CN112961549A - 一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层及其制备方法，涉及导热塑料技术领域，所述复合涂层按重量百分比包括以下组分：稀释剂：75～99％、表面能消散剂：0.1～5％、粘合剂：1～5％和成膜剂：0.5～10％。本发明复合涂层不仅能够提高导热塑料的力学性能，同时能够提高填料在塑料中的分散性，达到制备高力学性能的纤维填充型热塑性改性塑料的目的，解决了传统偶联剂加工粉末的工艺不易均匀分散，无法突破性提高导热塑料力学性能的问题；本发明制备方法简单，操作便利，成本较低，适宜广泛推广，本发明能够以较少的用量获得优异的综合性能提升的效果，且粉末的流动性、粉末在导热塑料中的分散性有明显提升。

Description

一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及导热塑料技术领域，具体是一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层及其制备方法。

背景技术

现有技术中，常规导热塑料的传统工艺路线通常会选择一定规格的导热粉末填料填充至工程塑料中，将其制备成具有导热功能的塑料，通常使用角形氧化铝较多，一些场合下也会使用球形氧化铝，为了追求更高的导热效果，满足粉末填充的最佳效果，有时还会选择使用级配过的物料，其中包括亚微米级别的细粉。但是，由于氧化铝有自身带有负电荷，有极高的表面能，且这种特性会随着粉末粒径的降低急剧提高，导致粉末容易团聚，在直接投料时粉末不易流动，同时进行填充后，在加工过程中，塑料基础设备的螺杆会有较大的剪切阻力，不仅增加了加工难度，还会导致设备磨损加剧，并且粉末在塑料中较难分散均匀，从而使制备完成的导热塑料的最终性能距离理论极限值存在一定的差距。

为了解决这一问题，通常会对氧化铝粉末进行进一步加工，目前市场上通常使用硅烷类偶联剂对其进行简单的表面改性和热处理，使得加工过的粉末会与塑料有更好的界面浸润性，体现在制备完成的导热塑料的最终制品上，会一定程度上缩短实际与理论极限值间的差距。

但是，采用上述方法虽然理论上偶联剂能够与粉末和塑料之间形成桥接作用，但大多数情况下，偶联剂实际能够提供的界面之间的相互作用很有限，且硅烷偶联剂投料量较大的情况下，粉末流动性、分散性也没有突破性的提高，因此，如何提高氧化铝亚微米细粉在导热塑料中的分散及界面结合性能成为现有技术亟需解决的问题。所以，本领域技术人员提供了一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层及其制备方法，本发明复合涂层能够以较少的用量获得优异的综合性能提升的效果，且粉末的流动性、粉末在导热塑料中分散性有明显提升，解决了上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层，所述复合涂层按重量百分比包括以下组分：

稀释剂：75～99％

表面能消散剂：0.1～5％

粘合剂：1～5％

成膜剂：0.5～10％。

作为本发明进一步的方案：所述稀释剂为去离子水或去离子水、异丙醇与乙酸的混合溶液。

作为本发明再进一步的方案：所述表面能消散剂为环氧基硅烷偶联剂或含氟硅烷偶联剂中的任意一种或几种的混合。

作为本发明再进一步的方案：所述粘合剂为萜烯树脂或萜烯酚树脂中的任意一种或几种的混合。

作为本发明再进一步的方案：所述成膜剂为醋酸乙烯酯乳液或环氧树脂乳液中的任意一种或几种的混合。

一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层的制备方法，所述复合涂层的具体制备方法包括以下步骤：

S101：原料准备：按配比要求称取所需原料稀释剂、表面能消散剂、粘合剂和成膜剂，备用；

S102：混合液A制作：将稀释剂分成两份，将表面能消散剂投入其中一份稀释剂中，进行混合，搅拌均匀后，得到混合液A，混合液A可进行加热调整温度，冷却放置至室温后备用；

S103：混合液B制作：将粘合剂和成膜剂投入到另一份稀释剂中，混合均匀，得到混合液B；

S104：混合：将上述混合液A和混合液B进行混合，搅拌均匀，得到混合料；

S105：脱除：将上述混合料进行烘干处理，脱除稀释剂后，即得到该复合涂层。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤S105中的烘干方式为加热烘干或真空加热烘干中的任意一种。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤S105中烘干脱除稀释剂的处理，可在将混合料涂覆在氧化铝亚微米细粉上之后再进行。

