CN115260698B - 一种导热abs及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种导热ABS及其制备方法，属于塑料生产的领域。一种导热ABS，包括以下重量份的原料：ABS树脂45~55份；聚合物改性石墨22~28份；润滑剂1.5~2.5份。一种导热ABS的制备方法，包括以下步骤：将聚四氢呋喃醚二醇溶于二甲基乙酰胺，得到第一溶液，将二苯醚四甲酸二酐溶于二甲基乙酰胺，得到第二溶液，往第一溶液中加入石墨并超声混合，超声，搅拌，搅拌过程中滴加第二溶液，继续搅拌，过滤并收集固体，得到聚合物改性石墨；将ABS树脂、聚合物改性石墨和润滑剂混合均匀，然后熔融，挤出，制得导热ABS。本申请具有获得导热性良好的ABS的效果。
Description
技术领域
本申请涉及塑料生产的领域，尤其是涉及一种导热ABS及其制备方法。
背景技术
ABS塑料是一种三元共聚物，包含三种单体：丙烯腈、丁二烯和苯乙烯，因此也叫丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，广泛应用于在机械、电气、电子电器、纺织和交通运输工具等领域。
ABS塑料的力学性能优良，具体表现为强度高、抗冲击性能好和韧性好，而且电绝缘性良好，电绝缘性不受环境温度、湿度的影响，另外ABS塑料还易于加工成型，基于上述优良的性能，ABS塑料的应用领域不断拓宽，在电子设备领域上也愈发常见，例如作为电子设备的外壳。
然而，ABS的导热性较差，一般只有约0.2W/(m·K)，难以满足高端电子设备对外壳材料的热性能的要求。
发明内容
为了获得导热性良好的ABS，本申请提供一种导热ABS及其制备方法。
第一方面，本申请提供的一种导热ABS采用如下的技术方案：
一种导热ABS，包括以下重量份的原料：
ABS树脂45～55份；
聚合物改性石墨22～28份；
润滑剂1.5～2.5份；
聚合物改性石墨的制备原料包括石墨、聚四氢呋喃醚二醇和2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐，所述石墨、聚四氢呋喃醚二醇和2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐的重量比为10:(3.2～4.8):(1.4～2.4)。
石墨是具有较高导热系数的填料，可以提高ABS的导热性能，但由于石墨与ABS树脂的界面间隙较大，影响导热率，导致对ABS的导热性能提高有限，而且石墨的添加对ABS的力学性能影响较大。
通过采用上述技术方案，采用聚合物改性石墨，利用聚四氢呋喃醚二醇和2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐在石墨表面进行反应形成聚合物，聚合物可以改善石墨与ABS树脂的界面间隙，从而提高ABS的导热性能，并且聚合物提高石墨与ABS树脂的界面结合力，使得ABS的力学性能受到的影响较小，进而使ABS的综合性能更优。
可选的，所述石墨的平均粒径为2.5～4μm。
通过采用上述技术方案，上述粒径尺寸的石墨适于聚合物改性，并且可以良好分散，使得石墨与ABS树脂的相容性较好。
可选的，所述聚四氢呋喃醚二醇的分子量为1000～1200。
通过采用上述技术方案，控制聚四氢呋喃醚二醇的分子量，可以改善石墨表面生成的聚合物与ABS树脂的界面作用，从而平衡ABS的导热性能和力学性能。
可选的，聚合物改性石墨的制备原料还包括聚乙二醇，所述石墨、聚四氢呋喃醚二醇、2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐和聚乙二醇的重量比为10:(3.6～3.8):(2～2.2):(0.7～1)。
通过采用上述技术方案，用于石墨改性的聚合物中添加聚乙二醇，通过柔性的聚乙二醇来替代部分聚四氢呋喃醚二醇，使得石墨与ABS树脂的界面间隙进一步减小，更加提高ABS的导热性能。
可选的，所述聚乙二醇的分子量为600～800。
通过采用上述技术方案，控制聚乙二醇的分子量，使得ABS的导热性能更优。
可选的，导热ABS的原料还包括重量份为8.8～9.5份的乙烯-丙烯酸甲酯共聚物。
通过采用上述技术方案，当石墨表面聚合物结合有聚乙二醇时，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物与石墨表面聚合物相容性较好，有助于提高ABS的导热性能和力学性能。
可选的，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺。
第二方面，本申请提供的一种导热ABS的制备方法采用如下的技术方案：
一种导热ABS的制备方法，包括以下步骤：
制备聚合物改性石墨：将聚四氢呋喃醚二醇溶于N,N-二甲基乙酰胺，加入磷酸调节pH至5.5～6，得到第一溶液，将2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐溶于N,N-二甲基乙酰胺，得到第二溶液，往第一溶液中加入石墨并超声混合，超声结束后进行搅拌混合，搅拌过程中滴加第二溶液，滴加完毕后继续搅拌，过滤并收集固体，干燥，得到聚合物改性石墨；
