一种高分子化合物中的高导热组合物及制备方法和应用与流程

1.本发明涉及一种高分子化合物中的高导热组合物，涉及c08l，高分子化合物的组合物领域。


背景技术：

2.无机金属材料经常被应用于与高分子化合物复合，改善其导热性能和绝缘性能，但是在填充过程中，由于吸油值的限制，当无机金属材料的填充量过大时，会产生填料与高分子化合物分层的现象，使产品的均匀性下降，导致导热性能不稳定，因此对无机金属材料进行表面改性十分重要。
3.中国发明专利cn201010180614.4公开了一种导热绝缘硅橡胶复合材料，通过将铝粉和氧化铝粉与硅烷偶联剂共混，提高铝粉和氧化铝与硅橡胶的相容性，但是通过釜式反应器混合，反应效果较差，形成的铝粉和氧化铝粉的表面改性不均匀。中国发明专利cn201310447736.9公开了一种高导热绝缘塑料，通过加入导热绝缘填料提高材料的导热和绝缘性，填料为改性的氮化铝，氮化铝的使用成本较高，不适合大规模生产，并且得到的产品导热系数较低，不能实现高导热的效果。


技术实现要素：

4.为了提高高分子化合物的导热性能，降低绝缘性能，本发明的第一个方面提供了一种高分子化合物中的高导热组合物，制备原料包括铝粉，载气，硅氧烷水溶液；所述铝粉为球形铝粉，粒径为1-100μm。
5.作为一种优选的实施方式，所述铝粉为球形铝粉，粒径为1-100μm。
6.作为一种优选的实施方式，所述球形铝粉的粒径为1-75μm。
7.作为一种优选的实施方式，所述球形铝粉的粒径为1-50μm。
8.申请人在实验过程中发现，优选粒径为1-50μm的球形铝粉可以实现氧化铝在铝粉表面的均匀包裹，并且球形铝粉在管式反应器中容易向前输送发生反应，反应更加均匀，球形铝粉在最外表面包裹氧化硅后更容易在高分子复合材料中分散均匀，降低吸油值，进一步提高高分子复合材料的导热系数。
9.作为一种优选的实施方式，所述载气选自氧气、氮气、氦气、氩气、二氧化碳中的至少两种。
10.作为一种优选的实施方式，所述载气为氧气和氮气的混合气体。
11.作为一种优选的实施方式，所述氧气占载气质量分数的1-10%。
12.作为一种优选的实施方式，所述氧气占载气质量分数的1-5%。
13.进一步优选，所述氧气占载气质量分数的5%。
14.申请人在实验过程中发现，使用氧气和氮气的混合气体作为载气，并且氧气占载气质量分数的5%时，可以使铝粉表面与氧气充分反应形成致密均匀的氧化铝膜，同时氮气的存在避免了铝粉与其他杂质的反应，保证氧化铝的性质稳定。
15.作为一种优选的实施方式，所述硅氧烷水溶液中硅氧烷与水的重量比为（8-10）：1。
16.作为一种优选的实施方式，所述硅氧烷与水的重量比为（9-10）：1。
17.作为一种优选的实施方式，所述硅氧烷与水的重量比为（9-9.5）：1。
18.作为一种优选的实施方式，所述硅氧烷水溶液的制备方法为：将硅氧烷与水混合后，搅拌均匀即得。
19.申请人在实验过程中发现当硅氧烷与水的重量比为（9-9.5）：1时形成的硅烷水解物可以对球形铝粉实现均匀包裹，降低球形铝粉的吸油值，增大铝粉的表面电阻，猜测可能的原因是：硅氧烷与水可以在特定条件下形成硅烷水解物，硅烷水解物可以与球形铝粉表面的氢键反应，形成氧化硅包裹在球形铝粉的表面，当硅氧烷与水的重量比为（9-9.5）：1时形成的硅烷水解物性能稳定易与球形氧化铝表面的氢键反应，可以在球形氧化铝的表面形成单层包覆的氧化硅，增大铝粉的表面电阻但不会对铝粉的导热性能造成影响，并且单层氧化硅的包裹降低了铝粉表面的吸油值，有利于增加球形铝粉在高分子硅橡胶复合材料中的填充量，拓展球形铝粉的应用范围。
20.作为一种优选的实施方式，所述硅氧烷选自γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-甘油醚丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷中的一种或几种的组合。
