摻雜碳酸鈣聚烯烴導熱復合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高分子功能復合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種摻雜碳酸鈣的聚烯烴導 熱復合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 相對于鋼制、鐵制等金屬管材而言，塑料管材具有耐腐蝕性強、質(zhì)輕、衛(wèi)生安全、水 流阻力小、對水質(zhì)PH值無要求等優(yōu)點，在上下水管道、燃氣管道、地板采暖管道等產(chǎn)業(yè)中廣 泛應(yīng)用。在眾多聚烯烴塑料管材中，無規(guī)共聚聚丙烯（PPR)和耐熱聚乙烯（PERT)樹脂的性 能較優(yōu)，應(yīng)用也較廣泛。PPR在上水管、淡水輸送管、加熱系統(tǒng)管、化學物質(zhì)輸送管、農(nóng)林灌 溉管等管材的發(fā)展中占有舉足輕重的地位。PPR管可以應(yīng)用在工作溫度為60-70°C的冷熱 水供應(yīng)，工作溫度為30-70°C的地板采暖和融雪系統(tǒng)等領(lǐng)域，是適用于現(xiàn)代民用建筑管道和 工業(yè)用管道系統(tǒng)的綠色環(huán)保產(chǎn)品。PERT管材具有較強的耐熱性能、持久的耐靜壓強度、優(yōu) 良的抗沖擊強度、穩(wěn)定的加工性能、可回收利用、可熔接等特點，是較理想的地板輻射采暖 管材。但是，用于制造塑料管材的聚合物熱導率低，通過降低管道壁厚或增大管道長度和表 面積的方法來提高導熱效率，會導致管道強度降低且增加成本。因此，有必要在此聚合物的 基礎(chǔ)上對聚合物材料進行導熱填充改性，以提高其熱導率。有研宄表明：若塑料管的熱導率 多l(xiāng)WAm*K)時，在地源熱泵系統(tǒng)中，導熱管比普通管單位管長的換熱能力在冬夏季制冷制 熱工作下提高幅度均在15%以上。
[0003] 用于改進聚合物導熱性能的填料一般有氮化物，例如氮化硼（BN)、氮化硅 (Si3N4)、氮化鋁（ALN)或碳化物，例如碳化硅（SiC)、石墨等，這些填料雖然具有較高的熱導 率（一般在25-400WAm?!())，但同時也價格昂貴，導致以此制備導熱塑料的成本大幅上升。 碳酸鈣是一種來源豐富、加工性能好且價格低廉的工業(yè)礦物原料，被廣泛用于聚合物的填 充改性，起到增量、填充、補強和提高樹脂耐熱性能的作用，但人們一般很少關(guān)注到碳酸鈣 的導熱性能。CN101666397A和CN102650355A提供了一種導熱管材料的配方，但其中沒有用 到碳酸鈣；CN103497397A中用到了碳酸鈣改性HDPE波紋管的力學性能，但沒有涉及其導熱 性能。
[0004] 碳酸鈣的熱導率約為2. 5-3WAm?!()，是普通聚合物的十幾倍。如果能用碳酸鈣部 分替代價格昂貴的通用導熱填料，將其與其它導熱填料復配填充到聚烯烴樹脂中，既能賦 予樹脂一定的導熱性能，又能節(jié)約成本，無疑在熱水管或換熱器領(lǐng)域具有較高的經(jīng)濟使用 價值。
[0005] 到目前為止，對于聚烯烴導熱復合材料研宄存在的不足是：大多數(shù)研宄都是將熱 導率高且價格昂貴的填料填充到聚合物中，高填充下使聚合物的力學性能劣化。碳酸鈣是 對聚烯烴具有良好改性效果的優(yōu)質(zhì)填料，在界面處理好的情況下，對聚合物有一定的補強 作用。本發(fā)明將碳酸鈣與其它導熱填料復配使用，開發(fā)了碳酸鈣作為輔助導熱填料的新用 途，不僅可以降低成本，而且可以在滿足一定熱導率要求的基礎(chǔ)上保持材料的力學性能，無 疑具有很強的市場競爭力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種摻雜碳酸鈣的聚烯烴導熱復合材料，同時還提供了一種操作簡 單、成本低廉、可實現(xiàn)工業(yè)化的用于導熱管材或換熱器部件的摻雜碳酸鈣聚烯烴導熱復合 材料的制備方法，成功地解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。
[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種摻雜碳酸鈣的聚烯烴導熱復合材料。
[0008] 本發(fā)明的另一個目的是提供上述摻雜碳酸鈣的聚烯烴導熱復合材料的制備方法。
[0009] 具體地說，本發(fā)明提供了一種摻雜碳酸鈣的聚烯烴導熱復合材料，主要是由聚合 物基體、碳酸鈣和其他導熱填料、增容劑、潤滑劑等組成，其中，所述碳酸鈣和其它導熱填料 復配使用。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種摻雜碳酸鈣的聚烯烴導熱復合材料及其制 備方法，所述摻雜碳酸鈣的聚烯烴復合材料的原料包括如下質(zhì)量份數(shù)的組分：
