一種高阻燃性能的導熱材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高阻燃性能的導熱材料及其制備方法，上述導熱材料包括：聚合物樹脂20?40份、導熱填料40?60份、阻燃劑1?10份、相容劑1?10份、增白劑0.01?0.5份、抗黃變劑0.01?0.1份、潤滑劑0.01?0.1份。本發(fā)明提供的制備方法，能夠克服傳統(tǒng)聚酰胺阻燃體系中存在的環(huán)境污染、阻燃劑易析出、燃燒滴落以及由于阻燃劑的加入而造成的材料力學、電學性能的下降等問題。采用本發(fā)明提供的制備方法獲得的導熱材料在具備導熱功能的前提下還具有良好的阻燃性能、力學性能以及電學性能，能夠在溫度較高的環(huán)境下長期保持安全穩(wěn)定的使用。
【專利說明】
一種高阻燃性能的導熱材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及材料改性技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高阻燃性能的導熱材料及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著聚合物材料應用領(lǐng)域的日益廣泛，人們在享受這些材料所帶來的便利同時也 面臨這不小的風險，這是因為大多數(shù)的聚合物屬于易燃、可燃材料，在使用的過程中存在巨 大的火災隱患。
[0003] 聚酰胺(PA)作為五大通用工程塑料之首，具有優(yōu)良的力學性能，耐磨、耐油、耐有 機溶劑以及耐熱性能優(yōu)良，廣泛應用于汽車、電子、化工、機械、建筑等領(lǐng)域，因此提高聚酰 胺(PA)的阻燃性能對保證人們?nèi)粘Ｉ畹陌踩哂袠O大的作用。近年來，在電子電器行業(yè)， 如手機等3C產(chǎn)品其外觀不斷趨于小巧化、精致化，對電子元器件的熱擴散性能要求越來越 高，通常的做法是在這些電子元器件表面包覆一層具有導熱功能的高分子材料，這就要求 所使用的高分子材料不但具有良好的散熱功能還必須具備阻燃、絕緣等性能。
[0004]聚酰胺(PA)材料由于本身優(yōu)異的阻燃以及電學性能，在導熱相關(guān)領(lǐng)域的應用日益 增長。
[0005] 傳統(tǒng)的聚酰胺(PA)阻燃體系主要包括:含鹵阻燃劑、含磷阻燃劑、含氮阻燃劑以及 無機填料型阻燃劑。但這些阻燃體系都存在各自的缺陷：含鹵阻燃劑使用過程中容易產(chǎn)生 有毒的煙以及氣體，污染環(huán)境的同時對人們的身體健康造成傷害；含磷阻燃劑如磷酸銨 (APP)、膦酸鹽(科萊恩的0P1312、0P1314等體系）以及次磷酸等由于遇水容易電解會破換聚 酰胺(PA)電絕緣性能且本身是小分子化合物其與聚酰胺(PA)樹脂基體的相容性差，成型過 程中易析出；含氮阻燃劑主要是密胺及其衍生物如三聚氰胺氰尿酸鹽(MAC)，其存在的問題 是加入此類阻燃劑后聚酰胺(PA)的熱穩(wěn)定性下降，熔融黏度降低容易產(chǎn)生流淌和滴落;無 機填料型阻燃劑由于其表面極性大、與樹脂界面相容性性差、添加量大容易引起材料力學 性能劣化等問題限制了其應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有的聚酰胺阻燃體系所存在的上述問題，現(xiàn)提供一種高阻燃性能的導熱材 料及其制備方法，旨在提供一種能夠克服傳統(tǒng)聚酰胺(PA)阻燃體系中存在的環(huán)境污染、阻 燃劑易析出、燃燒滴落以及由于阻燃劑的加入而造成的材料力學、電學性能的下降等問題 的制備方法，并提供具備導熱功能的前提下還具有良好的阻燃性能、力學性能以及電學性 能，能夠在溫度較高的環(huán)境下長期保持安全穩(wěn)定的使用的導熱材料。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] 本發(fā)明的第一個方面是提供一種高阻燃性能的導熱材料，具有這樣的特征，按照 重量份數(shù)，包括： 聚合物樹脂 20-40份； 導熱填料 40-60份； 阻燃劑 1-10份；
[0009] 相容劑 1-10份； 增白劑 0.01-0.5份； 抗黃變劑 0.01-0..1份;： 潤滑劑 0.01-0.1份；
[0010] 其中，阻燃劑由芳香族磷酸酯型阻燃劑與磷腈型阻燃劑按照重量比1:10-10:1復 配形成；
