相容剂；

其中所述的引发剂选自过氧化月桂酰，所述的偶联剂选自3-氨丙基三乙氧基硅烷；

(2)按重量份秤取聚苯乙烯100份，聚乙烯20份，相容剂4份，导热晶须5份，聚乙烯缩丁醛2份，抗氧剂1份，混合均匀；

其中所述的聚苯乙烯为回收聚苯乙烯，熔指4g/10min，所述的聚乙烯为线性低密度聚乙烯，所述的抗氧剂选自(聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)胺]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)亚胺]-1,6-二己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)亚胺]]])；所述的导热晶须为石墨晶须；

(3)将步骤(2)中混合的原料加入双螺杆挤出机中，熔融共混，同时将10份直径为10um的连续碳纤维先通过偶联剂进行浸泡，烘干，再通过苯乙烯浸泡，苯乙烯中加有0.2％重量份过氧化二碳酸二异丙酯，然后引至挤出机机筒中部切断后从机筒中部的喂料口加入机筒中，和其他原料一起熔融共混，挤出温度为170～200℃，螺杆转速为150～220R/min，挤出切粒冷却，制得所述高强度聚苯乙烯材料。

实施例2

一种高强度聚苯乙烯材料，由以下方法制得：

(1)制备相容剂

按重量份秤取引发剂0.8份，偶联剂3份，苯乙烯20份，聚苯乙烯100份，聚乙烯100份；将引发剂和偶联剂溶于苯乙烯单体中，混合均匀；将聚乙烯和聚苯乙烯加入双螺杆挤出机共混，同时在挤出机的机筒中加入溶有引发剂和偶联剂的苯乙烯单体，熔融共混，挤出切粒得到所述相容剂；

其中所述的引发剂选自过氧化苯甲酸叔丁酯，所述的偶联剂选自γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；

(2)按重量份秤取聚苯乙烯100份，聚乙烯50份，相容剂15份，导热晶须10份，聚乙烯缩丁醛12份，抗氧剂5份，混合均匀；

其中所述的聚苯乙烯为回收聚苯乙烯，熔指30g/10min；所述的聚乙烯为回收聚乙烯；所述的抗氧剂选自(1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮)；所述的导热晶须为碳化硅晶须；

(3)将步骤(2)中混合的原料加入双螺杆挤出机中，熔融共混，同时将25份直径为20um的连续铜纤维先通过偶联剂进行浸泡，烘干，再通过苯乙烯浸泡，苯乙烯中加有0.2％重量份过氧化二碳酸二异丙酯，然后引至挤出机机筒中部切断后从机筒中部的喂料口加入机筒中，和其他原料一起熔融共混，挤出温度为170～200℃，螺杆转速为150～220R/min，挤出切粒冷却，制得所述高强度聚苯乙烯材料。

实施例3

一种高强度聚苯乙烯材料，由以下方法制得：

(1)制备相容剂

按重量份秤取引发剂0.6份，偶联剂2份，苯乙烯20份，聚苯乙烯100份，聚乙烯80份；将引发剂和偶联剂溶于苯乙烯单体中，混合均匀；将聚乙烯和聚苯乙烯加入双螺杆挤出机共混，同时在挤出机的机筒中加入溶有引发剂和偶联剂的苯乙烯单体，熔融共混，挤出切粒得到所述相容剂。

其中所述的引发剂选过氧化二碳酸二异丙酯，所述的偶联剂选自γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；

(2)按重量份秤取聚苯乙烯100份，聚乙烯30份，相容剂10份，导热晶须7份，聚乙烯缩丁醛5份，抗氧剂2份，混合均匀；

其中所述的聚苯乙烯为回收聚苯乙烯，熔指15g/10min，所述的聚乙烯为线性低密度聚乙烯；所述抗氧剂为(1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮)和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚按重量比为3:1的混合物；所述的导热晶须为石墨晶须；

(3)将步骤(2)中混合的原料加入双螺杆挤出机中，熔融共混，同时将15份直径为15um的连续不锈钢纤维先通过偶联剂进行浸泡，烘干，再通过苯乙烯浸泡，苯乙烯中加有0.2％重量份过氧化二碳酸二异丙酯，然后引至挤出机机筒中部切断后从机筒中部的喂料口加入机筒中，和其他原料一起熔融共混，挤出温度为170～200℃，螺杆转速为150～220R/min，挤出切粒冷却，制得所述高强度聚苯乙烯材料。

实施例4

一种高强度聚苯乙烯材料，由以下方法制得：

(1)制备相容剂

按重量份秤取引发剂0.6份，偶联剂2份，苯乙烯20份，聚苯乙烯100份，聚乙烯80份；将引发剂和偶联剂溶于苯乙烯单体中，混合均匀；将聚乙烯和聚苯乙烯加入双螺杆挤出机共混，同时在挤出机的机筒中加入溶有引发剂和偶联剂的苯乙烯单体，熔融共混，挤出切粒得到所述相容剂。

其中所述的引发剂选过氧化二碳酸二异丙酯，所述的偶联剂选自γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；

(2)按重量份秤取聚苯乙烯100份，聚乙烯40份，相容剂12份，导热晶须6份，抗氧剂4份，将除相容剂外的其他组分混合均匀；

其中所述的聚苯乙烯为回收聚苯乙烯，熔指15g/10min，所述的聚乙烯为线性低密度聚乙烯；所述抗氧剂为(1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮)和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚按重量比为3:1的混合物；所述的导热晶须为碳化硅晶须；

