一种利用微波处理的碳掺杂导热塑料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用微波处理的碳掺杂导热塑料及其制备方法。其制备方法为：将聚合物树脂和小分子化合物共混搅匀后，加入一定量的水，至于微波炉中，利用微波加热一段时间，将小分子进行碳化后，取出并烘干，将所得的物料直接加入到挤出机中共混、挤出成型，得成品。本发明的制备方法与现有的制备热塑料的方法相比，具有工艺简单、产量高、导热性能好，结构多样化等优点，其制备的导热塑料能广泛应用于在变压器电感、电子元器件散热、特种电缆、电子封装、导热灌封等领域等领域。
【专利说明】
一种利用微波处理的碳掺杂导热塑料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及材料化学技术领域，具体涉及一种利用微波处理的碳掺杂导热塑料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]近些年来，随着工业生产及科学技术的进步，人们对导热材料提出了更高的性能要求。如处理工业废水的传热管道，既需要材料有较高的导热性能，同时也要求材料耐化学腐蚀。另一方面，随着电子器件的小型化，同时也要求散热模具、散热片逐步小型化。然而传统的导热性能较好的材料，多为金属材料及无机非金属材料，这些材料或不耐腐蚀，或加工成型的工艺复杂或两者兼具。对于新时代对新材料诉求，高分子材料具有优良的耐腐蚀性能和力学性能，逐渐进入人们的视野，但纯的高分子材料一般是不能胜任的，因为高分子材料大多是热的不良导体。
[0003]塑料导热系数很小，现有的提高塑料导热性能的方法主要有两种，一是合成具有高导热系数的结构塑料。如具有良好导热性能的聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等，更多的研究则是集中在用高导热填料对塑料进行填充，利用两种或两种以上材料之间的协同效应得到的导热塑料价格低廉、易加工成型，经过适当的工艺处理可以应用于某些特殊领域。然而对于传统的用高导热填料对塑料进行填充的方法，由于大部分高导热填料均为金属材料或为无机非金属材料，其与有机聚合物树脂材料的界面结合常常不尽人意。近年来出现的石墨稀，由于尚的导热率，热导率尚达3000?6 000 W/(mK)，逐渐引起人们的注意。然而石墨稀制备工艺复杂、合成成本高，难以大批量合成。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种简单易得且能批量生产的一种利用微波处理的碳掺杂导热塑料及其制备方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供的第一个技术方案的基础方案为:一种利用微波处理的碳掺杂导热塑料的制备方法，包括挤出成型步骤，所述的挤出成型步骤之前还包括有碳化步骤:先由聚合物树脂和小分子化合物混合、搅匀后，加入水，微波加热后再干燥。
[0006]采用本发明技术方案的一种利用微波处理的碳掺杂导热塑料的制备方法，小分子化合物在微波的作用下容易进行碳化，生成的碳点导热性能好，可作为导热填料，且聚合物树脂中一些小分子量的聚合物也会在微波的作用也进行部分碳化，改善聚合物与碳点之间的界面的结合，增强热传导性能，同时不断增加小分子填料的填充比，使得生成的碳点在聚合物基体中形成导热网链。另外，聚合物树脂与小分子化合物在微波作用下共同碳化的同时，生成的碳点容易将聚合物树脂包裹在内部，形成内部为聚合物基体、外部为碳点包覆的结构，使得物料初步混匀，有利于后续的共挤出。通过微波将小分子先进行碳化，再与聚合物共混挤出，该方法与现有碳掺杂导热塑料的制备方法而言，其制备方法简单易得，且能批量生产。
[0007]第一个技术方案的优选方案一，在基础方案之上，所述的小分子化合物包括柠檬酸、三聚氰胺、二氰二胺、尿素中的其中一种或尿素与柠檬酸的混合物。
[0008]第一个技术方案的优选方案二，在基础方案之上，所述的聚合物树脂包括聚乙烯、聚氯乙烯、尼龙66、聚苯乙烯中的其中一种或者聚丙烯和涤纶的混合物。
[0009]第一个技术方案的优选方案三，在基础方案或优选方案一或优选方案二之上，所述的聚合物树脂与小分子化合物混合后的混合物中，小分子化合物的比例至少为10%。
[0010]第一个技术方案的优选方案四，在基础方案或优选方案三之上，所述的聚合物树脂与小分子化合物混合后的混合物中，小分子化合物的比例为20%。
[0011]第一个技术方案的优选方案五，在优选方案四之上，所述的碳化步骤中微波加热的时间为7?15min，干燥是放置于12 V的烘箱中干燥。
[0012]第一个技术方案的优选方案六，在优选方案四之上，所述的聚合物树脂与水的加入量比例为:10g:1O?20ml。
[0013]本发明提供的第二个技术方案的基础方案，在第一个技术方案的基础方案、优选方案一至优选方案六中其中一个的基础之上，利用微波处理的碳掺杂导热塑料的制备方法制成的导热塑料。利用本微波处理的碳掺杂导热塑料的制备方法制成的导热塑料，对于变压器电感、电子元器件散热、特种电缆、电子封装、导热灌封等领域具有很好的应用价值。
【附图说明】
[0014]图1为本发明实施例一制备的成品导热系数示意图。
[0015]图2为本发明实施例二制备的成品导热系数示意图。
[0016]图3为本发明实施例三制备的成品导热系数示意图。
[0017]图4为本发明实施例四制备的成品导热系数示意图。
[0018]图5为本发明实施例五制备的成品导热系数示意图。
【具体实施方式】
