一种导热共混聚合物及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化工产品制造技术领域，涉及一种导热共混聚合物材料，尤其是一种导热共混聚合物及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前导热高分子材料主要采用高导热的无机粒子填充聚合基体，由于聚合物自身极低的热导率，故一般需要导热无机粒子用量达到60wt%以上体系的导热率才会有明显升高，因此，在导热率升高同时会引起材料的力学性能下降，冲击韧性严重降低，并且由于大量无机粒子使用，使得体系的电绝缘性下降厉害，体系粘度大，导致加工性能变差。而对单一聚合物体系热导率提高目前主要靠采用拉伸和静电纺丝拉伸来对分子链实现定向排列，这种方法成本过高而无法实现工业生产，仅仅停留在实验阶段。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种导热共混聚合物及其制备方法，其得到的导热共混聚合物材料为具有高绝缘、良好力学强度和韧性的本征型导热共混聚合物。
[0004]为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现:
[0005]—种导热共混聚合物，按照质量百分比计，包括40-45%的聚-N-丙烯酰基哌啶和55-60%的聚丙烯酸。
[0006]所述聚-N-丙烯酰基哌啶的重均分子量为8000-10000 ;所述聚丙烯酸的重均分子量为20-22万。
[0007]一种导热共混聚合物的制备方法，将聚-N-丙烯酰基哌啶溶于N-N，二甲基甲酰胺中，配成聚-N-丙烯酰基哌啶溶液；将聚丙烯酸溶于N-N，二甲基甲酰胺中，配成聚丙烯酸溶液；按照质量百分比聚-N-丙烯酰基哌啶:聚丙烯酸=(40-45% ):(55-60% )，将聚-N-丙烯酰基哌啶溶液和聚丙烯酸溶液，搅拌均匀后，旋转涂布在洁净基片上，静置后干燥，在基片上形成薄膜，将薄膜剥离、叠层后进行热压，降至室温，得到高导热共混聚合物。
[0008]所述聚-N-丙烯酰基哌啶的重均分子量为8000-10000 ;所述聚丙烯酸的重均分子量为20-22万。
[0009]所述聚-N-丙烯酰基哌啶溶液的质量浓度为3-5 %。
[0010]所述聚丙烯酸溶液的质量浓度为1-1.5%。
[0011]所述旋转涂布的转速为1300-1800rpm，时间为20_40s。
[0012]所述干燥是在真空下进行的，且干燥的温度为120_130°C，时间为l_2h。
[0013]所述热压是采用热压机进行的，并且热压温度为140-150°C，时间为10-25min。
[0014]所述搅拌的时间为2_4h，静置的时间为8_12h。
[0015]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:本发明通过一种新型的构思，采用两种不同分子量及分子链柔顺度的聚合物A和聚合物B，聚合物A属于低分子量的刚性链结构的聚合物，即聚-N-丙烯酰基哌啶，聚合物B是高分子量的具有柔性链结构的聚丙烯酸聚合物。利用两种聚合物分子量间存在的强氢键作用制备分子水平均匀混合的共混聚合物，依靠氢键作用和刚性短链聚合物A的模板效应，使得长链柔性聚合物B的分子链由无规缠结结构开始舒展开来，最后沿着聚合物A的刚性链进行排列，如此，基于氢键及彼此间的协同效应，使得长链聚合物B形成了与聚合物A相适应的具有局部有序的结构。借助于旋转涂布的取向力，使得共混聚合物分子链进一步进行取向，最终在基体内部实现了局部有序结构。因此，声子沿着氢键和有序结构进行传递，有效地降低了界面热阻，体系热导率明显提高。
[0016]本发明将聚-N-丙烯酰基哌啶、聚丙烯酸经溶液共混、旋转涂布、静置、真空干燥、热压等过程制备而成，该发明基于分子链间氢键作用及链结构对体系微观结构的调控，在体系内部建立局部有序结构和实现对声子传递的低热阻通道来实现共混聚合物高热导率。本发明不使用导热无机粒子，仅仅使用2类低导热的聚合物，利用其分子间氢键及链结构来实现共混聚合物的高热导率，最高热导率达到0.8-1.0ff/(m.K)，并且体系具有极高电绝缘性，良好加工性能，克服了填充导热聚合物的力学、电学及加工性能劣化的诸多缺陷问题，成功地实现了本征型共混聚合物的高热导率。本发明制作的新型共混聚合物材料具有高热导率和热扩散系数、透明性。相比单一品种的导热聚合物的复杂制备工艺，该导热共混聚合物材料的制备工艺相对简便，力学强度和冲击韧性良好，加工性能良好，有望实现批量化工业生产。