(3)将步骤(2)中混合的原料加入双螺杆挤出机中，熔融共混，在螺杆中段的侧喂料处加入浸泡过苯乙烯的相容剂，同时将20份直径为15um的连续碳纤维先通过偶联剂进行浸泡，烘干，再通过苯乙烯浸泡，苯乙烯中加有0.2％重量份过氧化二碳酸二异丙酯，然后引至挤出机机筒中部切断后从机筒中部的喂料口加入机筒中，和其他原料一起熔融共混，挤出温度为

170～200℃，螺杆转速为150～220R/min，挤出切粒冷却，制得所述高强度聚苯乙烯材料。

实施例5

一种高强度聚苯乙烯材料，由以下方法制得：

(1)制备相容剂

按重量份秤取引发剂0.6份，偶联剂2份，苯乙烯20份，聚苯乙烯100份，聚乙烯80份；将引发剂和偶联剂溶于苯乙烯单体中，混合均匀；将聚乙烯和聚苯乙烯加入双螺杆挤出机共混，同时在挤出机的机筒中加入溶有引发剂和偶联剂的苯乙烯单体，熔融共混，挤出切粒得到所述相容剂。

其中所述的引发剂选过氧化二碳酸二异丙酯，所述的偶联剂选自γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；

(2)按重量份秤取聚苯乙烯100份，聚乙烯40份，相容剂12份，导热晶须8份，聚乙烯缩丁醛8份，抗氧剂4份，将除相容剂外的其他组分混合均匀；

其中所述的聚苯乙烯为回收聚苯乙烯，熔指15g/10min，所述的聚乙烯为线性低密度聚乙烯；所述抗氧剂为(1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮)和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚按重量比为3:1的混合物；所述的导热晶须为四针状氧化锌晶须；

(3)将步骤(2)中混合的原料加入双螺杆挤出机中，熔融共混，在螺杆中段的侧喂料处加入浸泡过苯乙烯的相容剂，同时将22份直径为20um的连续铝纤维先通过偶联剂进行浸泡，烘干，再通过苯乙烯浸泡，苯乙烯中加有0.2％重量份过氧化二碳酸二异丙酯，然后引至挤出机机筒中部切断后从机筒中部的喂料口加入机筒中，和其他原料一起熔融共混，挤出温度为170～200℃，螺杆转速为150～220R/min，挤出切粒冷却，制得所述高强度聚苯乙烯材料。

对实施例中制得的抗冲导热材料进行性能测试，测试结果如下：

表1

以上所述实施例只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的原理所做的等效变化或修饰，均应在本发明专利申请范围内。

Claims (10)

1.一种抗冲导热材料，其特征在于，由包括以下重量份的组分制成：

2.根据权利要求1所述的抗冲导热材料，其特征在于，所述的聚苯乙烯为回收聚苯乙烯，熔指4～30g/10min；或所述的聚乙烯为线性低密度聚乙烯。

3.根据权利要求1所述的抗冲导热材料，其特征在于，所述的导热纤维选自碳纤维、铜纤维、不锈钢纤维、铝纤维中的一种或几种，优选的，所述的导热纤维的直径为10～20um。

4.根据权利要求1所述的抗冲导热材料，其特征在于，所述的导热晶须选自石墨晶须、碳化硅晶须、四针状氧化锌晶须中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的抗冲导热材料，其特征在于，所述的相容剂由以下方法制得：

(1)按重量份秤取引发剂0.2～0.8份，偶联剂1～3份，苯乙烯20份，聚苯乙烯100份，聚乙烯60～100份；

(2)将引发剂和偶联剂溶于苯乙烯单体中，混合均匀；

(3)将聚乙烯和聚苯乙烯加入双螺杆挤出机共混，同时在挤出机的机筒中加入溶有引发剂和偶联剂的苯乙烯单体，熔融共混，挤出切粒得到所述相容剂。

6.根据权利要求5所述的抗冲导热材料，其特征在于，所述的引发剂选自过氧化月桂酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔丁基酯、过氧化甲乙酮或过氧化二碳酸二异丙酯中的一种或一种以上，优选过氧化二碳酸二异丙酯。

7.根据权利要求6所述的抗冲导热材料，其特征在于，所述的偶联剂选自3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯或四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯中的一种或一种以上，优选γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。

8.根据权利要求1所述的抗冲导热材料，其特征在于，所述的抗氧剂选自(聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)胺]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)亚胺]-1,6-二己二基[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)亚胺]]])、(2-(3，5-二叔丁基-2-羟苯基)-5-氯苯并三唑)、(1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮)或2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的一种或一种以上。

9.一种如权利要求1～8所述的抗冲导热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按重量份秤取聚苯乙烯100份，聚乙烯20～50份，相容剂4～15份，导热晶须5～10份、聚乙烯缩丁醛0～12份，抗氧剂1～5份，混合均匀；

(2)将步骤(1)中混合的原料加入双螺杆挤出机中，熔融共混，同时将10～25份连续导热纤维先通过偶联剂进行浸泡，烘干，再通过苯乙烯浸泡，苯乙烯中加有0.2％重量份引发剂，然后引至挤出机机筒中部切断后从机筒中部的喂料口加入机筒中，和其他原料一起熔融共混，挤出切粒冷却，制得所述抗冲导热材料。

10.根据权利要求9所述的抗冲导热材料的制备方法，其特征在于，所述的挤出温度为170～200℃，螺杆转速为150～220R/min。