CN107641235A - 构建空间导热网络的聚乙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种构建空间导热网络的聚乙烯复合材料及其制备方法，其中，构建空间导热网络的聚乙烯复合材料包括聚乙烯、石墨烯、偶联剂、反应性助剂、抗氧剂和脱模剂；聚乙烯、石墨烯、抗氧剂和脱模剂按重量的份数计，各组分如下：聚乙烯100份、石墨烯0.05～10份、抗氧剂0.1～0.4份、脱模剂0.2～2份；偶联剂和反应性助剂按石墨烯重量的百分比计，各组分如下：偶联剂为石墨烯重量的0.01～0.2wt％，反应性助剂为石墨烯重量的0.01～0.1wt％。本发明的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料具有较高的导热性能和耐热性能。

Description

构建空间导热网络的聚乙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚乙烯材料的制备领域，尤其是涉及一种构建空间导热网络的聚乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚乙烯为典型的热塑性塑料，分子是长链线型结构或支结构，为典型的结晶聚合物，是无臭、无味、无毒的可燃性白色粉末。成型加工的聚乙烯树脂均是经挤出造粒的颗粒料，外观呈乳白色。其分子量在1万一loa万范围内。分子量超过10万的则为超高分子量聚乙烯。分子量越高，其物理力学性能越好，越接近工程材料的要求水平。但分子量越高，其加工的难度也随之增大。聚乙烯熔点为90-130℃其耐低温性能优良。在-60℃下仍可保持良好的力学性能，使用温度在-40～70℃。聚乙烯化学稳定性较好，广泛用于吹塑、挤出、制造薄膜、纤维和日用杂品，其次是管材、电线包裹层、注射成型制品及工程塑料等。然而目前的聚乙烯材料在导热性能和耐热性能还比较弱，不能满足特殊环境的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种构建空间导热网络的聚乙烯复合材料。

本发明还提出了一种构建空间导热网络的聚乙烯复合材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种构建空间导热网络的聚乙烯复合材料，包括：聚乙烯、石墨烯、偶联剂、反应性助剂、抗氧剂和脱模剂；其中，所述聚乙烯、石墨烯、抗氧剂和脱模剂按重量的份数计，各组分如下：聚乙烯100份、石墨烯0.05～10份、抗氧剂0.05～0.4份、脱模剂0.2～2份；所述偶联剂和反应性助剂按所述石墨烯重量的百分比计，各组分如下：所述偶联剂为所述石墨烯重量的0.01～0.2wt％，所述反应性助剂为所述石墨烯重量的0.01～0.1wt％。

优选地，所述偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或几种的混合物。

优选地，所述反应性助剂为过氧化二碳酸二仲丁酯、过氧化二碳酸二环己酯中的一种或几种的混合物。

优选地，所述抗氧剂为2,6-二(十八烷基)-4-甲基苯酚、硫代二丙酸酯聚酯、N,N’-二-β-萘基-对苯二胺中的一种或几种的混合物。

优选地，所述脱模剂为N,N’-亚乙基双蓖麻醇酸酰胺、甘油单油酯中的一种或几种的混合物。

本发明的构建空间导热网络的聚乙烯材料的制备方法，所述构建空间导热网络的聚乙烯材料为上述实施例所述的构建空间导热网络的聚乙烯材料，包括以下步骤：

S1，按照重量百分比将偶联剂，乙醇，水配成溶液，用醋酸调节溶液的pH值，以得到偶联剂溶液。将石墨烯加入高速搅拌机，将上述偶联剂溶液喷洒在石墨烯上，并进行搅拌，得到表面改性的石墨烯。再将表面改性的石墨烯干燥，得到纯化的表面改性的石墨烯。

S2，将聚乙烯、表面改性的石墨烯、反应性助剂、抗氧剂、脱模剂，加入搅拌机进行搅拌，得到混合物；

S3，将所述混合物加入挤出机，反应挤出、冷却、造粒，得到构建空间导热网络的聚乙烯材料。

优选地，所述步骤S2中，所述搅拌机的搅拌速度在60～100rpm范围之间，搅拌时间在10～60min范围之间。

优选地，所述挤出机为双螺杆挤出机。

优选地，所述挤出机转速在150～300rpm范围之间。

优选地，所述挤出机的工作温度在150～250℃范围之间。

本发明的有益效果是：该构建空间导热网络的聚乙烯材料具有较高的导热性和耐热性，该制备方法简单易行，大小可控，高效率，低成本，绿色环保适合大规模生产。

附图说明

图1是本发明的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料的制备方法的流程图；

图2是石墨烯的扫描电镜图；

图3是本发明的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料的扫描电镜图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

