CN109181279A - 用于手机护套的导热聚氨酯弹性体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于手机护套的导热聚氨酯弹性体及其制备方法，属于聚氨酯弹性体技术领域。所述的导热聚氨酯弹性体，由下列质量分数的物质组成：聚合物多元醇，43‑50％；异氰酸酯，23‑35％；扩链剂，9‑17％；抗氧剂，0.1‑0.3％；导热填料，8‑20％；偶联剂，0.08‑0.2％；催化剂0.01‑0.03％，制得的导热聚氨酯弹性体，导热性能好，弹性好。本发明还提供其制备方法，包括四个步骤，科学合理，简单易行。

Description

用于手机护套的导热聚氨酯弹性体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于手机护套的导热聚氨酯弹性体及其制备方法，属于聚氨酯弹性体技术领域。
背景技术
高分子材料体具有耐化学腐蚀、易成型加工、抗疲劳性能优良、绝缘性好等优点，已经受到人们的广泛关注，大量的应用于电子产品之中。其中热塑性聚氨酯弹性体具有优良的加工性能和良好的手感越来越多的被制作成保护套应用在手机、平板电脑保护以及电子产品外壳等方面。特别是近年来，随着电子产品的高速发展，大功率电子电器产品产生大量的热量，导致出现产品功效降低，使用寿命缩短等问题。有资料表明，电子元器件温度每升高2℃，其可靠性下降10％；50℃时的寿命只有25℃时的1/6。随着半导体集成电路的密度不断增大，硅片上容纳的晶体管越来越多，功率也随之增加，产生的热量也越来越多。但是由于热塑性聚氨酯弹性体为热的不良导体，导热系数仅为0.25W/(m·K)，在作为手机、平板保护套、电子产品外壳时容易造成电子产品运行时热量积聚，导致电子产品运营不畅，老化，严重时会造成电子产品的损坏。正是这个缺点限制了热塑性聚氨酯弹性体在导热方面的应用，因而开发一种具有良好导热性能的聚氨酯热塑性弹性体，成为聚氨酯弹性体能够进一步在电子产品领域应用的关键。专利CN105237723公开了一种制备导热聚氨酯材料的制备方法，此方法采用氧化石墨烯为导热填料，并使用大量的溶剂作为反应介质，生产工艺复杂等，大量生产会造成环境污染，增加成本，并危害操作人员身体健康等缺点。以金属粉和石墨类作为导热填料同时具有导电性能，而这种导电性能又具有电磁屏蔽性能，所以开发一种具有导热又不具有电磁屏蔽性能的手机护套材料是一个重要的课题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于手机护套的聚氨酯弹性体，导热性能优异，弹性好。
同时，本发明还提供其制备方法，科学合理，简单易行。
本发明所述的用于手机护套的导热聚氨酯弹性体，由下列质量分数的物质组成：
其中，聚合物多元醇分子量为1000-3000，为聚酯型多元醇或聚醚型多元醇中的一种或两种；聚酯型多元醇为聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己二酸己二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇-丁二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇-己二醇酯二醇、聚癸二酸丁二醇酯二醇、聚癸二酸己二醇酯二醇、聚癸二酸乙二醇酯二醇、聚ε-己内酯二醇或聚四氢呋喃多元醇中的一种或几种；聚醚型多元醇为聚四氢呋喃多元醇(PTMG)，聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)、聚四氢呋喃-环氧丙烷共聚二醇中的一种或几种。
所述的异氰酸酯为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、对苯基二异氰酸酯(PPDI)、萘-1,5-二异氰酸酯(NDI)、二苯甲烷-3,3’-二甲氧基-4,4’-二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、1,4-环己基-二异氰酸酯(CHDI)、癸烷-1,10-二异氰酸酯、3，3’-二甲基-4，4’-联苯二异氰酸酯(TODI)或氢化4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(HMDI)中的一种或几种。
所述的扩链剂为乙二醇、丙二醇、甲基丙二醇、二乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇或新戊二醇中的一种或几种。