[0017]本发明的导热共混聚合物体系为双组份聚合物，不使用任何无机粒子做填料，属于本征型聚合物。故体系力学强度高，冲击韧性好，且具有卓越电绝缘性、低介电常数和介电损耗因子，高击穿电压，适用于高绝缘导热场合使用。该发明制备的导热共混聚合物材料主要用于制备各类导热聚合物界面材料、导热塑料及导热复合材料，在LED照明、汽车电子、计算机、开关电源等设备的电路装置上有广泛用途。
[0018]和本征聚合物体系的高倍拉伸和静电纺丝相比，该发明具有工艺简单，对设备要求低，易加工成型，并且加工成本低。
[0019]本发明制作的导热共混聚合物具有良好透明性，透光率达95%，这是填充导热聚合物所不具备的性能，可用于透明场合的导热用途。
【附图说明】
[0020]图1为基于氢键和协同作用的短链聚合物刚性结构对长链柔性聚合物结构影响示意图。
[0021 ] 图2为旋转涂布对共混聚合物膜分子链取向影响示意图。
[0022]图3为图2中A处方框的放大图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明进行详细说明。本发明中的基片为玻璃片。
[0024]本发明的高导热率共混聚合物，按照质量百分比计，包括40-45%的聚-N-丙烯酰基哌啶和55-60%的聚丙烯酸。
[0025]上述高导热率共混聚合物的制备方法，包括以下步骤:
[0026]1)混合共混聚合物溶液制备
[0027]将重均分子量为8000-10000的聚_N_丙烯酰基哌啶(poly (N-acryloylpiperidine))，溶于N_N, 二甲基甲酰胺溶液中，配成质量浓度为3_5%的聚-N-丙烯酰基哌啶溶液；将重均分子量约为20-22万的聚丙烯酸溶于N-N，二甲基甲酰胺溶液中，配成质量浓度为1-1.5%的聚丙烯酸溶液。
[0028]按照质量百分比聚-N-丙烯酰基哌啶:聚丙烯酸=(40-45 % ):(55-60% )，将聚-N-丙烯酰基哌啶溶液和聚丙烯酸溶液混合，室温下机械搅拌2-4h，得到混合溶液。
[0029]2)旋转涂布制膜
[0030]在旋转涂布设备(可以为旋转涂布机)上将混合溶液进行旋转涂布于干净的基片上，转速为1300-1800rpm，时间为20_40s。涂布完毕后静置8_12h，得到试样。
[0031]3)真空干燥及热压
[0032]将试样置入真空干燥箱中于120_130°C下干燥l_2h，基片上形成薄膜，然后将薄膜从基片上剥离、叠层后置入热压机进行热压，热压温度为140-150°C，热压时间为10-25min。热压完毕，自然降温至室温，取出试样，得高导热率共混聚合物。
[0033]实施例1
[0034]—种导热共混聚合物的制备方法，包括以下步骤:
[0035]1)混合共混聚合物溶液制备
[0036]将重均分子量为8000-10000的聚_N_丙烯酰基哌啶，溶于N_N，二甲基甲酰胺溶液中，配成质量浓度为3%的聚-N-丙烯酰基哌啶溶液；将重均分子量约为20-22万的聚丙烯酸溶于N-N，二甲基甲酰胺溶液中，配成质量浓度为1.5%的聚丙烯酸溶液。
[0037]按照质量百分比聚-N-丙稀酰基呢啶:聚丙稀酸=45%:55%，将聚-N-丙稀酰基哌啶溶液和聚丙烯酸溶液混合，室温下机械搅拌2h，得到混合溶液。
[0038]2)旋转涂布制膜
[0039]在旋转涂布设备上将混合溶液进行旋转涂布于干净的基片上，转速为1300rpm，时间为40s。涂布完毕后静置8h，得到试样。
[0040]3)真空干燥及热压
[0041]将试样置入真空干燥箱中于120°C下干燥2h，基片上形成薄膜，然后将薄膜从基片上剥离、叠层后置入热压机进行热压，热压温度为145°C，热压时间为lOmin。热压完毕，自然降温至室温，取出试样，得高导热率共混聚合物。
[0042]实施例2
[0043]—种导热共混聚合物的制备方法，包括以下步骤:
[0044]1)混合共混聚合物溶液制备
[0045]将重均分子量为9000的聚-N-丙烯酰基哌啶，溶于N-N，二甲基甲酰胺溶液中，配成质量浓度为3%的聚-N-丙烯酰基哌啶溶液；将重均分子量约为20万的聚丙烯酸溶于N-N, 二甲基甲酰胺溶液中，配成质量