CN114854070B - 一种导热bopp薄膜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导热BOPP薄膜。本发明公开了上述导热BOPP薄膜制备方法,包括如下步骤:采用乙醇降低体系表面张力,对石墨烯进行分散,再加入4,4‑二氨基二苯醚、均苯四甲酸二酐进行缩聚反应,然后与水性聚氨酯混合得到石墨烯/聚氨酯复合分散液;将BOPP膜经过去离子水、丙酮清洗去除表面杂质,干燥后浸没至过硫酸铵水溶液中,采用紫外光高压汞灯光照2‑6min,光强为8000‑9000μw/cm2,λ为254nm,然后置于水中浸泡得到表面活化BOPP膜;采用均胶机将石墨烯/聚氨酯复合分散液旋涂在表面活化BOPP膜表面,热风干燥,然后清洗,干燥得到导热BOPP薄膜。
Description
技术领域
本发明涉及BOPP薄膜技术领域,尤其涉及一种导热BOPP薄膜及其制备方法。
背景技术
聚丙烯树脂无毒无味,是所有塑料树脂中最轻的一种,电绝缘性好,耐电压,成型制品较容易,多应用于食品、工业制品及各种生活日用品的包装,各种电器元件的包装等。由于聚丙烯易于加工成型,拉伸取向容易,多通过拉伸加工成双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜,这种薄膜的光学性能好、机械强度高,多应用于制备电工膜、微孔膜等高附加值功能性膜中,在电子、水处理、日化、光学等领域被广泛应用。
塑料双向拉伸的原理是将聚合物片材在其玻璃化温度以上、熔点以下的温度范围内预热后,使用拉伸机在其纵向和横向方向上施加一定外力,使得分子链沿拉伸方向取向并有序排列,然后通过热定型、冷却固定分子结构,从而制得双向拉伸薄膜。聚丙烯经双向拉伸形成BOPP薄膜的力学性能得到显著提高,透明度、热学性能、阻隔性能等均发生一定的变化,更能满足多领域的需求。
石墨烯作为一种具有独特性能的碳纳米材料,将其与聚合物复合可以改善聚合物自身的力学、电学等性能,已在多个领域有所应用。石墨烯的片层数对石墨烯的性能发挥影响极大,但石墨烯自身的结构特性使其极易发生再次堆叠,将石墨烯应用在BOPP薄膜中,易产生结构缺陷,导热性能提高受限,同时力学性能也满足不了要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提出的一种导热BOPP薄膜及其制备方法。
一种导热BOPP薄膜制备方法,包括如下步骤:
S1、采用乙醇降低体系表面张力,对石墨烯进行分散,再加入4,4-二氨基二苯醚、均苯四甲酸二酐进行缩聚反应,然后与水性聚氨酯混合得到石墨烯/聚氨酯复合分散液;
S2、将BOPP膜经过去离子水、丙酮清洗去除表面杂质,干燥后浸没至过硫酸铵水溶液中,采用紫外光高压汞灯光照2-6min,光强为8000-9000μw/cm2,λ为254nm,然后置于水中浸泡得到表面活化BOPP膜;
S3、采用均胶机将石墨烯/聚氨酯复合分散液旋涂在表面活化BOPP膜表面,热风干燥,然后清洗,干燥得到导热BOPP薄膜。
优选地,S1中的具体操作如下:将乙醇、聚乙烯吡咯烷酮、水混合均匀,加入石墨烯超声剥离处理1-2h,离心,取上清液,加入4,4-二氨基二苯醚、均苯四甲酸二酐反应1-2h,加入水性聚氨酯分散均匀得到石墨烯/聚氨酯复合分散液。
优选地,S1中,聚乙烯吡咯烷酮、石墨烯、4,4-二氨基二苯醚、均苯四甲酸二酐、水性聚氨酯的质量比为1-3:1-5:1-3:1-2:1-5。
优选地,S1中,离心速度为10000-12000r/min,离心时间为2-5min。
优选地,S2中,过硫酸铵水溶液的质量分数为10-16%。
优选地,S2中,水中浸泡温度为30-50℃,水中浸泡时间为1-2min。