一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层的制备方法，所述复合涂层的具体制备方法包括以下步骤：

S201：原料准备：按配比要求称取所需原料稀释剂、表面能消散剂、粘合剂和成膜剂，备用；

S202：混合液A制作：将稀释剂分成两份，将表面能消散剂投入其中一份稀释剂中，进行混合，搅拌均匀后，得到混合液A，混合液A可进行加热调整温度，冷却放置至室温后备用；

S203：涂覆：将上述混合液A直接涂抹在或浸渍在氧化铝亚微米细粉上，再进行加热烘干或真空加热烘干脱除稀释剂；

S204：混合液B制作：将粘合剂和成膜剂投入到另一份稀释剂中，混合均匀，得到混合液B；

S205：二次涂覆：将混合液B通过加热烘干或真空加热烘干方式脱除稀释剂后，将其涂抹或浸渍在上述涂有混合液A的氧化铝亚微米细粉上，再次进行脱除稀释剂处理，即得到该复合涂层。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开了一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层及其制备方法，本发明复合涂层通过表面能消散剂降低氧化铝亚微米细粉的表面能，减少或消除粉末间的吸附、团聚、结块现象；以粘合剂提高细粉在导热塑料中的分散效果及其与塑料基体的界面结合力；以成膜剂作为表面能消散剂和粘合剂的载体；以稀释剂作为分散、浸润、均化以上三种有效成分分散体系，对粉末能进行方便的浸润、均化，具有优秀的可加工性；并且在完全脱除稀释剂后，能够将复合涂层牢固的粘结粉末和导热塑料，本发明复合涂层不仅能够提高导热塑料的力学性能，同时能够提高填料在塑料中的分散性，达到制备高力学性能的纤维填充型热塑性改性塑料的目的，解决了传统偶联剂加工粉末的工艺不易均匀分散，无法突破性提高导热塑料力学性能的问题；

本发明制备方法简单，操作便利，成本较低，适宜广泛推广，本发明能够以较少的用量获得优异的综合性能提升的效果，且粉末的流动性、粉末在导热塑料中分散性有明显提升。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中，

一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层，复合涂层按重量百分比包括以下组分：

稀释剂：75～99％

表面能消散剂：0.1～5％

粘合剂：1～5％

成膜剂：0.5～10％。

进一步的，稀释剂为去离子水或去离子水、异丙醇与乙酸的混合溶液，具有廉价、应用范围广、安全低毒毒的特点，并且易于烘干或冷凝回收。

再进一步的，表面能消散剂为环氧基硅烷偶联剂或含氟硅烷偶联剂中的任意一种或几种的混合，表面能消散剂在本发明中对降低氧化铝亚微米细粉的表面能、消散氧化铝自身电荷起到了至关重要的作用，是由于含氟硅烷能有效消散电荷，但是因为应用体系的不同，表面能过低会导致含氟硅烷形成的表面涂层与体系不浸润，为了改善浸润性，必须配合含环氧基的硅烷，因为环氧基硅烷有着独特的油水两亲性，所以配合使用时能够与大多数体系有出色的相容性。

再进一步的，粘合剂为萜烯树脂或萜烯酚树脂中的任意一种或几种的混合，粘合剂选用能够溶于水的水溶性树脂或水乳液形式的树脂，为粉末和导热塑料基体进行粘合时能够提供强大的粘结力，由于树脂难以直接对粉末进行涂敷加工，并且难以添加到导热塑料中，为此需要粘合剂组分配合成膜剂组分一起使用，以便粘合剂组分能够伴随成膜剂一起均匀分散，方便加工；在粉末涂敷复合涂层之后，用于制备导热塑料时，由于注塑成型时会由注塑机产生的强大压力，使最终的成品质地致密，成品自身的结构强度和压力能够有效的引发粘合剂的自身特性，体现出粘合剂的强大粘结力，将粉末和塑料牢固的结合，消除粉末和塑料间的间隙。