21.作为一种优选的实施方式，所述硅氧烷为γ-氨丙基三甲氧基硅烷与γ-甘油醚丙基三甲氧基硅烷的组合。
22.作为一种优选的实施方式，所述γ-氨丙基三甲氧基硅烷与γ-甘油醚丙基三甲氧基硅烷的重量比为1：（0.1-0.3）。
23.申请人在实验过程中发现，当γ-氨丙基三甲氧基硅烷与γ-甘油醚丙基三甲氧基硅烷的重量比为1：（0.1-0.3）时能够获得较好的水解效果，与铝粉复合后能够在铝粉表面形成一层均匀的氧化硅，减少了表面氧化硅分布不均匀的现象。
24.作为一种优选的实施方式，所述铝粉与硅氧烷水溶液的重量比为1：（0.05-0.1）。
25.申请人在实验过程中发现，当铝粉与硅氧烷水溶液的重量比为1：（0.05-0.1）时，可以在已形成的氧化铝表面形成均匀的氧化硅，有利于降低铝粉的吸油值，增加铝粉在高分子复合材料中的填充量，提高高分子复合材料的导热性能，并且可以提高后续步骤中气固分离的效率。
26.本发明的第二个方面提供了一种高分子化合物中的高导热组合物的制备方法，包括以下步骤：（1）以载气为动力，将铝粉输送至第一级管式反应器中进行反应，温度为150-200℃，反应时间为10-40min；（2）继续以载气为动力，将步骤1反应完的铝粉输送至第二级管式反应器中，同时逆向通入雾化的硅氧烷水溶液，反应温度为100-150℃，反应时间为10-40min；（3）继续以载气为动力，将步骤2反应完的铝粉输送至气固分离器中进行气固分离，得到高导热组合物。
27.本发明的第三个方面提供了一种高分子化合物中的高导热组合物的应用，应用于制备导热绝缘的高分子复合材料中。
28.作为一种优选的实施方式，可以应用于制备导热硅脂、导热凝胶、导热硅胶高分子复合材料中。
29.本发明的第四个方面提供了一种经高分子化合物中的高导热组合物的制备方法制备得到的粉体。
30.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）本发明所述高分子化合物中的高导热组合物，通过采用管式反应器对球形铝粉进行表面改性，制备得到了表面包覆氧化铝和氧化硅的铝粉，能够使铝粉的表面电阻超过10
10
ω.cm，应用于高分子复合材料中可以明显提高绝缘效果。
31.（2）本发明所述高分子化合物中的高导热组合物，通过优选硅氧烷水溶液的种类和重量比，可以降低铝粉的吸油值，增加铝粉在高分子复合材料中的填充量，提高高分子材料的导热系数。
32.（3）本发明所述高分子化合物中的高导热组合物，通过优选氧气与硅氧烷水溶液与铝粉的重量比，制备得到密度适宜的铝粉，减少了铝粉与高分子复合材料的油粉分离现象，避免了导热性能的不稳定性。
具体实施方式
33.下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
34.另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。
35.实施例1一种高分子化合物中的高导热组合物，制备原料包括铝粉，载气，硅氧烷水溶液。
36.所述铝粉为球形铝粉，球形铝粉的粒径为5μm，购自中国铝业股份有限公司。
37.所述载气为氧气和氩气的混合气体，氧气占载气质量分数的1%。
38.所述硅氧烷与水的重量比为9：1，所述硅氧烷为γ-氨丙基三甲氧基硅烷与甲基三甲氧基硅烷，重量比为1：0.1，硅氧烷购自曲阜晨光化工有限公司。
39.所述铝粉与硅氧烷水溶液的重量比为1：0.06。
40.一种高分子化合物中的高导热组合物的制备方法及应用，包括以下步骤：（1）以载气为动力，将铝粉输送至第一级管式反应器中进行反应，温度为150℃，反应时间为12min；（2）继续以载气为动力，将步骤1反应完的铝粉输送至第二级管式反应器中，同时逆向通入雾化的硅氧烷水溶液，反应温度为100℃，反应时间为18min；（3）继续以载气为动力，将步骤2反应完的铝粉输送至气固分离器中进行气固分离，得到高导热绝缘铝粉。
41.实施例2一种高分子化合物中的高导热组合物，制备原料包括铝粉，载气，硅氧烷水溶液。
