掺杂碳酸钙聚烯烃导热复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高分子功能复合材料技术领域，特别是指一种掺杂碳酸钙的聚烯烃导 热复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 相对于钢制、铁制等金属管材而言，塑料管材具有耐腐蚀性强、质轻、卫生安全、水 流阻力小、对水质PH值无要求等优点，在上下水管道、燃气管道、地板采暖管道等产业中广 泛应用。在众多聚烯烃塑料管材中，无规共聚聚丙烯（PPR)和耐热聚乙烯（PERT)树脂的性 能较优，应用也较广泛。PPR在上水管、淡水输送管、加热系统管、化学物质输送管、农林灌 溉管等管材的发展中占有举足轻重的地位。PPR管可以应用在工作温度为60-70°C的冷热 水供应，工作温度为30-70°C的地板采暖和融雪系统等领域，是适用于现代民用建筑管道和 工业用管道系统的绿色环保产品。PERT管材具有较强的耐热性能、持久的耐静压强度、优 良的抗冲击强度、稳定的加工性能、可回收利用、可熔接等特点，是较理想的地板辐射采暖 管材。但是，用于制造塑料管材的聚合物热导率低，通过降低管道壁厚或增大管道长度和表 面积的方法来提高导热效率，会导致管道强度降低且增加成本。因此，有必要在此聚合物的 基础上对聚合物材料进行导热填充改性，以提高其热导率。有研宄表明：若塑料管的热导率 多lWAm*K)时，在地源热泵系统中，导热管比普通管单位管长的换热能力在冬夏季制冷制 热工作下提高幅度均在15%以上。
[0003] 用于改进聚合物导热性能的填料一般有氮化物，例如氮化硼（BN)、氮化硅 (Si3N4)、氮化铝（ALN)或碳化物，例如碳化硅（SiC)、石墨等，这些填料虽然具有较高的热导 率（一般在25-400WAm?!())，但同时也价格昂贵，导致以此制备导热塑料的成本大幅上升。 碳酸钙是一种来源丰富、加工性能好且价格低廉的工业矿物原料，被广泛用于聚合物的填 充改性，起到增量、填充、补强和提高树脂耐热性能的作用，但人们一般很少关注到碳酸钙 的导热性能。CN101666397A和CN102650355A提供了一种导热管材料的配方，但其中没有用 到碳酸钙；CN103497397A中用到了碳酸钙改性HDPE波纹管的力学性能，但没有涉及其导热 性能。
[0004] 碳酸钙的热导率约为2. 5-3WAm?!()，是普通聚合物的十几倍。如果能用碳酸钙部 分替代价格昂贵的通用导热填料，将其与其它导热填料复配填充到聚烯烃树脂中，既能赋 予树脂一定的导热性能，又能节约成本，无疑在热水管或换热器领域具有较高的经济使用 价值。
[0005] 到目前为止，对于聚烯烃导热复合材料研宄存在的不足是：大多数研宄都是将热 导率高且价格昂贵的填料填充到聚合物中，高填充下使聚合物的力学性能劣化。碳酸钙是 对聚烯烃具有良好改性效果的优质填料，在界面处理好的情况下，对聚合物有一定的补强 作用。本发明将碳酸钙与其它导热填料复配使用，开发了碳酸钙作为辅助导热填料的新用 途，不仅可以降低成本，而且可以在满足一定热导率要求的基础上保持材料的力学性能，无 疑具有很强的市场竞争力。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种掺杂碳酸钙的聚烯烃导热复合材料，同时还提供了一种操作简 单、成本低廉、可实现工业化的用于导热管材或换热器部件的掺杂碳酸钙聚烯烃导热复合 材料的制备方法，成功地解决了现有技术中存在的不足。
[0007] 本发明的目的是提供一种掺杂碳酸钙的聚烯烃导热复合材料。
[0008] 本发明的另一个目的是提供上述掺杂碳酸钙的聚烯烃导热复合材料的制备方法。
[0009] 具体地说，本发明提供了一种掺杂碳酸钙的聚烯烃导热复合材料，主要是由聚合 物基体、碳酸钙和其他导热填料、增容剂、润滑剂等组成，其中，所述碳酸钙和其它导热填料 复配使用。
[0010] 本发明的技术方案是这样实现的：一种掺杂碳酸钙的聚烯烃导热复合材料及其制 备方法，所述掺杂碳酸钙的聚烯烃复合材料的原料包括如下质量份数的组分：
【主权项】