[0019]实施例一:
将10g聚乙烯与柠檬酸混合，在聚乙烯和柠檬酸的混合物中，柠檬酸的比例分别为:10%、15%、20%、25%，再加入20ml水，置于微波炉中，700mw微波下加热7min，取出后于120 °C烘箱中干燥，将所得的物料用挤出机挤出成型，制得导热塑料成品，并测试其导热系数，测试的结果分别为:2.216w/(m.k)、3.865w/(m.k)、5.124w/(m.k)、6.223w/(m.k)，如图1所示，为不同比例的柠檬酸条件下材料的导热系数。
[0020]实施例二:
将10g聚氯乙烯与三聚氰胺混合，在聚氯乙烯和三聚氰胺的混合物中，三聚氰胺的比例分别为:10%、15%、20%、25%，加入15ml水，置于微波炉中，700mw微波下加热1min，取出后于120°C烘箱中干燥，将所得的物料用挤出机挤出成型，制得导热塑料成品，并测试其导热系数，测试的结果分别为:1.628w/(m.k)、3.059w/(m.k)、4.205w/(m.k)、5.109w/(m.k)，如图2所示，为不同比例的三聚氰胺条件下材料的导热系数。
[0021]实施例三: 将10g尼龙66与二氰二胺混合，在尼龙66与二氰二胺的混合物中，二氰二胺的比例分别为:10%、15%、20%、25%，加入18ml水，置于微波炉中，700mw微波下加热15min，取出后于120°C烘箱中干燥，将所得的物料用挤出机挤出成型，制得导热塑料成品，并测试其导热系数，测试的结果分别为:2.523w/(m.k)、3.095w/(m.k)、3.511w/(m.k)、4.598w/(m.k)，如图3所示，为不同比例的二氰二胺条件下材料的导热系数。
[0022]实施例四:
将50g涤纶和50g聚丙烯与尿素混合后，在涤纶、聚丙烯与尿素的混合物中，尿素的比例分别为:10%、15%、20%、25%，加入1ml水，置于微波炉中，700mw微波下加热7min，取出后于120°C烘箱中干燥，将所得的物料用于挤出机挤出成型，制得导热塑料成品，并测试其导热系数，测试的结果分别为:1.578w/(m.k)、3.012w/(m.k)、3.615w/(m.k)、4.725w/(m.k)，如图4所示，为不同比例的尿素条件下材料的导热系数。
[0023]实施例五:
将10g聚苯乙烯分别与尿素/柠檬酸(1:1)混合后，在聚苯乙烯与尿素/柠檬酸的混合物中，尿素/柠檬酸的比例分别为:10%、15%、20%、25%，加入10ml7K，置于微波炉中，700mW微波下加热lOmin，取出后于120°C烘箱中干燥，将所得的物料用于挤出机挤出成型，制得导热塑料成品，并测试其导热系数，测试的结果分别为:2.005w/(m.k)、3.065w/(m.k)、3.489w/(m.k)、4.509w/(m.k)，如图5所示，为不同比例的尿素/梓檬酸条件下材料的导热系数。
[0024]对比例:
将10g聚乙烯分别与不同比例的石墨混合后，在聚乙烯和石墨的混合物中，石墨的比例分别为20%、40%、60%，将所得的物料用挤出机挤出成型，制得导热塑料成品。其导热系数分别为:0.892 w/(m.k)、0.968w/(m.k)、I.109w/(m.k)。
[0025]由此可见:本发明的实施例一?实施例五，其测得的导热系数均优于对比例，且实施例一?实施例五的小分子化合物的比例在混合物中的比例大于10%时，其导热系数均优于小分子化合物的比例为10%以下；当小分子化合物的比例在混合物中的比例大于20%时，其导热系数远优于在20%以下。
[0026]对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
【主权项】
1.一种利用微波处理的碳掺杂导热塑料的制备方法，包括挤出成型步骤，其特征在于，所述的挤出成型步骤之前还包括有碳化步骤:先由聚合物树脂和小分子化合物混合、搅匀后，加入水，微波加热后再干燥。2.根据权利要求1所述的利用微波处理的碳掺杂导热塑料的制备方法，其特征在于:所述的小分子化合物包括柠檬酸、三聚氰胺、二氰二胺、尿素中的其中一种或尿素与柠檬酸的混合物。3.根据权利要求1所述的利用微波处理的碳掺杂导热塑料的制备方法，其特征在于:所述的聚合物树脂包括聚乙烯、聚氯乙烯、尼龙66、聚苯乙烯中的其中一种或者聚丙烯和涤纶的混合物。4.根据权利要求1?3任意一项所述的利用微波处理的碳掺杂导热塑料的制备方法，其特征在于:所述的聚合物树脂与小分子化合物混合后的混合物中，小分子化合物的比例至少为10%。5.根据权利要求4所述的利用微波处理的碳掺杂导热塑料的制备方法，其特征在于:所述的聚合物树脂与小分子化合物混合后的混合物中，小分子化合物的比例为20%以上。6.根据权利要求5所述的利用微波处理的碳掺杂导热塑料的制备方法，其特征在于:所述的碳化步骤中微波加热的时间为7?15min，干燥是放置于12°C的烘箱中干燥。7.根据权利要求5所述的利用微波处理的碳掺杂导热塑料的制备方法，其特征在于:所述的聚合物树脂与水的加入量比例为:10g: 10?20ml。8.根据权利要求1?3或5~7任一项所述的利用微波处理的碳掺杂导热塑料的制备方法制成的导热塑料。9.根据权利要求4所述的利用微波处理的碳掺杂导热塑料的制备方法制成的导热塑料。
【文档编号】C08K5/315GK105837892SQ201610212477
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】陈旭东, 陶德良, 刘林, 杨金
【申请人】清远南方新特材料研究院有限公司, 广东顾纳凯材料科技有限公司