优选地,S3中,热风干燥温度为40-60℃,热风干燥时间为5-10h,
优选地,S3中,依次采用水、丙酮、乙醇进行清洗。
上述导热BOPP薄膜,采用上述导热BOPP薄膜制备方法制得。
本发明的技术效果如下所示:
(1)由于石墨烯为疏水结构,直接加入水中难以形成分散液,本发明采用乙醇降低体系的表面张力,然后对石墨烯进行超声分散,使分散后石墨烯与水性聚氨酯配合,相互间相容性好,如果直接采用石墨烯与水性聚氨酯进行成膜,聚氨酯粒子相互靠近融合从而形成聚合物连续薄膜,但这会严重影响石墨烯导热网络的形成。
(2)本发明首先向石墨烯分散液中加入4,4-二氨基二苯醚、均苯四甲酸二酐进行缩聚反应,石墨烯被大分子链隔开,体系不仅粘度增高,再与水性聚氨酯复配成膜,可有效阻止聚氨酯粒子相互靠近,不仅薄膜力学性能好,而且石墨烯的导热网络不受影响,导热性能优异。
(3)本发明在紫外光的照射下,通过过硫酸铵将硫酸根基团引入到BOPP膜的表面,然后经过水解后使BOPP膜羟基化,与4,4-二氨基二苯醚、均苯四甲酸二酐缩聚后产物结构上的羧基进一步结合,相互间结合强度高不易脱落。
(4)本发明通过在BOPP薄膜上引入石墨烯导热网络,不仅导热性能极好,而且可有效避免界面分离现象的产生,有效保证导热过程的顺利进行。
附图说明
图1为实施例5和对比例1-2所得导热BOPP薄膜的机械性能对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
一种导热BOPP薄膜制备方法,包括如下步骤:
S1、将10kg乙醇、1kg聚乙烯吡咯烷酮、5kg水混合均匀,加入1kg石墨烯,超声剥离处理1h,以10000r/min的速度离心2min,取上清液,加入1kg 4,4-二氨基二苯醚、1kg均苯四甲酸二酐反应1h,加入1kg水性聚氨酯分散均匀得到石墨烯/聚氨酯复合分散液;
S2、将BOPP膜经过去离子水、丙酮清洗去除表面杂质,干燥后浸没至质量分数为10%过硫酸铵水溶液中,采用紫外光高压汞灯光照2min,光强为8000μw/cm2,λ为254nm,然后置于30℃水中浸泡1min,得到表面活化BOPP膜;
S3、采用均胶机将石墨烯/聚氨酯复合分散液旋涂在表面活化BOPP膜表面,40℃烘箱中放置5h,然后依次经过水、丙酮、乙醇清洗,干燥得到导热BOPP薄膜。
实施例2
一种导热BOPP薄膜制备方法,包括如下步骤:
S1、将20kg乙醇、3kg聚乙烯吡咯烷酮、15kg水混合均匀,加入5kg石墨烯,超声剥离处理2h,以12000r/min的速度离心5min,取上清液,加入3kg 4,4-二氨基二苯醚、2kg均苯四甲酸二酐反应2h,加入5kg水性聚氨酯分散均匀得到石墨烯/聚氨酯复合分散液;
S2、将BOPP膜经过去离子水、丙酮清洗去除表面杂质,干燥后浸没至质量分数为16%过硫酸铵水溶液中,采用紫外光高压汞灯光照6min,光强为9000μw/cm2,λ为254nm,然后置于50℃水中浸泡2min,得到表面活化BOPP膜;
S3、采用均胶机将石墨烯/聚氨酯复合分散液旋涂在表面活化BOPP膜表面,60℃烘箱中放置10h,然后依次经过水、丙酮、乙醇清洗,干燥得到导热BOPP薄膜。
实施例3
一种导热BOPP薄膜制备方法,包括如下步骤:
S1、将13kg乙醇、2.5kg聚乙烯吡咯烷酮、8kg水混合均匀,加入4kg石墨烯,超声剥离处理70min,以11500r/min的速度离心3min,取上清液,加入2.5kg 4,4-二氨基二苯醚、1.3kg均苯四甲酸二酐反应110min,加入2kg水性聚氨酯分散均匀得到石墨烯/聚氨酯复合分散液;
S2、将BOPP膜经过去离子水、丙酮清洗去除表面杂质,干燥后浸没至质量分数为14%过硫酸铵水溶液中,采用紫外光高压汞灯光照3min,光强为8800μw/cm2,λ为254nm,然后置于35℃水中浸泡1.7min,得到表面活化BOPP膜;