[0011] 其中，芳香族磷酸酯型阻燃劑的結(jié)構(gòu)式如下：
[0013]其中，磷腈型阻燃劑的結(jié)構(gòu)式如下：
[0015] 式中，η為3~10000的整數(shù)分別獨立的選自芳香基或烷基芳香基中的一種； R3選自
[0016] -種；R4選自-卩⑴以心-卩⑴的心-卩⑶⑴^^⑶⑴妒^中的一種。
[0017]優(yōu)選的，R1、R2都為芳香基。
[0018]優(yōu)選的，聚合物樹脂選自聚酰胺類聚合物樹脂。
[0019] 優(yōu)選的，導熱填料選自粒徑為0.1-100μπι的金屬材料粉末、粒徑為0.1-100μπι且大 于導熱值l〇W/m.K的非金屬材料粉末或纖維中的一種或幾種。
[0020]優(yōu)選的，阻燃劑中芳族磷酸酯型阻燃劑與磷腈型阻燃劑的重量比優(yōu)選為1:5-5:1， 更優(yōu)選為1:1。
[0021 ]本發(fā)明中采用芳香族磷酸酯型阻燃劑/磷腈型阻燃劑的復合阻燃體系，這在目前 的聚酰胺(PA)阻燃體系中屬于首創(chuàng)。其中磷腈型阻燃劑由于磷一氮之間有較好的協(xié)同作用 具有較高的熱分解溫度和阻燃效果，發(fā)煙及有毒氣體少，是一種環(huán)境友好型阻燃材料，能滿 足歐盟Ro 11S指令及WEEE指令的要求。
[0022]磷腈化合物受熱分解吸熱，且生成的磷酸、偏磷酸和聚磷酸可在聚合物材料的表 面形成一層不揮發(fā)性保護膜，隔絕了空氣；同時受熱后放出二氧化碳、氨氣、氮氣、水蒸汽等 氣體稀釋了空氣中的氧氣以及高聚物受熱分解時產(chǎn)生的可燃性氣體濃度，這些不燃燒的氣 體阻斷了氧的供應，實現(xiàn)了阻燃增效和協(xié)同的目的。
[0023] 芳香族磷酸酯型阻燃劑作為含磷阻燃劑本身具有優(yōu)異的阻燃效果，同時由于其加 熱后為黏度較稀的無色液體，可以溶解成分相近的磷腈型阻燃劑（常溫下為白色固體顆 粒），兩者一起使用可以防止磷腈型阻燃劑在聚酰胺(PA)樹脂基體中凝聚形成團聚。
[0024] 而且兩者同為有機含磷阻燃劑，其與聚酰胺(PA)樹脂基體的相容性也比傳統(tǒng)的無 機小分子阻燃劑高，在此基礎(chǔ)上配合本發(fā)明特有的混合"造粒"過程能夠有效改善聚傳統(tǒng)酰 胺(PA)阻燃體系中阻燃劑析出的問題，同時由于兩種阻燃劑都不屬于鹽類化合物，因此不 存在遇水電解的問題，對酰胺(PA)樹脂基體的電絕緣性能沒有影響。
[0025] 優(yōu)選的，相容劑由烯烴聚合物接枝馬來酸酐形成。
[0026] 本發(fā)明的第二個方面是提供一種高阻燃性能的導熱材料的制備方法，具有這樣的 特征，步驟包括：
[0027] 按照質(zhì)量份數(shù)，稱取導熱填料、磷腈型阻燃劑、增白劑、抗黃變劑以及潤滑劑，于高 混機中混合0.5-10min，于混合狀態(tài)中從排氣口加入已經(jīng)加熱好的芳族磷酸酯型阻燃劑，混 合0. l-5min，混合均勻后于停止混合狀態(tài)下加入聚合物樹脂和相容劑，混合0. l-5min得到 混合備用料，將混合備用料投入V型混合機中混合"造粒"，將造粒成功的物料投入擠出機中 于擠出切粒。
[0028] 上述V型混合機混合"造粒"的過程為:導熱填料、磷腈型阻燃劑、增白劑、抗黃變劑 以及潤滑劑等粉料助劑利用V型混合機的不規(guī)則翻轉(zhuǎn)運動，從而在加熱過的芳香族磷酸酯 型阻燃劑的粘合作用下均勻包覆在聚合物樹脂和相容劑等粒料表面，形成粉料-粒料的顆 粒物狀態(tài)。
[0029] 這種"造粒"過程是本發(fā)明中改善材料成型過程中芳香族磷酸酯型阻燃劑析出的 關(guān)鍵手段："造粒"后所形成的粉料-粒料顆粒狀共混物在熔融擠出的過程中有利于填料、助 劑以及芳香族磷酸酯型阻燃劑在基體樹脂中的均勻分散，粉料不易產(chǎn)生團聚，同時作為粉 料-粒料兩類原料之間的"粘結(jié)劑"，芳香族磷酸酯型阻燃劑也能夠與聚合物樹脂較好地結(jié) 合，不易析出。
[0030] 優(yōu)選的，高混機為立式可加熱高混機，其容積為100L-1000L。
[0031]優(yōu)選的，V型混合機為翻滾式并且?guī)в袛嚢柁D(zhuǎn)子的無加熱V型混合機，其容積為 100L-1000L。
[0032]優(yōu)選的，擠出機為同向雙螺桿擠出機，并且，擠出機的長徑比為30-70,擠出溫度為 20(TC-30(TC〇