制备导热ABS：将ABS树脂、聚合物改性石墨和润滑剂混合均匀，然后熔融，挤出，制得导热ABS。
通过采用上述技术方案，采用滴加2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐的方式实现在石墨表面反应形成聚合物，使得聚合物在石墨表面成型更加均匀，从而提高ABS的导热性能和力学性能。
可选的，S1步骤中，第一溶液还溶有聚乙二醇，所述石墨、聚四氢呋喃醚二醇、2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐和聚乙二醇的重量比为10:(3.2～3.7):(2～2.2):(0.6～0.9)。
可选的，S2步骤中，还加入乙烯-丙烯酸甲酯共聚物与ABS树脂、聚合物改性石墨和润滑剂混合，所述乙烯-甲基丙烯酸酯的重量份为8.8～9.5份。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请采用聚合物改性石墨，利用聚四氢呋喃醚二醇和2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐在石墨表面进行反应形成聚合物，聚合物可以改善石墨与ABS树脂的界面间隙，从而提高ABS的导热性能，并且聚合物提高石墨与ABS树脂的界面结合力，使得ABS的力学性能受到的影响较小，进而使ABS的综合性能更优。
2、本申请的ABS原料中还加入有乙烯-丙烯酸甲酯共聚物，聚合物改性石墨原料中还加入有聚乙二醇，对石墨与ABS树脂的界面作用均有促进效果，从而改善ABS的导热性能和力学性能。
具体实施方式
以下对本申请作进一步详细说明。
实施例
实施例1
聚合物改性石墨的制备方法：
称取石墨1kg、聚四氢呋喃醚二醇0.32kg、2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐0.14kg；石墨的平均粒径为2.5μm，聚四氢呋喃醚二醇的分子量为1000。
将聚四氢呋喃醚二醇溶于4.5L N,N-二甲基乙酰胺，加入磷酸调节pH至5.5，得到第一溶液，将2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐溶于500mL N,N-二甲基乙酰胺，得到第二溶液，往第一溶液中加入石墨并超声混合45min，超声结束后在80℃下进行搅拌混合，搅拌过程中滴加第二溶液，1h滴加完毕后继续搅拌2h，过滤并收集固体，60℃下干燥1h，得到聚合物改性石墨。
经过多次制备并收集聚合物改性石墨，使聚合物改性石墨能满足制备导热ABS的用量。
导热ABS的制备方法：
称取ABS树脂4.5kg、聚合物改性石墨2.2kg、润滑剂0.15kg；ABS选用沙特基础工业公司的ABS MG47，润滑剂为乙撑双硬脂酰胺。
将ABS树脂、聚合物改性石墨和润滑剂加入高速混合机中混合10min，得到混合料，然后将混合料加入双螺杆挤出机中190℃熔融，挤出，制得导热ABS。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的导热ABS的原料配比不同。
具体的，导热ABS的原料为：ABS树脂5.5kg、聚合物改性石墨2.8kg、润滑剂0.25kg。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的导热ABS的原料配比不同。
具体的，导热ABS的原料为：ABS树脂5.2kg、聚合物改性石墨2.5kg、润滑剂0.18kg。
实施例4
本实施例与实施例3的区别在于，本实施例的聚合物改性石墨的制备原料不同。
具体的，石墨1kg、聚四氢呋喃醚二醇0.48kg、2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐0.24kg；石墨的平均粒径为4μm，聚四氢呋喃醚二醇的分子量为1000。
另外第一溶液用磷酸调节pH至6，第二溶液滴加于第一溶液时的温度为70℃。
实施例5
本实施例与实施例3的区别在于，本实施例的聚合物改性石墨的制备原料不同。
具体的，石墨1kg、聚四氢呋喃醚二醇0.43kg、2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐0.18kg；石墨的平均粒径为2.5μm，聚四氢呋喃醚二醇的分子量为1000。
实施例6
本实施例与实施例5的区别在于，本实施例的聚合物改性石墨的制备方法中，聚四氢呋喃醚二醇的分子量为1200。
实施例7
本实施例与实施例5的区别在于，本实施例的聚合物改性石墨的制备方法中，还加入有聚乙二醇，聚乙二醇的分子量为600，聚乙二醇的加入量为0.06kg，聚四氢呋喃醚二醇的加入量为0.37kg，2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐的加入量为0.2kg。