所述的抗氧化剂为2,4,6-三叔丁基苯酚(246)、3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸十八酯(1076)、二缩三乙二醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯](245)、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)或硫代二乙撑双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯](1035)中的一种或几种。
所述的导热填料为氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硅或碳化硅中的一种或几种；颗粒直径为20-30nm。
所述的偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)，γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)中的一种或两种。
所述的催化剂为DY-5(五甲基二乙烯三胺)、DY-8(二甲基环己胺)、二月桂酸二丁基锡(T-12)、辛酸亚锡(T-9)或有机铋(DY-20)中的一种或几种。
本发明所述的用于手机护套的导热聚氨酯弹性体的制备方法，包括以下步骤：
1)将聚合物多元醇、抗氧剂和催化剂按照质量比例加入反应釜A中，混合搅拌4小时，温度保持在100-110℃，再将异氰酸酯加入反应釜B中保温60-70℃，扩链剂加入反应釜C中保温50-70℃；
2)使用硅烷偶联剂对导热浆料进行预处理，按照质量比例加入乙醇水溶液中，固含量为50％，并在超声波条件下分散2-3小时，然后在120℃烘干备用，水分控制在万分之三以下；
3)待A、B反应釜温度稳定后，将反应釜A和B中原料组分与经硅烷偶联剂处理后的导热填料，分别通过液体计量泵和固体外加设备精确计量每组分所占重量百分比，一起加入双螺杆预混机中得到分散均匀的导热聚氨酯预聚物，预混时间为2-3min，反应温度为150-180℃；
4)将导热聚氨酯预聚物与质量比的C组分一起加入到180-200℃的双螺杆挤出机中，并经过双螺杆反应挤出，经水下造粒制得导热聚氨酯弹性体颗粒。
所述的步骤4中，螺杆转速为160-210rmp。
所述的导热聚氨酯弹性体不仅用于手机护套产品，还可以用于其他电子产品外壳和保护套，导热系数为0.6-1.8W(m·K)。
采用先将导热填料使用偶联剂进行处理，然后再通过预混机得到导热聚氨酯预聚物，这种方法为原位聚合方式，能够使导热填料更好的分散在聚氨酯弹性体中，即使较少的添加量能够得到较大的导热性能。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.所述的导热聚氨酯弹性体，导热性能高，导热系数高达1.8W(m·K)，弹性好，又不具有电磁屏蔽性；
2.通过预聚预混的生产工艺可以使导热填料能够更好的分散在TPU中，即使是很少的添加量也能够达到较好的导热效果；
3.所述的制备方法，科学合理，简单易行，生产成本低廉，对环境和操作人员无危害。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种用于手机护套的导热聚氨酯弹性体，由下列质量分数的物质组成：
(1)将聚己二酸丁二醇-己二醇酯二醇(M＝2000)、抗氧剂1010和催化剂按照实验配比投入到反应釜A中，混合搅拌4小时，温度为110℃，4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯投入到反应釜B中，保温65℃，1,4-丁二醇投入到反应釜C中，保温60℃；
(2)将纳米氮化铝与KH-550按照比例100/1加入乙醇水溶液中，保持固含量为50％，并在超声波条件下分散2小时，然后在120℃条件下烘干备用，水分控制在万分之三以下，氮化铝的粒径为30nm。
(3)待A、B反应釜温度稳定，将反应釜A和B原料组分与经KH550预处理的纳米氮化铝，分别通过液体计量泵与固体外加设备精确计量每组分所占的重量百分比，一起加入双螺杆预混机中得到分散均匀的氮化铝/聚氨酯预聚物，预混时间为2min，反应温度为180℃。
(4)氮化铝/聚氨酯预聚物与精确计量的C组分一起压入到180℃的双螺杆挤出机中，并经过双螺杆反应挤出，经水下造粒制得用于手机护套的高导热聚氨酯弹性体颗粒，其中螺杆转速为160rmp。