[0033] 其中，V型混合機中物料的造粒概念與擠出機中物料造粒的概念是不同的，前者指 的是利用物理混合的方法將原料均勻粘附在一起，后者是指將均勻混合后的原料通過擠出 機熔融擠出，經(jīng)水冷卻后通過切粒機將長條狀的物料切割成大小均勻的固體顆粒。
[0034] 其中，上述的物料混合順序是確定的。
[0035] 本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù)效果：
[0036] 本發(fā)明提供的制備方法，采用特定的物料混合順序，有效的解決了阻燃劑與聚合 物樹脂所存在的相容性較差、易析出的技術(shù)問題，本發(fā)明提供的制備方法中阻燃劑與聚合 物樹脂幾乎沒有析出現(xiàn)象，同時，采用本發(fā)明提供的制備方法獲得的導熱材料在具備導熱 功能的前提下還具有良好的阻燃性能，能夠在溫度較高的環(huán)境下長期保持安全穩(wěn)定的使 用。
【具體實施方式】
[0037] 下面通過具體實施例對本發(fā)明進行詳細和具體的介紹，以使更好的理解本發(fā)明， 但是下述實施例并不限制本發(fā)明范圍。
[0038] 實施例1
[0039] -種高阻燃性能的導熱材料，其制備步驟如下：
[0040] 按照質(zhì)量份數(shù)，稱取導熱填料41份、磷腈型阻燃劑5份、增白劑0.04份、抗黃變劑 〇. 03份以及潤滑劑0.03份，于高混機中混合3min，于混合狀態(tài)下加入已經(jīng)加熱好的芳族磷 酸酯型阻燃劑1份，混合3min，于停止混合狀態(tài)下加入聚合物樹脂22份和相容劑3份，混合 2min得到混合備用料，將上述混合備用料投入V型混合機中混合造粒，將造粒成功的物料投 入擠出機中于擠出溫度范圍為220°C下擠出造粒，獲得一種高阻燃性能的導熱材料；
[0041 ]其中，磷腈型阻燃劑的結(jié)構(gòu)式如下：
[0043] 式中，η為500，R1、R2同時選自芳香基，R3選自選自-PWR1)*;
[0044] 其中，高混機為立式可加熱高混機，容積為300L;V型混合機為翻滾式并且?guī)в袛?拌轉(zhuǎn)子的無加熱V型混合機，容積為500L;擠出機為同向雙螺桿擠出機，并且，擠出機的長徑 比為50。
[0045] 實施例2
[0046] -種高阻燃性能的導熱材料，其制備步驟如下：
[0047]按照質(zhì)量份數(shù)，稱取導熱填料50份、磷腈型阻燃劑2.5份、增白劑0.36份、抗黃變劑 0.05份以及潤滑劑0.04份，于高混機中混合4min，于混合狀態(tài)下加入已經(jīng)加熱好的芳族磷 酸酯型阻燃劑2.5份，混合3min，于停止混合狀態(tài)下加入聚合物樹脂39份和相容劑5份，混合 3min得到混合備用料，將上述混合備用料投入V型混合機中混合造粒，將造粒成功的物料投 入擠出機中于擠出溫度范圍為200°C下擠出造粒，獲得一種高阻燃性能的導熱材料；
[0048]其中，磷腈型阻燃劑的結(jié)構(gòu)式如下：
[0050] 式中，η為3000，R1選自芳香基，R2選自C5-烷基芳香基，R3選自，=?(01^)3，R4選 自-PCOR1)*;
[00511 其中，高混機為立式可加熱高混機，容積為300L;V型混合機為翻滾式并且?guī)в袛?拌轉(zhuǎn)子的無加熱V型混合機，容積為500L;擠出機為同向雙螺桿擠出機，并且，擠出機的長徑 比為50。
[0052] 實施例3
[0053] 一種高阻燃性能的導熱材料，其制備步驟如下：
[0054]按照質(zhì)量份數(shù)，稱取導熱填料45份、磷腈型阻燃劑1份、增白劑0.45份、抗黃變劑 〇. 17份以及潤滑劑0.08份，于高混機中混合4.5min，于混合狀態(tài)下加入已經(jīng)加熱好的芳族 磷酸酯型阻燃劑6份，混合4min，于停止混合狀態(tài)下加入聚合物樹脂30份和相容劑7份，混合 3min得到混合備用料，將上述混合備用料投入V型混合機中混合造粒，將造粒成功的物料投 入擠出機中于擠出溫度范圍為220°C下擠出造粒，獲得一種高阻燃性能的導熱材料；
[0055]其中，磷腈型阻燃劑的結(jié)構(gòu)式如下：
[0057] 式中，η為5000，R1選自C15-烷基芳香基，R2選自C7-烷基芳香基，R3選自-Ν = Ρ(0) 〇R2，R4 選自-PWKOR1)〗；
[0058] 其中，高混機為立式可加熱高混機，容積為300L;V型混合機為翻滾式并且?guī)в袛?拌轉(zhuǎn)子的無加熱V型混合機，容積為500L;擠出機為同向雙螺桿擠出機，并且，擠出機的長徑 比為50。