42.所述铝粉为球形铝粉，球形铝粉的粒径为5μm，购自中国铝业股份有限公司。
43.所述载气为氧气和氮气的混合气体，氧气占载气质量分数的5%。
44.所述硅氧烷与水的重量比为9.5：1，所述硅氧烷为3-氨丙基三乙氧基硅烷与γ-甘
油醚丙基三甲氧基硅烷，重量比为1：0.3，硅氧烷购自曲阜晨光化工有限公司。
45.所述铝粉与硅氧烷水溶液的重量比为1：0.08。
46.一种高分子化合物中的高导热组合物的制备方法及应用，包括以下步骤：（1）以载气为动力，将铝粉输送至第一级管式反应器中进行反应，温度为150℃，反应时间为12min；（2）继续以载气为动力，将步骤1反应完的铝粉输送至第二级管式反应器中，同时逆向通入雾化的硅氧烷水溶液，反应温度为100℃，反应时间为18min；（3）继续以载气为动力，将步骤2反应完的铝粉输送至气固分离器中进行气固分离，得到高导热绝缘铝粉。
47.实施例3一种高分子化合物中的高导热组合物，制备原料包括铝粉，载气，硅氧烷水溶液。
48.所述铝粉为球形铝粉，球形铝粉的粒径为5μm，购自中国铝业股份有限公司。
49.所述载气为氧气和氮气的混合气体，氧气占载气质量分数的5%。
50.所述硅氧烷与水的重量比为9.5：1，所述硅氧烷为γ-氨丙基三甲氧基硅烷与γ-甘油醚丙基三甲氧基硅烷，重量比为1：0.2，硅氧烷购自曲阜晨光化工有限公司。
51.所述铝粉与硅氧烷水溶液的重量比为1：0.075。
52.一种高分子化合物中的高导热组合物的制备方法及应用，包括以下步骤：（1）以载气为动力，将铝粉输送至第一级管式反应器中进行反应，温度为150℃，反应时间为30min；（2）继续以载气为动力，将步骤1反应完的铝粉输送至第二级管式反应器中，同时逆向通入雾化的硅氧烷水溶液，反应温度为100℃，反应时间为30min；（3）继续以载气为动力，将步骤2反应完的铝粉输送至气固分离器中进行气固分离，得到高导热绝缘铝粉。
53.实施例4一种高分子化合物中的高导热组合物，制备原料包括铝粉，载气，硅氧烷水溶液。
54.所述铝粉为球形铝粉，球形铝粉的粒径为5μm，购自中国铝业股份有限公司。
55.所述载气为氧气和氦气的混合气体，氧气占载气质量分数的5%。
56.所述硅氧烷与水的重量比为9：1，所述硅氧烷为γ-氨丙基三甲氧基硅烷与正辛基三甲氧基硅烷，重量比为1：0.1，硅氧烷购自曲阜晨光化工有限公司。
57.所述铝粉与硅氧烷水溶液的重量比为1：0.05。
58.一种高分子化合物中的高导热组合物的制备方法及应用，包括以下步骤：（1）以载气为动力，将铝粉输送至第一级管式反应器中进行反应，温度为150℃，反应时间为30min；（2）继续以载气为动力，将步骤1反应完的铝粉输送至第二级管式反应器中，同时逆向通入雾化的硅氧烷水溶液，反应温度为100℃，反应时间为18min；（3）继续以载气为动力，将步骤2反应完的铝粉输送至气固分离器中进行气固分离，得到高导热绝缘铝粉。
59.实施例5提供一种市售的氧化铝粉，购自中国铝业股份有限公司。
60.实施例6提供一种市售的未经改性的铝粉，购自中国铝业股份有限公司。
61.性能测试：将实施例1-6的粉体和粘度为350cp的甲基硅油以重量比1：9加入到容器内，放入真空离心三维混合机内真空搅拌30min，停机铲边，再次真空离心混合搅拌30s，停机出料。
62.1.外观测试：依据gb 16776标准观察制备得到的混合物外观。
63.2.密度测试：依据gb/t 13477.2-2002标准测试制备得到的混合物密度。
64.3.吸油量：依据gb/t 5211.15-1988标准测试制备得到的混合物吸油量。
65.4.导热系数：依据astmd5470标准测试制备得到的混合物导热系数。
66.5.体积电阻率：依据gbt 1692-2008《硫化橡胶绝缘电阻率的测定》标准测试制备得到的混合物体积电阻率。
67.将实施例1-6依据上述标准进行测试，结果见于表1。
68.表1在本技术实施例6中制备得到的高导热组合物的混合物因太稠无法添加导致导热系数无法测定。