S3、采用均胶机将石墨烯/聚氨酯复合分散液旋涂在表面活化BOPP膜表面,45℃烘箱中放置8h,然后依次经过水、丙酮、乙醇清洗,干燥得到导热BOPP薄膜。
实施例4
一种导热BOPP薄膜制备方法,包括如下步骤:
S1、将17kg乙醇、1.5kg聚乙烯吡咯烷酮、12kg水混合均匀,加入2kg石墨烯,超声剥离处理110min,以10500r/min的速度离心4min,取上清液,加入1.5kg 4,4-二氨基二苯醚、1.7kg均苯四甲酸二酐反应70min,加入4kg水性聚氨酯分散均匀得到石墨烯/聚氨酯复合分散液;
S2、将BOPP膜经过去离子水、丙酮清洗去除表面杂质,干燥后浸没至质量分数为12%过硫酸铵水溶液中,采用紫外光高压汞灯光照5min,光强为8200μw/cm2,λ为254nm,然后置于45℃水中浸泡1.3min,得到表面活化BOPP膜;
S3、采用均胶机将石墨烯/聚氨酯复合分散液旋涂在表面活化BOPP膜表面,55℃烘箱中放置6h,然后依次经过水、丙酮、乙醇清洗,干燥得到导热BOPP薄膜。
实施例5
一种导热BOPP薄膜制备方法,包括如下步骤:
S1、将15kg乙醇、2kg聚乙烯吡咯烷酮、10kg水混合均匀,加入3kg石墨烯,超声剥离处理90min,以11000r/min的速度离心3.5min,取上清液,加入2kg 4,4-二氨基二苯醚、1.5kg均苯四甲酸二酐反应90min,加入3kg水性聚氨酯分散均匀得到石墨烯/聚氨酯复合分散液;
S2、将BOPP膜经过去离子水、丙酮清洗去除表面杂质,干燥后浸没至质量分数为13%过硫酸铵水溶液中,采用紫外光高压汞灯光照4min,光强为8500μw/cm2,λ为254nm,然后置于40℃水中浸泡1.5min,得到表面活化BOPP膜;
S3、采用均胶机将石墨烯/聚氨酯复合分散液旋涂在表面活化BOPP膜表面,50℃烘箱中放置7h,然后依次经过水、丙酮、乙醇清洗,干燥得到导热BOPP薄膜。
对比例1
一种导热BOPP薄膜制备方法,包括如下步骤:
S1、将15kg乙醇、2kg聚乙烯吡咯烷酮、10kg水混合均匀,加入3kg石墨烯,超声剥离处理90min,以11000r/min的速度离心3.5min,取上清液,加入3kg水性聚氨酯分散均匀得到石墨烯/聚氨酯复合分散液;
S2、将BOPP膜经过去离子水、丙酮清洗去除表面杂质,干燥后浸没至质量分数为13%过硫酸铵水溶液中,采用紫外光高压汞灯光照4min,光强为8500μw/cm2,λ为254nm,然后置于40℃水中浸泡1.5min,得到表面活化BOPP膜;
S3、采用均胶机将石墨烯/聚氨酯复合分散液旋涂在表面活化BOPP膜表面,50℃烘箱中放置7h,然后依次经过水、丙酮、乙醇清洗,干燥得到导热BOPP薄膜。
对比例2
一种导热BOPP薄膜制备方法,包括如下步骤:
S1、将15kg乙醇、2kg聚乙烯吡咯烷酮、10kg水混合均匀,加入3kg石墨烯,超声剥离处理90min,以11000r/min的速度离心3.5min,取上清液,加入2kg 4,4-二氨基二苯醚、1.5kg均苯四甲酸二酐反应90min,加入3kg水性聚氨酯分散均匀得到石墨烯/聚氨酯复合分散液;
S2、采用均胶机将石墨烯/聚氨酯复合分散液旋涂在BOPP膜表面,50℃烘箱中放置7h,然后依次经过水、丙酮、乙醇清洗,干燥得到导热BOPP薄膜。
对实施例5和对比例1-2所得导热BOPP薄膜进行性能测试,具体如下:
1、机械性能
参照GB/T 1040.3-2006塑料拉伸性能的测定第3部分:薄塑和薄片的试验条件,采用INSTRON 3367型万能拉伸仪进行测试。试样被裁成15mm×100mm的长方形,拉伸采用25mm/min拉伸速率,样品之间的夹离为60mm,测试环境为20℃,相对湿度为65%。