实施例2
一种用于手机护套的导热聚氨酯弹性体，由下列质量分数的物质组成：
(1)将聚己二酸乙二醇-丁二醇酯二醇(M＝3000)、抗氧剂246和催化剂按照实验配比投入到反应釜A中，混合搅拌4小时，温度为105℃，甲苯二异氰酸酯(TDI)投入到反应釜B中，保温65℃，1,6-己二醇投入到反应釜C中，保温70℃；
(2)将纳米碳化硅与KH-570按照比例100/1加入乙醇水溶液中，保持固含量为50％，并在超声波条件下分散3小时，然后在120℃条件下烘干备用，水分控制在万分之三以下，碳化硅的粒径为30nm。
(3)待A、B反应釜温度稳定，将反应釜A和B原料组分与经KH570预处理的纳米碳化硅，分别通过液体计量泵与固体外加设备精确计量每组分所占的重量百分比，一起加入双螺杆预混机中得到分散均匀的碳化硅/聚氨酯预聚物，预混时间为3min，反应温度为170℃。
(4)碳化硅/聚氨酯预聚物与精确计量的C组分一起压入到180℃的双螺杆挤出机中，并经过双螺杆反应挤出，经水下造粒制得用于手机护套的高导热聚氨酯弹性体颗粒，其中螺杆转速为190rmp。
实施例3
一种用于手机护套的导热聚氨酯弹性体，由下列质量分数的物质组成：
(1)将聚四氢呋喃多元醇(M＝2000)、抗氧剂245和1010及催化剂按照实验配比投入到反应釜A中，混合搅拌4小时，温度为100℃，4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯投入到反应釜B中，保温60℃，1,6-己二醇投入到反应釜C中，保温55℃；
(2)将纳米氧化锌与KH-570按照比例100/1加入乙醇水溶液中，保持固含量为50％，并在超声波条件下分散3小时，然后在120℃条件下烘干备用，水分控制在万分之三以下，氧化锌的粒径为30nm。
(3)待A、B反应釜温度稳定，将反应釜A和B原料组分与经KH570预处理的纳米氧化锌，分别通过液体计量泵与固体外加设备精确计量每组分所占的重量百分比，一起加入双螺杆预混机中得到分散均匀的氧化锌/聚氨酯预聚物，预混时间为3min，反应温度为170℃。
(4)氧化锌/聚氨酯预聚物与精确计量的C组分一起压入到185℃的双螺杆挤出机中，并经过双螺杆反应挤出，经水下造粒制得用于手机护套的高导热聚氨酯弹性体颗粒，其中螺杆转速为210rmp。
实施例4
一种用于手机护套的导热聚氨酯弹性体，由下列质量分数的物质组成；
(1)将聚ε-己内酯二醇(M＝1500)、抗氧剂1035和催化剂DY-20按照实验配比投入到反应釜A中，混合搅拌4小时，温度为108℃，4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯投入到反应釜B中，保温67℃，1,4-丁二醇投入到反应釜C中，保温55℃；
(2)将纳米氮化硅与KH-550按照比例100/1加入乙醇水溶液中，保持固含量为50％，并在超声波条件下分散2小时，然后在120℃条件下烘干备用，水分控制在万分之三以下，氮化硅的粒径为20nm。
(3)待A、B反应釜温度稳定，将反应釜A和B原料组分与经KH550预处理的纳米氮化硅，分别通过液体计量泵与固体外加设备精确计量每组分所占的重量百分比，一起加入双螺杆预混机中得到分散均匀的氮化硅/聚氨酯预聚物，预混时间为3min，反应温度为1800℃。
(4)氮化硅/聚氨酯预聚物与精确计量的C组分一起压入到180℃的双螺杆挤出机中，并经过双螺杆反应挤出，经水下造粒制得用于手机护套的高导热聚氨酯弹性体颗粒，其中螺杆转速为200rmp。
对比例1
一种用于手机护套的高导热聚氨酯弹性体，由下列质量分数的物质组成：
具体制备工艺与实施例1相同，不同点在于：抗氧剂为1010，将反应釜A和B原料组分加入预混机中预混3min，不加导热填料和偶联剂。
对实施例1-4和对比例1所制备的产品进行性能测试，结果见表1。
表1实施例1-4和对比例1产品性能检测结果

Claims (10)

1.一种用于手机护套的导热聚氨酯弹性体，其特征在于：由下列质量分数的物质组成：