技术特征：
1.一种高分子化合物中的高导热组合物，其特征在于，制备原料包括铝粉，载气，硅氧烷水溶液；所述铝粉为球形铝粉，粒径为1-100μm。2.根据权利要求1所述高分子化合物中的高导热组合物，其特征在于，所述球形铝粉的粒径为1-75μm。3.根据权利要求1所述高分子化合物中的高导热组合物，其特征在于，所述载气选自氧气、氮气、氦气、氩气、二氧化碳中的至少两种。4.根据权利要求3所述高分子化合物中的高导热组合物，其特征在于，所述氧气占载气质量分数的1-10%。5.根据权利要求1所述高分子化合物中的高导热组合物，其特征在于，所述硅氧烷水溶液中硅氧烷与水的重量比为（8-10）：1。6.根据权利要求1所述高分子化合物中的高导热组合物，其特征在于，所述硅氧烷水溶液中硅氧烷与水的重量比为（9-10）：1。7.根据权利要求5所述高分子化合物中的高导热组合物，其特征在于，所述硅氧烷选自γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-甘油醚丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷中的一种或几种的组合。8.根据权利要求1所述高分子化合物中的高导热组合物，其特征在于，所述铝粉与硅氧烷水溶液的重量比为1：（0.05-0.1）。9.一种根据权利要求1-8任一项所述高分子化合物中的高导热组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）以载气为动力，将铝粉输送至第一级管式反应器中进行反应，温度为150-200℃，反应时间为10-40min；（2）继续以载气为动力，将步骤1反应完的铝粉输送至第二级管式反应器中，同时逆向通入雾化的硅氧烷水溶液，反应温度为100-150℃，反应时间为10-40min；（3）继续以载气为动力，将步骤2反应完的铝粉输送至气固分离器中进行气固分离，得到高导热组合物。10.一种根据权利要求1-8任一项所述高分子化合物中的高导热组合物的应用，其特征在于，应用于制备导热绝缘的高分子复合材料中。

技术总结
本发明公开了一种高分子化合物中的高导热组合物，制备原料包括铝粉，载气，硅氧烷水溶液，所述铝粉为粒径为1-100μm的球形铝粉，制备步骤包括首先进入第一级管式反应器进行氧化钝化反应，然后进入第二级管式反应器，与雾化的硅氧烷水溶液发生反应，最后气固分离，得到高导热绝缘铝粉。本发明通过采用管式反应器对球形铝粉进行表面改性，制备得到了表面包覆氧化铝和氧化硅的铝粉，能够使铝粉的表面电阻超过10


技术研发人员：张震宇 张剑 曾武 戚颖杰 褚颖宏
受保护的技术使用者：广东长鹿新材料科技有限公司
技术研发日：2021.09.26
技术公布日：2022/3/8