其结果如图1所示,实施例5和对比例1-2采用在BOPP薄膜表面旋涂石墨烯/聚氨酯复合分散液,形成增强层,有效提高拉伸强度,但又由于上述增强层,使BOPP薄膜表现出来更明显的刚性,促使断裂伸长率大幅度地下降。
同时,实施例5在紫外光的照射下,通过过硫酸铵将硫酸根基团引入到BOPP膜的表面,然后经过水解后使BOPP膜羟基化,与4,4-二氨基二苯醚、均苯四甲酸二酐缩聚后产物结构上的羧基进一步结合,相互间结合强度高,不易脱落,表现出更强的拉伸强度和断裂伸长率。
2、导热系数
根据ASTM D 5470-06导热电绝缘材料热传输性能的标准测试方法(薄的热导性固体电绝缘材料传热性能的测试标准)来测试。
其结果如下所示:
导热系数,W/(m×K) | |
实施例5 | 0.7534 |
对比例1 | 0.3053 |
对比例2 | 0.4926 |
通过上表可知:实施例5所得导热BOPP薄膜的导热系数最高,其导热效果最强。
本申请人认为:对比例1是由于采用分散后的石墨烯与水性聚氨酯直接进行成膜,聚氨酯粒子相互靠近融合从而形成聚合物连续薄膜,严重影响石墨烯导热网络的形成,从而导致对比例1的导热系数低。
而对比例2未能通过对BOPP膜进行表面活化,从而使石墨烯/聚氨酯复合分散液不能很好地附着在BOPP膜表面,从而影响导热网络形成,使其导热系数仍劣于实施例5。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种导热BOPP薄膜制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、采用乙醇降低体系表面张力,对石墨烯进行分散,再加入4,4-二氨基二苯醚、均苯四甲酸二酐进行缩聚反应,然后与水性聚氨酯混合得到石墨烯/聚氨酯复合分散液;
S2、将BOPP膜经过去离子水、丙酮清洗去除表面杂质,干燥后浸没至过硫酸铵水溶液中,采用紫外光高压汞灯光照2-6min,光强为8000-9000μw/cm2,λ为254nm,然后置于水中浸泡得到表面活化BOPP膜;
S3、采用均胶机将石墨烯/聚氨酯复合分散液旋涂在表面活化BOPP膜表面,热风干燥,然后清洗,干燥得到导热BOPP薄膜;
S1中的具体操作如下:将乙醇、聚乙烯吡咯烷酮、水混合均匀,加入石墨烯超声剥离处理1-2h,离心,取上清液,加入4,4-二氨基二苯醚、均苯四甲酸二酐反应1-2h,加入水性聚氨酯分散均匀得到石墨烯/聚氨酯复合分散液。
2.根据权利要求1所述导热BOPP薄膜制备方法,其特征在于,S1中,聚乙烯吡咯烷酮、石墨烯、4,4-二氨基二苯醚、均苯四甲酸二酐、水性聚氨酯的质量比为1-3:1-5:1-3:1-2:1-5。
3.根据权利要求1所述导热BOPP薄膜制备方法,其特征在于,S1中,离心速度为10000-12000r/min,离心时间为2-5min。
4.根据权利要求1所述导热BOPP薄膜制备方法,其特征在于,S2中,过硫酸铵水溶液的质量分数为10-16%。
5.根据权利要求1所述导热BOPP薄膜制备方法,其特征在于,S2中,水中浸泡温度为30-50℃,水中浸泡时间为1-2min。
6.根据权利要求1所述导热BOPP薄膜制备方法,其特征在于,S3中,热风干燥温度为40-60℃,热风干燥时间为5-10h。
7.根据权利要求1所述导热BOPP薄膜制备方法,其特征在于,S3中,依次采用水、丙酮、乙醇进行清洗。
8.一种导热BOPP薄膜,其特征在于,采用权利要求1-7任一项所述导热BOPP薄膜制备方法制得。
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