具体为：将聚四氢呋喃醚二醇和聚乙二醇溶于4.5L N,N-二甲基乙酰胺，加入磷酸调节pH至5.5，得到第一溶液，将2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐溶于500mL N,N-二甲基乙酰胺，得到第二溶液，往第一溶液中加入石墨并超声混合45min，超声结束后在80℃下进行搅拌混合，搅拌过程中滴加第二溶液，1h滴加完毕后继续搅拌2h，过滤并收集固体，干燥，得到聚合物改性石墨。
实施例8
本实施例与实施例7的区别在于，本实施例的聚合物改性石墨的制备方法中，聚乙二醇的加入量为0.09kg，聚乙二醇的分子量为800，聚四氢呋喃醚二醇的加入量为0.32kg，2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐的加入量为0.22kg。
实施例9
本实施例与实施例5的区别在于，本实施例的导热ABS的制备方法中，还加入有乙烯-丙烯酸甲酯共聚物0.88kg，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物选用法国阿科玛AX8900。
具体为：将ABS树脂、聚合物改性石墨、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和润滑剂加入高速混合机中混合10min，得到混合料，然后将混合料加入双螺杆挤出机中190℃熔融，挤出，制得导热ABS。
实施例10
本实施例与实施例9的区别在于，本实施例的聚合物改性石墨的制备方法中，还加入有乙烯-丙烯酸甲酯共聚物0.95kg。
实施例11
本实施例与实施例5的区别在于，本实施例的聚合物改性石墨的制备方法中，还加入有聚乙二醇，聚乙二醇的分子量为600，聚乙二醇的加入量为0.06kg，聚四氢呋喃醚二醇的加入量为0.37kg，2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐的加入量为0.2kg。
具体为：将聚四氢呋喃醚二醇和聚乙二醇溶于4.5L N,N-二甲基乙酰胺，加入磷酸调节pH至5.5，得到第一溶液，将2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐溶于500mL N,N-二甲基乙酰胺，得到第二溶液，往第一溶液中加入石墨并超声混合45min，超声结束后在80℃下进行搅拌混合，搅拌过程中滴加第二溶液，1h滴加完毕后继续搅拌2h，过滤并收集固体，干燥，得到聚合物改性石墨。
本实施例的导热ABS的制备方法中，还加入有乙烯-丙烯酸甲酯共聚物0.95kg，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物选用法国阿科玛AX8900。
具体为：将ABS树脂、聚合物改性石墨、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和润滑剂加入高速混合机中混合10min，得到混合料，然后将混合料加入双螺杆挤出机中190℃熔融，挤出，制得导热ABS。
实施例12
本实施例与实施例7的区别在于，本实施例的聚合物改性石墨的制备方法中，还加入有甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物0.95kg，甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物选用LG化学MB885。
具体为：将ABS树脂、聚合物改性石墨、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物和润滑剂加入高速混合机中混合10min，得到混合料，然后将混合料加入双螺杆挤出机中熔融，挤出温度200℃挤出，制得导热ABS。
对比例
对比例1
本对比例与实施例3的区别在于，本对比例不设置聚合物改性石墨的制备，用等量的石墨替代导热ABS的制备方法中的聚合物改性石墨。
对比例2
本对比例与实施例3的区别在于，本实施例的聚合物改性石墨的制备方法中，不加入2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐。
具体为：将聚四氢呋喃醚二醇溶于4.5L N,N-二甲基乙酰胺，加入磷酸调节pH至5.5，得到第一溶液，往第一溶液中加入石墨并超声混合45min，超声结束后在80℃下进行搅拌混合2h，过滤并收集固体，干燥，得到聚合物改性石墨。
性能测试
导热系数测试：将各个实施例和对比例的导热ABS制成长20mm、宽20mm、厚5mm的试样，用导热系数测定仪进行测试，测试结果如表1所示。
拉伸强度测试：根据GB/T 1040-1992《塑料拉伸试验方法》，将各个实施例和对比例的导热ABS制成Ⅰ型试样，以10mm/min的速率进行拉伸强度测试，测试结果如表1所示。