【主權(quán)項】
1. 一種摻雜碳酸鈣的聚烯烴導熱復合材料，其原料包括如下質(zhì)量份數(shù)的組分：
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜碳酸鈣聚烯烴導熱復合材料，其特征在于，所述聚烯烴 樹脂為無規(guī)共聚聚丙烯（PPR)或耐熱聚乙烯（PERT)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜碳酸鈣聚烯烴導熱復合材料，其特征在于，所述碳酸鈣 為重質(zhì)碳酸鈣（包括粒徑較小的超微細碳酸鈣）、輕質(zhì)碳酸鈣、碳酸鈣晶須中的一種，優(yōu)選 重質(zhì)碳酸鈣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜碳酸鈣聚烯烴導熱復合材料，其特征在于，所述其它導 熱填料為氧化鋁、氮化硼、氮化鋁、碳化硅、氧化鋅晶須、石墨中的一種或幾種組合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜碳酸鈣聚烯烴導熱復合材料，其特征在于，所述增容劑 為乙烯-辛烯無規(guī)共聚物接枝馬來酸酐（POE-g-MAH)、乙烯-辛烯無規(guī)共聚物接枝甲基丙烯 酸縮水甘油酯（ΡΟΕ-g-GMA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物接枝馬來酸酐（EVA-g-MAH)、乙烯-辛 烯嵌段共聚物接枝馬來酸酐（OBC-g-ΜΑΗ)、乙烯-辛烯嵌段共聚物接枝甲基丙烯酸縮水甘 油酯（OBC-g-GMA)、無規(guī)共聚聚丙烯接枝馬來酸酐（PPR-g-MAH)、無規(guī)共聚聚丙烯接枝甲基 丙烯酸縮水甘油酯（PPR-g-GMA)、耐熱聚乙烯接枝馬來酸酐（PERT-g-MAH)、耐熱聚乙烯接 枝甲基丙烯酸縮水甘油酯（PERT-g-GMA)的一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜碳酸鈣聚烯烴導熱復合材料，其特征在于，為進一步改 善材料性能，包括如下助劑，如偶聯(lián)劑和/或潤滑劑；所述的偶聯(lián)劑選自乙烯基三（2-甲氧 基乙氧基）硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或 γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的一種；所述潤滑劑選自硬脂酸，液體石蠟或聚乙烯 賭。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6任意一項所述的摻雜碳酸鈣聚烯烴導熱復合材料，其制備方法 主要包括以下步驟： (1) 將碳酸鈣和其它導熱填料分別用硅烷偶聯(lián)劑進行表面改性，然后與聚烯烴樹脂、增 容劑、潤滑劑充分混合； (2) 將步驟（1)混合好的物料在開煉機或密煉機或雙螺桿擠出機中熔融共混，溫度為 170-2KTC，并造粒； (3) 將步驟（2)所得粒料進行壓片、注射成型或直接擠出管材得摻雜碳酸鈣聚烯烴導 熱復合材料或制品。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7任意一項所述的聚烯烴導熱復合材料的應(yīng)用，其特征在于，該材 料主要應(yīng)用于導熱管材或換熱器部件領(lǐng)域。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種摻雜碳酸鈣聚烯烴導熱復合材料及其制備方法，該配方包括如下質(zhì)量份數(shù)的組分：聚烯烴樹脂：20～70份；碳酸鈣：20～60份；其它導熱填料：0～40份；增容劑：0～10份；偶聯(lián)劑：0.5～5份；潤滑劑：0～2份。本發(fā)明所公開的摻雜碳酸鈣聚烯烴導熱復合材料以常規(guī)的聚合物熔融共混法制備。本發(fā)明將碳酸鈣與其它導熱填料復配使用，開發(fā)了碳酸鈣作為輔助導熱填料的新用途，不僅可以降低成本，而且可以在滿足一定熱導率要求的基礎(chǔ)上保持材料的力學性能，在熱水管或換熱器領(lǐng)域具有較高的經(jīng)濟使用價值。
【IPC分類】C08K3-04, C08K3-22, C08K7-08, C08K3-26, C08L23-06, C08K13-06, C08K3-34, C08K3-28, C08L23-14, C08K9-06, C09K5-14
【公開號】CN104761822
【申請?zhí)枴緾N201510069496
【發(fā)明人】溫變英, 郭赫楠, 鄒文奇, 張揚
【申請人】北京工商大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年2月11日