其中，聚合物多元醇分子量为1000-3000，为聚酯型多元醇或聚醚型多元醇中的一种或两种；聚酯型多元醇为聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己二酸己二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇-丁二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇-己二醇酯二醇、聚癸二酸丁二醇酯二醇、聚癸二酸己二醇酯二醇、聚癸二酸乙二醇酯二醇、聚ε-己内酯二醇或聚四氢呋喃多元醇中的一种或几种；聚醚型多元醇为聚四氢呋喃多元醇，聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃-环氧丙烷共聚二醇中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的用于手机护套的导热聚氨酯弹性体，其特征在于：异氰酸酯为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、亚苯基-1,4-二异氰酸酯、萘-1,5-二异氰酸酯、二苯甲烷-3,3’-二甲氧基-4,4’-二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、1,4-环己基-二异氰酸酯、癸烷-1,10-二异氰酸酯、3，3’-二甲基-4，4’-联苯二异氰酸酯或氢化4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的用于手机护套的导热聚氨酯弹性体，其特征在于：扩链剂为乙二醇、丙二醇、甲基丙二醇、二乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇或新戊二醇中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的用于手机护套的导热聚氨酯弹性体，其特征在于：抗氧化剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸十八酯、二缩三乙二醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或硫代二乙撑双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的用于手机护套的导热聚氨酯弹性体，其特征在于：导热填料为氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硅或碳化硅中的一种或几种；颗粒直径为20-30nm。
6.根据权利要求1所述的用于手机护套的导热聚氨酯弹性体，其特征在于：偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷，γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的用于手机护套的导热聚氨酯弹性体，其特征在于：催化剂为(双二甲氨基乙基醚)、(五甲基二乙烯三胺)、(二甲基环己胺)、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡或有机铋中的一种或几种。
8.一种权利要求1-7任一所述的用于手机护套的导热聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将聚合物多元醇、抗氧剂和催化剂按照质量比例加入反应釜A中，混合搅拌4小时，温度保持在100-110℃，再将异氰酸酯加入反应釜B中保温，温度60-70℃，扩链剂加入反应釜C中保温，温度50-70℃；
2)使用硅烷偶联剂对导热浆料进行预处理，按照质量比例加入乙醇水溶液中，固含量为50％，并在超声波条件下分散2-3小时，然后在120℃烘干备用，水分控制在万分之三以下；
3)待A、B反应釜温度稳定后，将反应釜A和B中原料组分与经硅烷偶联剂处理后的导热填料，分别通过液体计量泵和固体外加设备精确计量每组分所占质量百分比，一起加入双螺杆预混机中得到分散均匀的导热聚氨酯预聚物，预混时间为2-3min，反应温度为150-180℃；
4)将导热聚氨酯预聚物与质量比的C组分一起加入到180-200℃的双螺杆挤出机中，并经过双螺杆反应挤出，经水下造粒制得导热聚氨酯弹性体颗粒。
9.根据权利要求8所述的用于手机护套的导热聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：步骤4中，螺杆转速为160-210rmp。
10.根据权利要求1所述的用于手机护套的导热聚氨酯弹性体，其特征在于：不仅用于手机护套产品，还可以用于其他电子产品外壳和保护套；导热聚氨酯弹性体的导热系数为0.6-1.8W(m·K)。
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