1. 一种掺杂碳酸钙的聚烯烃导热复合材料，其原料包括如下质量份数的组分：
2. 根据权利要求1所述的掺杂碳酸钙聚烯烃导热复合材料，其特征在于，所述聚烯烃 树脂为无规共聚聚丙烯（PPR)或耐热聚乙烯（PERT)。
3. 根据权利要求1所述的掺杂碳酸钙聚烯烃导热复合材料，其特征在于，所述碳酸钙 为重质碳酸钙（包括粒径较小的超微细碳酸钙）、轻质碳酸钙、碳酸钙晶须中的一种，优选 重质碳酸钙。
4. 根据权利要求1所述的掺杂碳酸钙聚烯烃导热复合材料，其特征在于，所述其它导 热填料为氧化铝、氮化硼、氮化铝、碳化硅、氧化锌晶须、石墨中的一种或几种组合。
5. 根据权利要求1所述的掺杂碳酸钙聚烯烃导热复合材料，其特征在于，所述增容剂 为乙烯-辛烯无规共聚物接枝马来酸酐（POE-g-MAH)、乙烯-辛烯无规共聚物接枝甲基丙烯 酸缩水甘油酯（ΡΟΕ-g-GMA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物接枝马来酸酐（EVA-g-MAH)、乙烯-辛 烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（OBC-g-ΜΑΗ)、乙烯-辛烯嵌段共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘 油酯（OBC-g-GMA)、无规共聚聚丙烯接枝马来酸酐（PPR-g-MAH)、无规共聚聚丙烯接枝甲基 丙烯酸缩水甘油酯（PPR-g-GMA)、耐热聚乙烯接枝马来酸酐（PERT-g-MAH)、耐热聚乙烯接 枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（PERT-g-GMA)的一种。
6. 根据权利要求1所述的掺杂碳酸钙聚烯烃导热复合材料，其特征在于，为进一步改 善材料性能，包括如下助剂，如偶联剂和/或润滑剂；所述的偶联剂选自乙烯基三（2-甲氧 基乙氧基）硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或 γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的一种；所述润滑剂选自硬脂酸，液体石蜡或聚乙烯 赌。
7. 根据权利要求1至6任意一项所述的掺杂碳酸钙聚烯烃导热复合材料，其制备方法 主要包括以下步骤： (1) 将碳酸钙和其它导热填料分别用硅烷偶联剂进行表面改性，然后与聚烯烃树脂、增 容剂、润滑剂充分混合； (2) 将步骤（1)混合好的物料在开炼机或密炼机或双螺杆挤出机中熔融共混，温度为 170-2KTC，并造粒； (3) 将步骤（2)所得粒料进行压片、注射成型或直接挤出管材得掺杂碳酸钙聚烯烃导 热复合材料或制品。
8. 根据权利要求1至7任意一项所述的聚烯烃导热复合材料的应用，其特征在于，该材 料主要应用于导热管材或换热器部件领域。
【专利摘要】本发明公开了一种掺杂碳酸钙聚烯烃导热复合材料及其制备方法，该配方包括如下质量份数的组分：聚烯烃树脂：20～70份；碳酸钙：20～60份；其它导热填料：0～40份；增容剂：0～10份；偶联剂：0.5～5份；润滑剂：0～2份。本发明所公开的掺杂碳酸钙聚烯烃导热复合材料以常规的聚合物熔融共混法制备。本发明将碳酸钙与其它导热填料复配使用，开发了碳酸钙作为辅助导热填料的新用途，不仅可以降低成本，而且可以在满足一定热导率要求的基础上保持材料的力学性能，在热水管或换热器领域具有较高的经济使用价值。
【IPC分类】C08K3-04, C08K3-22, C08K7-08, C08K3-26, C08L23-06, C08K13-06, C08K3-34, C08K3-28, C08L23-14, C08K9-06, C09K5-14
【公开号】CN104761822
【申请号】CN201510069496
【发明人】温变英, 郭赫楠, 邹文奇, 张扬
【申请人】北京工商大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年2月11日