根据本发明实施例所揭示的一种构建空间导热网络的聚乙烯复合材料，其具体组成及含量包括：按重量的份数计，各组分如下：聚乙烯100份、石墨烯0.05～10份、抗氧剂0.05～0.4份、脱模剂0.2～2份；按照上述石墨烯重量的百分比计，各组分如下：偶联剂为石墨烯重量的0.01～0.2wt％，反应性助剂为石墨烯重量的0.01～0.1wt％。通过该比例组分制成的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料具有较高的导热性能和耐热性能。

根据本发明的优选实施例中，构建空间导热网络的聚乙烯复合材料组成及含量按重量的份数计，各组分可以为：聚乙烯100份、石墨烯2～10份、抗氧剂0.05～0.4份、脱模剂0.5～1.5份；按照上述石墨烯重量的百分比计，各组分可以为：偶联剂为石墨烯重量的0.01～0.02wt％，反应性助剂为石墨烯重量的0.01～0.02wt％。通过进一步缩小构建空间导热网络的聚乙烯复合材料组分的含量，能够获得具有更高的导热性能和耐热性能的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料。

优选地，偶联剂可选择γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或其混合物，反应性助剂可选择过氧化二碳酸二仲丁酯、过氧化二碳酸二环己酯中的一种或其混合物，抗氧剂可选择2,6-二(十八烷基)-4-甲基苯酚、硫代二丙酸酯聚酯、N,N’-二-β-萘基-对苯二胺等或其混合物。脱模剂可选择N,N’-亚乙基双蓖麻醇酸酰胺、甘油单油酯等或其混合物。

也就是说，本发明的偶联剂、反应助剂、抗氧剂及脱模剂可以采用上述列举成分中的一种或者多种混合助剂，以获得具有较高的导热性能和耐热性能的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料。当然，本发明实施例中列举的助剂并不仅限于上述列举的成分，本发明的其他实施例中也可以为具有同等效果的其他成分的助剂。

根据本发明实施例所揭示的一种构建空间导热网络的聚乙烯复合材料的制备方法，构建空间导热网络的聚乙烯复合材料为上述实施例的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料，具体的，包括以下步骤：

S1，按照重量百分比将偶联剂，乙醇，水配成溶液，用醋酸调节溶液的pH值，以得到偶联剂溶液。将石墨烯加入高速搅拌机，将上述偶联剂溶液喷洒在石墨烯上，并进行搅拌，得到表面改性的石墨烯。再将表面改性的石墨烯干燥，得到纯化的表面改性的石墨烯。

S2，将聚乙烯、表面改性的石墨烯、反应性助剂、抗氧剂、脱模剂，加入搅拌机进行搅拌，得到混合物，其中，偶联剂、反应性助剂、抗氧剂和脱模剂优选于上述列举的成分，但不限于上述实施例列举的成分。

具体地，搅拌机的搅拌速度可以在60～100rpm范围之间，搅拌时间在10～60min范围之间。

S3，将上述混合物加入挤出机，反应挤出、冷却、造粒，得到构建空间导热网络的聚乙烯复合材料。

其中，挤出机可以为双螺杆挤出机，挤出机转速可以在150～300rpm范围之间，挤出机的工作温度可以在150～250℃范围之间。

通过上述方法制得的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料具有良好的导热性能和耐热性能，且该制备方法简单易行，高效率，低成本，绿色环保适合大规模生产。

下面，结合具体实施例进一步说明根据本发明的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料的制备方法。

实施例1：

制备表面改性的石墨烯：

步骤1，按照重量百分比偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷为20wt％，乙醇75wt％，水wt 5％的比例配成溶液，用醋酸调节溶液的pH值，使其pH值为5，以得到γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷溶液。

步骤2，将石墨烯按重量的份数取0.05份加入高速搅拌机，将上述γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷溶液喷洒在石墨烯上，并进行搅拌，搅拌速度为100rpm，搅拌时间15min，得到表面改性的石墨烯。再将表面改性的石墨烯在110℃，干燥2小时，得到纯化的表面改性的石墨烯。

步骤3，按重量的份数计，聚乙烯100份，上述制得全部重量的表面改性的石墨烯，抗氧剂2,6-二(十八烷基)-4-甲基苯酚0.1份，脱模剂N,N’-亚乙基双蓖麻醇酸酰胺0.2份，反应性助剂过氧化二碳酸二仲丁酯为石墨烯的0.01wt％加入高速搅拌机进行搅拌，搅拌速度为80rpm，搅拌时间20min，制得混合物。