再进一步的，成膜剂为醋酸乙烯酯乳液或环氧树脂乳液中的任意一种或几种的混合，醋酸乙烯酯乳液、环氧树脂乳液能够通过加热、风干等方式脱除溶剂，剩余的树脂会自动熔融或流平，形成一层致密均匀的树脂薄膜，一些物质加入到水中可能存在难以长时间悬浮或直接发生沉降的情况，但将其加入树脂乳液中能够有效改善这些物质的分散性，使其能够均匀的分布在乳液系统中，若脱除稀释剂，则这些被投入的物质会随剩余的树脂均匀分布在极薄的树脂薄膜中，另一方面，若后续进行加热，已经形成的致密均匀的树脂薄膜，通常还能够恢复成为具有一定粘度的可流动状态，便于后续的加工，所以成膜剂在本发明中承担着分散、固定其他组分和辅助后续加工的功能。

一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层的制备方法，复合涂层的具体制备方法包括以下步骤：

S101：原料准备：按配比要求称取所需原料稀释剂、表面能消散剂、粘合剂和成膜剂，备用；

S102：混合液A制作：将稀释剂分成两份，将表面能消散剂投入其中一份稀释剂中，进行混合，搅拌均匀后，得到混合液A，混合液A可进行加热调整温度，冷却放置至室温后备用；

S103：混合液B制作：将粘合剂和成膜剂投入到另一份稀释剂中，混合均匀，得到混合液B；

S104：混合：将上述混合液A和混合液B进行混合，搅拌均匀，得到混合料；

S105：脱除：将上述混合料进行烘干处理，脱除稀释剂后，即得到该复合涂层。

再进一步的，步骤S105中的烘干方式为加热烘干或真空加热烘干中的任意一种。

再进一步的，步骤S105中烘干脱除稀释剂的处理，可在将混合料涂覆在氧化铝亚微米细粉上之后再进行。

一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层的制备方法，复合涂层的具体制备方法包括以下步骤：

S201：原料准备：按配比要求称取所需原料稀释剂、表面能消散剂、粘合剂和成膜剂，备用；

S202：混合液A制作：将稀释剂分成两份，将表面能消散剂投入其中一份稀释剂中，进行混合，搅拌均匀后，得到混合液A，混合液A可进行加热调整温度，冷却放置至室温后备用；

S203：涂覆：将上述混合液A直接涂抹在或浸渍在氧化铝亚微米细粉上，再进行加热烘干或真空加热烘干脱除稀释剂；

S204：混合液B制作：将粘合剂和成膜剂投入到另一份稀释剂中，混合均匀，得到混合液B；

S205：二次涂覆：将混合液B通过加热烘干或真空加热烘干方式脱除稀释剂后，将其涂抹或浸渍在上述涂有混合液A的氧化铝亚微米细粉上，再次进行脱除稀释剂处理，即得到该复合涂层。

再进一步的，复合涂层的具体使用方法为：将氧化铝亚微米细粉浸泡在调配好的复合涂层中，再通过挤压、烘干等方式，使粉末表面保留所需要的重量，即得到待使用粉末，待使用粉末可用于制备导热塑料。

实施例1

配方：稀释剂82％、表面能消散剂5％、粘合剂3％和成膜剂10％。

其中，稀释剂为乙酸调整pH＝3.5的45％异丙醇水溶液，表面能消散剂为含氟硅烷，粘合剂为萜烯树脂乳液和萜烯酚树脂乳液，混合比例为1：3；成膜剂为醋酸乙烯酯乳液。

制备方法：

S101：原料准备：按配比要求称取所需原料稀释剂、表面能消散剂、粘合剂和成膜剂，备用；

S102：混合液A制作：将稀释剂分成两份，将表面能消散剂投入其中一份稀释剂中，进行混合，搅拌均匀后，得到混合液A，混合液A可进行加热调整温度，冷却放置至室温后备用；

S103：混合液B制作：将粘合剂和成膜剂投入到另一份稀释剂中，混合均匀，得到混合液B；

S104：混合：将上述混合液A和混合液B进行混合，搅拌均匀，得到混合料；

S105：脱除：将上述混合料进行烘干处理，以完全脱除稀释剂后的有效成分总质量分数0.6％的比例浸渍D50＝0.8μm的角形氧化铝亚微米细粉，烘干后，即得到该复合涂层。

