[發明專利]阻燃導熱聚氨酯復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410403142.2
• 申請日: 2014-08-15
• 公開（公告）號: CN104193947A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 劉述梅;李志光;趙建青;姜蕾;劉運春
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08G18/73
• 分類號: C08G18/73;C08G18/66;C08G18/48;C08G18/32;C08K9/04;C08K3/22;C08K3/38
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略;羅觀祥

技術領域

本發明涉及聚氨酯復合材料，具體涉及一種阻燃導熱聚氨酯復合材料及其制備方法；屬于高分子材料改性技術領域。

發明背景

聚氨酯具有強度較高、硬度范圍寬、耐磨性優異、耐水性好、耐疲勞性好、耐油耐溶劑性優良等優點，通過調節原料及其用量，聚氨酯性能變化范圍大，可以替代金屬或者陶瓷制備電子電氣的組件和外殼。電子產品在運行時產生熱量，熱量不及時擴散會嚴重影響電子產品的壽命，這就對材料的導熱性能提出要求，另外，電子產品對材料的電絕緣性和阻燃性能同樣有一定的要求。聚氨酯熱導率低、不阻燃，通過添加大量電絕緣導熱填料和無鹵阻燃填料后，其導熱性能可大幅度提高，同時具有較高的阻燃性能和電絕緣性能，可以一定程度地滿足實際應用需要。但是，填料的大量填充往往會引起聚氨酯加工性能和力學性能變差，因此，強度高、無鹵阻燃、導熱性好的聚氨酯復合材料制備意義重大。

中國發明專利申請CN102585479A采用三聚氰胺氰尿酸鹽和有機次膦酸鹽為阻燃劑，制備了無鹵阻燃聚氨酯彈性體，兩者用量分別為12％(質量百分數，下同)和8％時，復合材料能通過UL-94V-0級。中國發明專利申請CN102295835A采用氫氧化鎂和磷酸酯為阻燃劑制備了無鹵阻燃聚氨酯彈性體，兩者用量分別為10％和20％時，復合材料能通過UL-94V-0級。以上兩個發明專利采用有機磷次膦酸鹽或磷酸酯復配無機阻燃填料阻燃，雖然在較低的填充量下復合材料的阻燃效果好，但是均存在使用過程中有機磷析出，導致復合材料的阻燃性能和力學性能降低的問題。中國發明專利申請CN103524698A采用二乙基次膦酸鹽和N，N-雙(2-羥乙基)胺基亞甲基膦酸二乙酯為阻燃劑制備了一種無鹵阻燃導熱的聚氨酯灌封膠，兩者總用量為15.8％，另加25％的氧化鋁和16.7％的氮化鋁為導熱填料，所得復合材料通過UL-94V0級，但其熱導率只有0.63W/m·K，拉伸強度只有6.5MPa，而為了提高熱導率而增加導熱填料的用量又將導致更差的力學性能。

中國發明專利申請CN103351565A公開了一種耐磨導熱聚氨酯軸承的制備方法，采用Kvelar纖維和KH-550改性的石墨烯作為填料，填充聚氨酯-甲基丙烯酸甲酯，其中甲基丙烯酸甲酯的用量為8.8％，Kvelar纖維的用量為0.44％，石墨烯的用量為2.6％，復合材料的熱導率達到3.0W/m·K、拉伸強度達到42.0MPa。雖然該發明專利以較低的Kvelar纖維和石墨烯填充量獲得較高的熱導率，但是兩者的價格昂貴，且沒有賦予復合材料阻燃性能，實際應用價值較低。

綜上所述，同時具備阻燃、導熱且力學性能優良的聚氨酯復合材料幾乎沒有公開報道，本領域迫切需要開發一種具有導熱、阻燃和電絕緣性能且良好力學性能的聚氨酯復合材料。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種阻燃導熱聚氨酯復合材料，該材料同時具有阻燃性能優異、導熱性能好和力學性能良好的特點，且材料不含鹵素和有機填料，對環境友好。

本發明的另一目的在于提供上述阻燃導熱聚氨酯復合材料的制備方法，其工藝簡單，操作性強。

本發明采用氫氧化鋁作為阻燃填料，氧化鎂和/或氮化硼作為導熱填料，由于氫氧化鋁的熱導率為1.5W/m·K，比聚氨酯的熱導率0.2～0.3W/m·K高，其加入可一定程度地提高聚氨酯的熱導率，且氫氧化鋁和氧化鎂、氮化硼在微觀上具有不同的形狀，它們的復配能減少填料間的空隙，得到最大堆積密度，有利于導熱性能的提高，因此，氫氧化鋁在阻燃的同時有一定的導熱協效作用，41.0％～52.5％的導熱填料可使聚氨酯的熱導率達到1.0W/m·K以上；另一方面，氧化鎂和氮化硼是不可燃材料，在聚氨酯中具有稀釋聚合物濃度、加快熱量擴散的作用，對阻燃也有一定的幫助。

本發明采用聚氧化丙烯三醇磷酸酯作為偶聯劑對導熱填料和阻燃填料改性，該偶聯劑鏈端的羥基能與聚氨酯的異氰酸酯基反應，結構中含有的聚氧化丙烯二醇鏈段，不僅能與聚氨酯的軟段發生鏈纏結作用，而且鏈段上的大量醚鍵能與聚氨酯軟段上的醚鍵以及氨基甲酸酯鍵產生氫鍵作用，改性導熱填料和阻燃填料與聚氨酯不僅相容性好，而且結合力強，在聚氨酯中的填充量大，使其獲得優異的阻燃性能和導熱性能，在高填充量下復合材料的力學性能良好，且偶聯劑中含有阻燃的磷元素，有助于提高復合材料的阻燃性能，因此，約20％的改性氫氧化鋁能使復合材料獲得高阻燃性能，通過UL-94V-0級，遠遠低于單獨氫氧化鋁阻燃所需要的約60％的用量。

為了上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種阻燃導熱聚氨酯復合材料，按質量百分數計，其原料配方由如下組分組成：