[发明专利]一种同时具有导热和阻燃性能的铝塑膜添加剂及其制备方法与应用

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同时具有导热和阻燃性能的铝塑膜添加剂及其制备方法，铝塑膜。本发明首先将氢氧化镁和石墨烯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三甲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。制备的添加剂和pp材料的相容性明显增加，导热阻燃pp膜的力学性能和添加纯氢氧化镁的pp膜相比力学性能更好，导热系数明显增加。

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的同时具有导热和阻燃性能的铝塑膜添加剂及其制备方法应用。

背景技术

铝塑膜因其耐腐蚀、电绝缘、高强度等优良性能，在锂电池软包电芯被广泛使用，但是由于电池在充放电过程中会产生大量的热量，如果不及时传导出去会对电芯性能造成严重的损害。当电芯内部短路起火时，铝塑膜的pp层以及尼龙层都极易燃烧，从而造成更大的火势，最终导致整包电池燃烧，因此同时提高铝塑膜的导热性、阻燃性十分有必要。市面上目前针对铝塑膜的导热性能提升，存在很多方案，大致分为两类。一类是通过在聚丙烯层或者尼龙层添加导热填料，但是存在的问题是填料与材料的相容性问题，填料过低起不到导热的效果，添加量过高则会破坏铝塑膜的弯曲柔韧等力学性能。另一类是制备导热胶负责粘结铝塑膜的两侧，这种方法虽然可取但是技术可实施性较低，不易量产，成本较高也不推荐。并且大家主要关注点在于铝塑膜的导热性能提升，几乎没有关注铝塑膜的阻燃性能。铝塑膜内部的聚丙烯层是极易燃烧的，并且燃烧过程产生的熔滴有害气体对人体以及环境危害极大，因此，铝塑膜的散热性能、阻燃性能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。通常市面上都是以共混添加的方式添加石墨烯等导热填料，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。因此通过将石墨烯表面修饰基团和其他阻燃剂反应就可以解决石墨烯团聚的问题，并且制备导热阻燃剂既可以解决铝塑膜的散热问题，又可以解决由于热失控引发的燃烧问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种同时具有导热和阻燃性能的铝塑膜添加剂，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。

本发明的第二个目的是为了提供该添加剂的制备方法

本发明的第三个目的是该添加剂的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种同时具有导热和阻燃性能的铝塑膜添加剂，所述添加剂为通过硅烷偶联剂对碱性物质与碳基纳米填料进行化学接枝改性，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，得到添加剂。

作为本发明的一种优选方案，所述碱性物质包括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，所述碳基纳米填料选自石墨烯、碳纳米管和碳纳米纤维中的一种。

一种上述的的同时具有导热和阻燃性能的铝塑膜添加剂的制备方法，所述制备方法包括：

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，再加入碱性物质与碳基纳米填料混合，加热至回流5-7h，冷却至室温；然后多次清洗，真空干燥，得到表面接枝的碱性物质；