实验分析：将处理好的氧化铝亚微米细粉添加至某60％氧化铝填充量具PA6导热塑料中，对导热塑料各性能进行测试，与普通氧化铝处理工艺相比，在其他性能持平的前提下，相同设备中氧化铝粉末在挤出机投料时粉末堆积现象明显减少，同时制备出的导热塑料拉伸强度由85.2MPa提升至96.8MPa，提升幅度为13.61％；冲击强度由7.17kJ/m2提升至8.42kJ/m2，提升幅度为17.43％；在观察试样断口时，粉末分布均匀，且粉末与塑料基体间结合紧密。

实施例2

配方：稀释剂89％、表面能消散剂2％、粘合剂2％和成膜剂7％。

其中，稀释剂为乙酸调整pH＝5的65％异丙醇水溶液，表面能消散剂为环氧基硅烷和含氟硅烷的混合物，混合比例为5：1，粘合剂为萜烯酚树脂乳液，成膜剂为环氧树脂乳液。

制备方法：

S101：原料准备：按配比要求称取所需原料稀释剂、表面能消散剂、粘合剂和成膜剂，备用；

S102：混合液A制作：将稀释剂分成两份，将表面能消散剂投入其中一份稀释剂中，进行混合，搅拌均匀后，得到混合液A，混合液A可进行加热调整温度，冷却放置至室温后备用；

S103：混合液B制作：将粘合剂和成膜剂投入到另一份稀释剂中，混合均匀，得到混合液B；

S104：混合：将上述混合液A和混合液B进行混合，搅拌均匀，得到混合料；

S105：脱除：将上述混合料进行烘干处理，以完全脱除稀释剂后的有效成分总质量分数1.0％的比例浸渍D50＝0.6μm的球形氧化铝亚微米细粉，烘干后，即得到该复合涂层。

实验分析：将处理好的氧化铝亚微米细粉添加至某50％氧化铝填充量具PP导热塑料中，对导热塑料各性能进行测试，与普通氧化铝处理工艺相比，在其他性能持平的前提下，相同设备中氧化铝粉末在挤出机投料时粉末堆积现象明显减少，同时制备出的导热塑料拉伸强度由18.3MPa提升至20.5MPa，提升幅度为12.02％；冲击强度由3.39kJ/m2提升至3.87kJ/m2，提升幅度为14.16％；在观察试样断口时，粉末分布均匀，且粉末与塑料基体间结合紧密。

实施例3

配方：稀释剂94％、表面能消散剂3.3％、粘合剂1％和成膜剂1.7％。

其中，稀释剂为乙酸调整pH＝4.5的85％异丙醇水溶液，表面能消散剂为环氧基硅烷和含氟硅烷的混合物，混合比例为7：3，粘合剂为萜烯酚树脂乳液，成膜剂为环氧树脂乳液。

制备方法：

S201：原料准备：按配比要求称取所需原料稀释剂、表面能消散剂、粘合剂和成膜剂，备用；

S202：混合液A制作：将稀释剂分成两份，将表面能消散剂投入其中一份稀释剂中，进行混合，搅拌均匀后，得到混合液A，混合液A可进行加热调整温度，冷却放置至室温后备用；

S203：涂覆：将上述混合液A直接涂抹在或浸渍在氧化铝亚微米细粉上，再进行加热烘干或真空加热烘干脱除稀释剂；

S204：混合液B制作：将粘合剂和成膜剂投入到另一份稀释剂中，混合均匀，得到混合液B；

S205：二次涂覆：将混合液B通过加热烘干或真空加热烘干方式脱除稀释剂后，将其涂抹或浸渍在上述涂有混合液A的氧化铝亚微米细粉上，再次进行脱除稀释剂处理，以完全脱除稀释剂后的有效成分总质量分数0.12％的比例浸渍在球形氧化铝亚微米细粉上，烘干，即得到该复合涂层。

