[发明专利]一种导热阻燃剂的制备方法及该导热阻燃剂在电池外壳上的应用

说明书

本发明涉及一种提高聚合物基体的相容性，同时具有阻燃和导热性能的核壳结构的导热阻燃剂的制备方法及该导热阻燃剂在电池外壳上的应用。本发明首先将氢氧化镁和碳基纳米填料通过硅烷偶联剂进行化学接枝改性，以降低表面极性，然后用硅橡胶封端包覆，硅橡胶的碳碳双键和表面接枝了石墨烯氨丙基三乙氧基硅烷的氢氧化镁发生加成反应，形成Si‑O‑Si键的核壳结构包裹在氢氧化镁表面，使得氢氧化镁由原来的亲水变成了超疏水状态。并且Si‑O‑Si键在高温燃烧过程中，会形成陶瓷结构包裹在材料表面，形成致密的碳层，隔绝空气，达到阻燃的目的。本发明解决了氢氧化镁的亲水性、聚合物基体的相容性以及石墨烯团聚的问题。

技术领域

本发明属于阻燃剂领域，涉及一种提高聚合物基体的相容性，同时具有阻燃和导热性能的核壳结构导热阻燃剂的制备方法及该导热阻燃剂在电池外壳上的应用。

背景技术

电池外壳(塑料壳)的散热问题一直被广泛关注。普通塑料的导热系数过低，这样电池在使用过程中产生的热量无法及时导出，长期处于高温状态这会使得电芯循环性能大幅缩减，如果电芯过热就会失效甚至起火。因此电池外壳的导热效果以及阻燃性能是至关重要的。含卤素阻燃剂对塑料材料具有优异的阻燃效果，但由于其在燃烧过程中会产生腐蚀性和有毒烟雾，因此其应用受到限制。无卤阻燃剂的开发和应用已成为塑料材料广泛研究的课题。近年来，无卤阻燃剂(包括红磷、可膨胀石墨、膨胀阻燃剂、金属氢氧化物)已被用于阻燃聚合物材料。如氢氧化铝和氢氧化镁因其环保、成本相对较低等优点而广泛应用于聚合物材料中，氢氧化镁具有比氢氧化铝更高的热稳定性；这对于聚合物材料的加工至关重要。对于塑料外壳来说其本身的导热系数不高，需要加入导热填料提高热导率。因此，PP、PA、ABS等塑料外壳的阻燃性能、散热性能以及防静电是其应用过程中亟待解决的问题。

碳基纳米填料(包括石墨烯、碳纳米管和碳纳米纤维)，由于其独特的纳米结构，如高长径比和出色的导热性，通常被用于改善聚合物材料的导热性。然而，大多数纳米填料由于其高比表面积以及范德华和共轭相互作用而在聚合物基体中快速聚集，不利于导热热网格的生成，为了提高传热效率，要求导热填料在聚合物基体中具有良好的分散性和相容性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种同时具有阻燃导热功能的导热阻燃剂的制备方法，本发明旨在解决氢氧化镁的亲水性、聚合物基体的相容性以及石墨烯团聚的问题。

本发明的另一个目的是提供导热阻燃剂在电池外壳上的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种导热阻燃剂的制备方法，所述制备方法包括：通过硅烷偶联剂对碱性物质与石墨烯进行化学接枝改性，然后通过疏水性硅橡胶对接枝改性后的碱性物质进行封端包覆，得到导热阻燃剂。

作为本发明的一种优选方案，所述碱性物质包括三氧化二锑、氢氧化镁或氢氧化铝。

作为本发明的一种优选方案，所述碱性物质为氢氧化镁。

作为本发明的一种优选方案，所述制备方法为：

1)在保护气氛氛围中，将硅烷偶联剂、去离子水与乙醇混合，调节pH至4.5-5.5，30-40℃下搅拌2.5-3.5h，再加入氢氧化镁与石墨烯混合，加热至回流5-7h，冷却至室温；然后多次清洗，真空干燥，得到表面接枝的氢氧化镁；

2)在保护气氛氛围中，将步骤1)得到的表面接枝的碱性物质，甲苯，硅橡胶与催化剂混合，加热至回流，反应完成后冷却至室温，洗涤多次后干燥，得到同时具有阻燃导热功能的改性氢氧化镁。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤1)中，所述的硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷，N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，N-(γ,-二甲氨丙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种。