[發(fā)明專(zhuān)利]一種同時(shí)具有阻燃導(dǎo)熱功能的改性氫氧化鎂的制備方法及在尼龍材料上的應(yīng)用

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• 申請(qǐng)日: 2020-11-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112694642A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡雨萌;劉桃松;陳冬;屠芳芳;張焱;黨志敏;張文;楊東輝;陳建;相佳媛;李敏;蔣嵐
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江南都電源動(dòng)力股份有限公司;杭州南都動(dòng)力科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C08K9/10
• 分類(lèi)號(hào): C08K9/10;C08K9/06;C08K9/02;C08K3/22;C08L77/00
• 代理公司: 杭州裕陽(yáng)聯(lián)合專(zhuān)利代理有限公司 33289
• 代理人: 田金霞

本發(fā)明涉及一種提高聚合物基體的相容性，同時(shí)具有阻燃和導(dǎo)熱性能的核殼結(jié)構(gòu)改性氫氧化鎂的制備方法及在尼龍材料上的應(yīng)用。本發(fā)明首先將氫氧化鎂和碳基納米填料通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行化學(xué)接枝改性，以降低表面極性，然后用硅橡膠封端包覆，硅橡膠的碳碳雙鍵和表面接枝了石墨烯三乙氧基硅烷的氫氧化鎂發(fā)生加成反應(yīng)，形成Si?O?Si鍵的核殼結(jié)構(gòu)包裹在氫氧化鎂表面，使得氫氧化鎂由原來(lái)的親水變成了超疏水狀態(tài)。并且Si?O?Si鍵在高溫燃燒過(guò)程中，會(huì)形成陶瓷結(jié)構(gòu)包裹在材料表面，形成致密的碳層，隔絕空氣，達(dá)到阻燃的目的。本發(fā)明解決了氫氧化鎂的親水性、聚合物基體的相容性以及石墨烯團(tuán)聚的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于阻燃劑領(lǐng)域，涉及一種改性氫氧化鎂的制備方法，尤其涉及一種提高聚合物基體的相容性，同時(shí)具有阻燃和導(dǎo)熱性能的核殼結(jié)構(gòu)改性氫氧化鎂的制備方法及在尼龍材料上的應(yīng)用。

背景技術(shù)

尼龍材料上因其耐腐蝕、電絕緣、高強(qiáng)度等優(yōu)良性能，在電子電氣行業(yè)，尤其是作為鋰電池插頭得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)提高阻燃性和導(dǎo)熱性仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。含鹵素阻燃劑對(duì)尼龍材料上具有優(yōu)異的阻燃效果，但由于其在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生腐蝕性和有毒煙霧，因此其應(yīng)用受到限制。無(wú)鹵阻燃劑的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用已成為尼龍材料上廣泛研究的課題。近年來(lái)，無(wú)鹵阻燃劑(包括紅磷、可膨脹石墨、膨脹阻燃劑、金屬氫氧化物)已被用于阻燃尼龍材料上。如氫氧化鋁和氫氧化鎂因其環(huán)保、成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于尼龍材料上中，氫氧化鎂具有比氫氧化鋁更高的熱穩(wěn)定性；這對(duì)于聚合物材料的加工至關(guān)重要。對(duì)于鋰電池插頭，在其使用過(guò)程中產(chǎn)生的熱量能否被有效地消散也是至關(guān)重要的。然而，尼龍材料上的固有導(dǎo)熱系數(shù)較低，需要加入導(dǎo)熱填料提高熱導(dǎo)率。因此，尼龍的阻燃性能、散熱性能以及防靜電是其應(yīng)用過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題。

盡管氫氧化鎂具有誘人的特性，但當(dāng)氫氧化鎂用于阻燃尼龍材料上時(shí)，其極性和親水性導(dǎo)致相容性和耐水性較差。同時(shí)，復(fù)合材料的力學(xué)性能也受到嚴(yán)重破壞。此外，氫氧化鎂可以遷移到材料表面，因此火焰延遲性也相應(yīng)降低。目前傳統(tǒng)的改性氫氧化鎂方法中，硅烷偶聯(lián)劑被廣泛應(yīng)用。當(dāng)用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)氫氧化鎂表面進(jìn)行化學(xué)改性時(shí)，硅烷偶聯(lián)劑的接枝量不足以獲得合理的相容性和耐水性。當(dāng)用硅橡膠直接包覆氫氧化鎂時(shí)，改性氫氧化鎂的耐久性并不理想，因?yàn)闅溲趸V與硅橡膠之間的極性差異。對(duì)于導(dǎo)熱填料傳統(tǒng)的填料如氧化鋁、納米硅、氮化鋁等并入聚合物材料中。然而，填料的加入量過(guò)大會(huì)影響材料的加工性能和力學(xué)性能。最近，碳基納米填料(包括石墨烯、碳納米管和碳納米纖維)，由于其獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)，如高長(zhǎng)徑比和出色的導(dǎo)熱性，通常被用于改善聚合物材料的導(dǎo)熱性。然而，大多數(shù)納米填料由于其高比表面積以及范德華和共軛相互作用而在聚合物基體中快速聚集，不利于導(dǎo)熱熱網(wǎng)格的生成，為了提高傳熱效率，要求導(dǎo)熱填料在聚合物基體中具有良好的分散性和相容性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種同時(shí)具有阻燃導(dǎo)熱功能的改性氫氧化鎂的制備方法，本發(fā)明旨在解決氫氧化鎂的親水性、聚合物基體的相容性以及石墨烯團(tuán)聚的問(wèn)題。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供該同時(shí)具有阻燃導(dǎo)熱功能的改性氫氧化鎂在尼龍材料上的應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種同時(shí)具有阻燃導(dǎo)熱功能的改性氫氧化鎂的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

1)在保護(hù)氣氛氛圍下，通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑將氫氧化鎂與碳基納米填料進(jìn)行化學(xué)接枝改性，得到表面接枝的氫氧化鎂；

2)在保護(hù)氣氛氛圍下，通過(guò)疏水性硅橡膠對(duì)步驟1)得到的表面接枝的氫氧化鎂進(jìn)行封端包覆，得到同時(shí)具有阻燃導(dǎo)熱功能的改性氫氧化鎂。

在本技術(shù)方案中，首先將氫氧化鎂和碳基納米填料通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行化學(xué)接枝改性，以降低表面極性，然后用硅橡膠封端包覆，硅橡膠的碳碳雙鍵和表面接枝了石墨烯三乙氧基硅烷的氫氧化鎂發(fā)生加成反應(yīng)，形成Si-O-Si鍵的核殼結(jié)構(gòu)包裹在氫氧化鎂表面，使得氫氧化鎂由原來(lái)的親水變成了超疏水狀態(tài)。并且Si-O-Si鍵在高溫燃燒過(guò)程中，會(huì)形成陶瓷結(jié)構(gòu)包裹在材料表面，形成致密的碳層，隔絕空氣，達(dá)到阻燃的目的。