冲击强度测试：根据GB/T 1043—1993《硬质塑料简支梁冲击试验方法》，将各个实施例和对比例的导热ABS制成1型试样，缺口类型A型，进行缺口试样简支梁冲击强度测试，测试结果如表1所示。
表1
如表1所示，对比例1采用不经改性的石墨加入ABS树脂中，与对比例1相比，实施例1-6由于采用了经聚合物改性的石墨，实施例1-6的导热系数明显提高，而且拉伸强度和冲击强度也有所提高，说明聚合物改性石墨填充于ABS树脂，可以获得具有良好导热性能和力学性能的导热ABS。
与对比例2相比，实施例3也具有更高的导热系数、拉伸强度和冲击强度，说明聚四氢呋喃醚二醇与2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐的反应结合才能对石墨表面改性，从而改善石墨与ABS树脂的界面性质。
与实施例5相比，实施例7-8由于加入聚乙二醇来制备聚合物改性石墨，可以看到ABS的导热系数进一步提高，导热性能更优。
与实施例5相比，实施例9-10由于在ABS体系中加入乙烯-丙烯酸甲酯共聚物，可以看到ABS的冲击强度提高，即韧性增强，但拉伸强度有所下降。
与实施例5相比，实施例11由于加入聚乙二醇来制备聚合物改性石墨，并且在ABS体系中加入乙烯-丙烯酸甲酯共聚物，可以看到ABS的导热系数和冲击强度均提高，且拉伸强度的下降幅度收窄，因此ABS的导热性能和力学性能更佳平衡。
与实施例11相比，实施例12采用甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物替代乙烯-丙烯酸甲酯共聚物，可以看到ABS的冲击强度提高，但是未能起到导热系数和拉伸强度提高的作用。
本具体实施方式仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本具体实施方式做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种导热ABS，其特征在于：包括以下重量份的原料：
ABS树脂 45~55份；
聚合物改性石墨 22~28份；
润滑剂 1.5~2.5份；
聚合物改性石墨的制备原料包括石墨、聚四氢呋喃醚二醇和2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐，所述石墨、聚四氢呋喃醚二醇和2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐的重量比为10:(3.2~4.8):(1.4~2.4)。
2.根据权利要求1所述的一种导热ABS，其特征在于：所述石墨的平均粒径为2.5~4μm。
3.根据权利要求1所述的一种导热ABS，其特征在于：所述聚四氢呋喃醚二醇的分子量为1000~1200。
4.根据权利要求1所述的一种导热ABS，其特征在于：聚合物改性石墨的制备原料还包括聚乙二醇，所述石墨、聚四氢呋喃醚二醇、2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐和聚乙二醇的重量比为10:(3.2~3.7):(2~2.2):(0.6~0.9)。
5.根据权利要求4所述的一种导热ABS，其特征在于：所述聚乙二醇的分子量为600~800。
6.根据权利要求4所述的一种导热ABS，其特征在于：导热ABS的原料还包括重量份为8.8~9.5份的乙烯-丙烯酸甲酯共聚物。
7.根据权利要求1所述的一种导热ABS，其特征在于：所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺。
8.一种导热ABS的制备方法，其特征在于：用于制备权利要求1-7任一所述的导热ABS，包括以下步骤：
S1步骤：制备聚合物改性石墨：将聚四氢呋喃醚二醇溶于N,N-二甲基乙酰胺，加入磷酸调节pH至5.5~6，得到第一溶液，将2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐溶于N,N-二甲基乙酰胺，得到第二溶液，往第一溶液中加入石墨并超声混合，超声结束后进行搅拌混合，搅拌过程中滴加第二溶液，滴加完毕后继续搅拌，过滤并收集固体，干燥，得到聚合物改性石墨；
S2步骤：制备导热ABS：将ABS树脂、聚合物改性石墨和润滑剂混合均匀，然后熔融，挤出，制得导热ABS。
9.根据权利要求8所述的一种导热ABS的制备方法，其特征在于：S1步骤中，第一溶液还溶有聚乙二醇，所述石墨、聚四氢呋喃醚二醇、2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐和聚乙二醇的重量比为10:(3.2~3.7):(2~2.2):(0.6~0.9)。
10.根据权利要求8所述的一种导热ABS的制备方法，其特征在于：S2步骤中，还加入乙烯-丙烯酸甲酯共聚物与ABS树脂、聚合物改性石墨和润滑剂混合，所述乙烯-甲基丙烯酸酯的重量份为8.8~9.5份。
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