实验分析：将处理好的氧化铝亚微米细粉添加至某58％氧化铝填充量具PA6导热塑料中，对导热塑料各性能进行测试，与普通氧化铝处理工艺相比，在其他性能持平的前提下，相同设备中氧化铝粉末在挤出机投料时粉末堆积现象明显减少，同时制备出的导热塑料拉伸强度和冲击强度均提升至10％以上；在观察试样断口时，粉末分布均匀，且粉末与塑料基体间结合紧密。

由此可知，本发明复合涂层能够提高氧化铝亚微米细粉再导热塑料中的分散性及界面结合性能，在导热塑料的加工过程中，使用复合涂层能够使粉末顺利投料，避免粉末堆积，同时能填补粉末与塑料之间的缝隙，并且有较强的粘合作用，从而提高导热塑料的力学性能，与传统方法相比尤其抗冲击和抗弯折性能有显著提高，还能够确保粉末在塑料中均匀分布，使导热塑料的整体性能多方面的提高。

综上所述，本发明复合涂层应用到导热塑料领域，可以使材料具有更加优异的力学性能，相较于传统偶联剂加工粉末的工艺不易均匀分散使导热塑料有力学性能突破性提高的情况，本发明复合涂层能够以较少的用量获得优异的综合性能提升的效果，其力学性能指标提升幅度至少10％，且粉末的流动性、粉末在导热塑料中的分散性有明显提升。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层，其特征在于：所述复合涂层按重量百分比包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层，其特征在于：所述稀释剂为去离子水或去离子水、异丙醇与乙酸的混合溶液。

3.根据权利要求1所述的一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层，其特征在于：所述表面能消散剂为环氧基硅烷偶联剂或含氟硅烷偶联剂中的任意一种或几种的混合。

4.根据权利要求1所述的一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层，其特征在于：所述粘合剂为萜烯树脂或萜烯酚树脂中的任意一种或几种的混合。

5.根据权利要求1所述的一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层，其特征在于：所述成膜剂为醋酸乙烯酯乳液或环氧树脂乳液中的任意一种或几种的混合。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层的制备方法，其特征在于：所述复合涂层的具体制备方法包括以下步骤：

S101：原料准备：按配比要求称取所需原料稀释剂、表面能消散剂、粘合剂和成膜剂，备用；

S102：混合液A制作：将稀释剂分成两份，将表面能消散剂投入其中一份稀释剂中，进行混合，搅拌均匀后，得到混合液A，混合液A可进行加热调整温度，冷却放置至室温后备用；

S103：混合液B制作：将粘合剂和成膜剂投入到另一份稀释剂中，混合均匀，得到混合液B；

S104：混合：将上述混合液A和混合液B进行混合，搅拌均匀，得到混合料；

S105：脱除：将上述混合料进行烘干处理，脱除稀释剂后，即得到该复合涂层。

7.根据权利要求6中所述的一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤S105中的烘干方式为加热烘干或真空加热烘干中的任意一种。

8.根据权利要求6中所述的一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤S105中烘干脱除稀释剂的处理，可在将混合料涂覆在氧化铝亚微米细粉上之后再进行。

9.根据权利要求1～5中任意一项所述的一种提高填料在导热塑料中性能的复合涂层的制备方法，其特征在于：所述复合涂层的具体制备方法包括以下步骤：

S201：原料准备：按配比要求称取所需原料稀释剂、表面能消散剂、粘合剂和成膜剂，备用；

S202：混合液A制作：将稀释剂分成两份，将表面能消散剂投入其中一份稀释剂中，进行混合，搅拌均匀后，得到混合液A，混合液A可进行加热调整温度，冷却放置至室温后备用；

S203：涂覆：将上述混合液A直接涂抹在或浸渍在氧化铝亚微米细粉上，再进行加热烘干或真空加热烘干脱除稀释剂；

S204：混合液B制作：将粘合剂和成膜剂投入到另一份稀释剂中，混合均匀，得到混合液B；

S205：二次涂覆：将混合液B通过加热烘干或真空加热烘干方式脱除稀释剂后，将其涂抹或浸渍在上述涂有混合液A的氧化铝亚微米细粉上，再次进行脱除稀释剂处理，即得到该复合涂层。