[0059] 本發(fā)明的實施例提供的制備方法中阻燃劑在聚合物樹脂中幾乎沒有析出現(xiàn)象，本 實施例提供的高阻燃性能的導熱材料在具備導熱功能的前提下還具有良好的阻燃性能，能 夠在溫度較高的環(huán)境下長期保持安全穩(wěn)定的使用。
[0060] 以上對本發(fā)明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限 制于以上描述的具體實施例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對本發(fā)明進行的等同修改和 替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和 修改，都應涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種高阻燃性能的導熱材料，其特征在于，按照重量份數(shù)，包括： 聚合物樹脂 20-40份; 導熱填料 40-60份； 阻燃劑 1-10份； 相容劑 1-10份： 增白剤 0飢-打.5份:; 抗黃變劑 0.01-0.1份； 澗滑劑 0.01-0.1份； 其中，所述阻燃劑由芳香族憐酸醋型阻燃劑與憐臘型阻燃劑按照重量比1:10-10:1復 配形成； 其中，所述芳香族憐酸醋型阻燃劑的結(jié)構(gòu)式如下：其中，所述憐臘型阻燃劑的結(jié)構(gòu)式如下：式中，η為3~10000的整數(shù);Ri、R2分別獨立的選自芳香基或烷基芳香基中的一種;R3選 自-N = P(0Rl)3、-N = P(0R2)3、-N = P(0)0Rl、-N = P(0)0R2中的一種；R4選自-P(0Rl)4、-P (0R2)4、-P(0)(0R1)2、-P(0)(0R2)2 中的一種。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高阻燃性能的導熱材料，其特征在于，所述聚合物樹脂選自聚 酷胺類聚合物樹脂。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高阻燃性能的導熱材料，其特征在于，所述導熱填料選自粒徑 為O.l-lOOwii的金屬材料粉末、粒徑為O.l-lOOwii且導熱值大于lOW/m.K的非金屬材料粉末 或纖維中的一種或幾種。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高阻燃性能的導熱材料，其特征在于，所述阻燃劑由所述芳香 族憐酸醋型阻燃劑與所述憐臘型阻燃劑按照重量比1:5-5:1復配形成。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高阻燃性能的導熱材料，其特征在于，所述相容劑由締控聚合 物接枝馬來酸酢形成。6. -種如權(quán)利要求1-5任意一項所述的高阻燃性能的導熱材料的制備方法，其特征在 于，包括如下步驟： 按照重量份數(shù)，稱取導熱填料、憐臘型阻燃劑、增白劑、抗黃變劑w及潤滑劑，于高混機 中混合均勻，于混合狀態(tài)下加入已經(jīng)加熱好的芳香族憐酸醋型阻燃劑，混合均勻后于停止 混合狀態(tài)下加入聚合物樹脂和相容劑，混合得到混合備用料，將所述混合備用料投入V型混 合機中混合"造粒"，將造粒成功的物料投入擠出機中擠出切粒。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述高混機為立式可加熱高混機，并 且，所述高混機的容積為10化-100化。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述V型混合機為翻滾式、帶有攬拌轉(zhuǎn) 子的無加熱型V型混合機，并且，所述V型混合機的容積為10化-1〇〇化。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述擠出機為同向雙螺桿擠出機，并 且，所述擠出機的長徑比為30-70。
【文檔編號】C08L77/00GK105968796SQ201610459705
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】周玄全, 谷志杰
【申請人】上海樹普新材料科技有限公司