填充的塑料材料的制作方法

文档序号:16811635发布日期:2019-02-10 13:43阅读:684来源:国知局
塑料材料是广泛应用的材料。塑料材料具有良好的可成形性、绝缘性和可接受的强度。基本上已知的是用其他材料填充塑料材料以改变其性能。为此可以使用许多材料。例如,氮化硼用于影响导热性,当其填充塑料材料时,能够将热传导性提高到两倍以上。用于提高传导性的填料以相对大的量添加,因此除了它们对机械性能、颜色、密度等的影响之外,它们的价格也起着重要作用。wo2014/095984a1描述了一种含有岛硅酸盐或金属硅的导热塑料材料。ep2703351a1描述了一种通过在水溶液中晶体生长获得的六角棱柱形氧化锌,以及它的用途,特别是作为uv阻断剂。还已知使用填料来实现其他性能,例如,使用硅灰石和云母来改善机械性能。本发明的目的是提供填料以在塑料组合物中获得所需的性能。该目的通过包含塑料材料和50-90重量%的添加剂的组合物来实现,其中所述添加剂包含已用硅化合物处理过的氧化锌。因此,根据本发明,塑料材料与添加剂混合,其中所述添加剂包括已用硅化合物处理过的氧化锌。50-90重量%的量是合适的,其中优选60-85重量%的量。此外,所述组合物包含塑料材料,所述塑料材料包括剩余组合物的大部分。塑料材料的量优选在10-50%的范围内。除了塑料材料之外,还可以存在其他助剂,尤其是着色剂、抗冲改性剂等。优选地,塑料材料含有50-90重量%的已用硅化合物处理的氧化锌。在优选的实施方案中,含量为至少60重量%,至少65重量%,至少70重量%,或至少80重量%。优选地,该量不超过85重量%。优选地,氧化锌是通过在空气中燃烧锌而获得的氧化锌。该方法也被称为法兰西提锌法(frenchprocess)或间接法。根据本发明,它不是六角棱柱形氧化锌。优选地,它不是通过在水溶液中晶体生长获得的氧化锌。在本发明的一个实施方案中,含硅化合物是硅烷,尤其是至少一个氢被卤素或烷氧基取代的硅烷。进一步优选地,至少一个氢被烷基或取代的烷基取代。因此,优选的化合物包括单烷氧基烷基硅烷、二烷氧基烷基硅烷和三烷氧基烷基硅烷,其中所述烷基可以被取代。优选的取代基包括氨基、乙烯基、环氧基和羟基。特别优选的化合物包括三乙氧基硅烷、三甲氧基硅烷和选自下组的硅化合物:3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、n-甲基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、聚硅氧烷、聚醚硅氧烷、聚氨基硅氧烷、h-硅氧烷、以及这些化合物的水解物、及其混合物。合适的塑料材料包括弹性体、热塑性或热固性聚合物,尤其是选自以下的塑料材料:聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯、聚醚醚酮、聚甲醛、聚苯硫醚、聚砜、聚对苯二甲酸丁二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚氨酯、环氧树脂、及其混合物和共聚物。优选在热塑性塑料中使用。术语“共聚物”包括其中具有不同化学骨架的单体或预聚物聚合在一起的变体。它还包括两种以上物质的混合物,也称为三元共聚物。在一个实施方案中,使用添加剂的组合,例如,将根据本发明的氧化锌与其他无机材料(例如,岛硅酸盐)组合。氧化锌的合适比表面积为0.5m2/g至6m2/g,更优选3.0m2/g至6.0m2/g,或1.0m2/g至5.0m2/g,通过bet测量。本发明还涉及制备所述组合物的方法,包括将塑料材料与50-90重量%的添加剂进行混合的步骤,其中所述添加剂包括用硅化合物处理过的氧化锌。混合优选在塑料材料软化的条件下进行,例如在挤出的范围内。本发明还涉及硅化合物处理的氧化锌用于改善塑料材导热性的用途。令人惊奇的是,本发明所述的化合物不仅显示出导热性,而且特别显示出优异的机械性能。本发明所述的塑料材料在拉伸强度、拉伸强度下的拉伸应变、断裂拉伸应力、断裂拉伸应变和弹性模量方面显示出非常好的值。冲击强度和缺口冲击强度的提高尤为显著。