步骤4，将上述混合物加入双螺杆挤出机，在挤出机的转速为220rpm，挤出机各个工作区段的温度分别为一区175℃、二区185℃、三区195℃、四区215℃、五区220℃条件下进行反应挤出、冷却、造粒，得到的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料测试结果为导热系数为0.6W/mk，维卡软化温度：61.2℃。

实施例2：

实施例2与实施例1基本相同，除下述条件之外，即石墨烯添加量2份，反应助剂过氧化二碳酸二仲丁酯为石墨烯重量的0.1wt％，抗氧剂硫代二丙酸酯聚酯为0.4份，脱模剂甘油单油酯为2份，搅拌速度为60rpm，搅拌时间60min，挤出机的转速为300rpm，挤出机各个工作区段的温度分别为一区170℃、二区180℃、三区200℃、四区220℃、五区220℃。得到的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料导热系数为1.2W/mk，维卡软化温度为64.5℃。

实施例3：

实施例2与实施例1基本相同，除下述条件之外，即石墨烯按重量的份数计为10份，反应性助剂过氧化二碳酸二环己酯为石墨烯重量的0.02wt％，抗氧剂N,N’-二-β-萘基-对苯二胺按重量的份数计为0.4份，脱模剂甘油单油酯按重量的份数计为1.5份，偶联剂乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷为石墨烯重量的0.02wt％，搅拌速度为100rpm，搅拌时间10min，挤出机的转速为150rpm，挤出机各个工作区段的温度分别为一区180℃、二区190℃、三区190℃、四区210℃、五区220℃。得到的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料测试结果为导热系数为6.7W/mk，维卡软化温度为68.1℃(如图3所示)。

由于导热系数反应的是导热性能，维卡软化温度反应耐热性能，导热系数越高，导热性能越好，维卡软化温度越高，耐热性能越好。由此可以看出根据本发明的制备方法得到的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料具有较高的导热系数和维卡软化温度，即根据本发明的制备方法得到的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料具有良好的导热性能和耐热性能。

本发明的制备方法简单易行，高效率，低成本，绿色环保适合大规模生产，通过该制备方法制得的构建空间导热网络的聚乙烯材料具有较高的导热性能和耐热性能。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种构建空间导热网络的聚乙烯复合材料，其特征在于，包括：聚乙烯、石墨烯、偶联剂、反应性助剂、抗氧剂和脱模剂；其中，

所述聚乙烯、石墨烯、抗氧剂和脱模剂按重量的份数计，各组分如下：

聚乙烯 100份，

石墨烯 0.05～10份，

抗氧剂 0.1～0.4份，

脱模剂 0.2～2份；

所述偶联剂和反应性助剂按所述石墨烯重量的百分比计，各组分如下：

所述偶联剂为所述石墨烯重量的0.01～0.2wt％，

所述反应性助剂为所述石墨烯重量的0.01～0.1wt％。

2.根据权利要求1所述的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料，其特征在于，所述偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或几种的混合物。

3.根据权利要求1所述的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料，其特征在于，所述反应性助剂为过氧化二碳酸二仲丁酯、过氧化二碳酸二环己酯中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求1所述的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂选自2,6-二(十八烷基)-4-甲基苯酚、硫代二丙酸酯聚酯、N,N’-二-β-萘基-对苯二胺中的一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料，其特征在于，所述脱模剂选自N,N’-亚乙基双蓖麻醇酸酰胺、甘油单油酯中的一种或几种的混合物。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，按照重量百分比将偶联剂，乙醇，水配成溶液，用醋酸调节溶液的pH值，以得到偶联剂溶液。将石墨烯加入高速搅拌机，将上述偶联剂溶液喷洒在石墨烯上，并进行搅拌，得到表面改性的石墨烯。再将表面改性的石墨烯干燥，得到纯化的表面改性的石墨烯。

S2，将聚乙烯、表面改性的石墨烯、反应性助剂、抗氧剂、脱模剂，加入搅拌机进行搅拌，得到混合物；

S3，将所述混合物加入挤出机，反应挤出、冷却、造粒，得到构建空间导热网络的聚乙烯材料。

7.根据权利要求6所述的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述搅拌机的搅拌速度在60～100rpm之间，搅拌时间在10～60min之间。

8.根据权利要求6所述的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述挤出机为双螺杆挤出机。

9.根据权利要求6所述的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述挤出机转速在150～300rpm之间。

10.根据权利要求6所述的构建空间导热网络的聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述挤出机的工作温度在150～250℃之间。