[发明专利]一种含有纳米钻石烯的聚丙烯复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚丙烯纳米复合材料技术领域，具体涉及一种含有纳米钻石烯的聚丙烯复合材料及制备方法。

背景技术

导热材料广泛应用在热传导工程、供热工程、电子与信息工程。金属材料由于具有优异的导热性，在非绝缘领域应用极为广泛，但是金属制品不耐腐蚀，质量较重，加工成本较高。高分子聚合物与金属材料相比，具有质量较轻，加工易成型，耐化学腐蚀，电阻率高等优点。近年来导热型聚合物复合材料成为研究的重点，目前导热性聚合物复合材料主要应用在导热电路板、太阳能热水器、齿轮、蓄电池冷却器、电器设备、仪器外壳、移动电话、轴承等产品。导热性聚合物通常是将纳米级的无机填料与高分子基体进行组合，其导热率由导热率较高的无机填料和导热率较低的高分子基体共同决定，无机填料通常包括金属单质类，如金、银、铜等；金属氧化物，如氧化铝，氧化锌等；金属氮化物，如氮化铝，氮化硼等；碳材料，如石墨、碳纤维等。

自1957年意大利Montecatinl公司实现聚丙烯（PP）工业化以来，PP已经成为发展速度最快、产量最大、牌号最多、用途最广的合成树脂之一。聚丙烯与其他的通用塑料相比具有原材料丰富、价格低廉、力学性能优良、化学稳定性好、电绝缘性良好及耐应力撕裂的优点，但是其导热率非常低，只有（0.1～0.2）W·m^-1·K^-1。将高导热率的纳米无机材料作为聚合物的填料，聚丙烯材料作为基体，就可以制备出高导热的高分子复合材料。通常纳米颗粒都具有易团聚、不易分散的特点，将其添加在聚合物中时容易在基体中形成团聚体，影响其复合材料的机械综合性能，造成其材料的后续加工难度增加，同时纳米粒子在基体中团聚也容易造成材料的散热不均，会引起热膨胀不均而导致的热应力过大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有纳米钻石烯的聚丙烯复合材料，同时提供其制备方法是本发明的又一发明目的。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种含有纳米钻石烯的聚丙烯复合材料，由以下重量份的物质组成：聚丙烯树脂100份，纳米钻石烯2～8份，抗氧化剂168 0.5～1份，抗氧化剂1010 0.1～1份，滑石粉1～10份。

所述聚丙烯树脂的熔体流动速率2～8g/min；所述纳米钻石烯由50nm、75nm、100nm三种不同粒度的纳米钻石烯组成，三者的质量比为(2～3)：(4～5)：(1～2)。

所述纳米钻石烯依次经过活化和偶联剂修饰处理：

其中，活化步骤为：

①超声波碱洗：将纳米钻石烯倒入浓度为10%～12%的氢氧化钠溶液中，同时以35～45 KHz的超声频率进行超声清洗，溶液温度控制在50～60℃之间，搅拌速度为35～40rpm，超声清洗时间为20～30min；

②超声波清洗：将步骤①处理过的钻石烯放入去离子水溶液中进行超声清洗，超声频率为30～40KHz，同时以10～20rpm的搅拌速度进行搅拌，搅拌时间15～20min，测量上层清液pH值，反复清洗直至pH=7；

③酸洗活化：配置浓度为25%～30%的稀硝酸溶液，将步骤②中处理过的纳米钻石烯放入稀硝酸溶液，溶液温度25～30℃左右，搅拌速度30～35rpm，搅拌时间15～20min；

④超声波水洗：将步骤③中处理过的纳米钻石烯放入去离子水中，同时加以30～35KHz的超声频率，并以10～20 rpm的搅拌速度进行搅拌，搅拌时间15～20min，测量上层清液pH值，反复清洗直至pH=7；

偶联剂修饰步骤为：

将活化处理的纳米钻石烯分散在异丙醇中，不断搅拌的同时加入钛酸酯偶联剂TMC-TTS，体系于80～90℃的真空烘箱里烘2～3h，直至溶剂挥发，制得经偶联剂修饰的纳米钻石烯。

偶联剂修饰步骤中：活化处理过的纳米钻石烯与异丙醇的用量比为（1～2）g:100ml，钛酸酯偶联剂TMC-TTS的质量为纳米钻石烯质量的4～10%。

所述的含有纳米钻石烯的聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1）按比例称取聚丙烯树脂、纳米钻石烯、抗氧化剂168、抗氧剂1010及滑石粉；

2）将纳米钻石烯与聚丙烯树脂混合10～15min，再添加抗氧化剂168、抗氧化剂1010及滑石粉，继续混合25-30min，得到混合料；

3）再将混合料挤出造粒；所得粒料经烘干后注塑即得。

步骤3）中，挤出造粒具体操作为：倒入同向双螺杆挤出机中于210℃下进行造粒；烘干是在80℃烘箱中烘1～1.5h；注塑温度为230℃。