此外,本发明所述的组合物具有良好的导热性,其通常略高于对比材料的导热率。尽管塑料材料的填充度高且高度填充通常会破坏机械性能,但是本发明的产品显示出非常高的拉伸强度,高于未填充的塑料材料的拉伸强度。虽然通常填料大大降低了冲击强度,但是发现本发明的填料的涂层产生冲击强度的数量级再次与未填充的塑料材料的冲击强度的数量级相同,因此令人惊讶地高。除非该公开与本发明的教导相抵触,否则所有引用的文件均以引用方式在此完全附上。实施例1.使用的填料测定五种氧化锌变体:填料bet[m2/g]氧化锌a4氧化锌b1.3氧化锌c4.3氧化锌d(对比)7.5氧化锌e22.涂层用3-氨基丙基三乙氧基硅烷涂覆氧化锌a和b。因此,将干燥的氧化锌与硅烷(2%)预混合,并在强力混合器(r02vac,爱立许(eirich),德国)中在2000rpm和70℃下混合15分钟。随后,将混合物冷却至室温。通过筛分(100μm目尺寸)将混合物从团聚体中释放出来。随后,测量表面积(bet)。所获得的粉末用于挤压而无需进一步处理。表1填料bet[m2/g]氧化锌a涂层(a-s)3.5氧化锌b涂层(b-s)13.填充的塑料材料的制备在热塑性塑料的情况下,通过挤出机(zse27maxx,莱斯特瑞兹(leistritz),德国)将填料配混到聚己内酰胺(pa6)中。在ergotech100/420-310(demag)型机器上以1000kn的夹紧力制备了用于表征复合材料的所需样品。所用的注塑模具是具有根据“campus”规格的认证的注塑模具。制备以下模塑部件:多用途试样(iso3167a型)板:80mmx80mmx2mm测量导热率所需的样品是从板上机械加工出来的。为了横穿挤出方向(z方向)进行测量,通过转出板的中心位置制备d=12.7mm的圆盘。为了确定挤出方向(x方向)的导热率,必须将6个样品(每个边缘长度(正方形)为12.7mm,宽度为2mm)用车床加工出来,然后相对于彼此旋转90°并夹在一个特定的样品架中进行测量。样品的正面和背面主要涂有石墨,以确保最佳的发射/吸收能力。比热通过对比法确定。为此目的,用cp参照(耐高温陶瓷(pyroceram),2.5mm厚)校准该装置。采用浮力法测定所用样品的密度。另外在微波焚烧系统mas7000(cem)中测定灰分含量(750℃,10min,开口),以检查复合材料的构成,并以这种形式使用。用闪光装置netzschlfa447nanoflashtm测量热扩散率和比热。该系统配有在室温和300℃之间进行测量的熔炉。使用集成的软件控制的自动进样器,可同时检查多达4个样品。样品正面的加热是经通过改变电压和脉冲长度来调节能量的氙闪光灯实现的。用红外检测器(insb)测量样品背面的温度升高。lfa447符合国家和国际标准astme-1461,din30905,dinen821,din51936:2008-08(通过红外传感器测量)和iso22007-4:2008(聚合物)。4.测量在如此制备的样品上,测量机械性能和导热率,如表2至4所示。实验c0-c5是指对比实验,实验1-4是指本发明的实验。表2虽然65%填充未涂覆的氧化锌产生拉伸强度为92.3或76.4mpa,但涂覆的氧化锌达到104至94.4mpa的拉伸强度-显著增加。表3虽然65%填充未涂覆的氧化锌产生简支梁冲击强度为49.61或50.24kj/m2,但涂覆的氧化锌获得简支梁冲击强度为95.23或77.3kj/m2-显著增加。悬臂梁冲击强度显示出类似的结果。表4虽然65%填充未涂覆的氧化锌产生z方向上的导热率为0.924或0.92w/mk,但涂覆的氧化锌在z方向上实现1.03或1.04w/mk的导热率-增加。通过将填充度从65%增加到80%,导热率可以从1.03w/mk再次强烈地增加到1.732w/mk。x方向的导热率显示出类似的结果。5.测定方法导热率:通过德国netzsch进行测量。bet:通过类似于diniso9277的测量,通过tristar3000,micromeritics进行测量。当前第1页12
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