以聚乙二醇二丙烯酸酯為基體的導(dǎo)熱絕緣彈性體及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及以聚乙二醇二丙烯酸酯為基體的導(dǎo)熱絕緣彈性體及制備方法；將聚乙二醇二丙烯酸酯溶于水中，加入氟化碳納米管，其中聚乙二醇二丙烯酸酯:氟化碳納米管質(zhì)量比＝2.5～10:1；超聲分散均勻，得到分散液；向分散液中加入光引發(fā)劑，攪拌后倒入模具中，并在紫外光下幅照100～3000s得到導(dǎo)熱絕緣彈性體，其中光引發(fā)劑為聚乙二醇二丙烯酸酯質(zhì)量的1％～5％。氟化碳納米管與交聯(lián)聚乙二醇二丙烯酸酯復(fù)合；氟化碳納米管分散在彈性體中；導(dǎo)熱絕緣特性的彈性體的導(dǎo)熱系數(shù)≧8W/(m·K)。本發(fā)明的所用到的氟化碳納米管容易制備，可宏量生產(chǎn)，且具有形變能力和較好的力學(xué)強(qiáng)度?？捎糜陔娮釉骷缑娴臒崾鑼?dǎo)材料。
【專利說明】
以聚乙二醇二丙烯酸酯為基體的導(dǎo)熱絕緣彈性體及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種以聚乙二醇二丙烯酸酯為基體的導(dǎo)熱絕緣彈性體及制備方法，具體地說是一種將氟化碳納米管與交聯(lián)聚乙二醇二丙烯酸酯復(fù)合的方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，高效的導(dǎo)熱和散熱成為熱管理領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。隨著計(jì)算機(jī)、手機(jī)、衛(wèi)星等電器裝置電子元件集成度和精密度的不斷提高，其單位面積電子器件不斷提高的發(fā)熱量使系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量驟增。這些熱量如果不能實(shí)現(xiàn)快速疏導(dǎo)，就會與局部材料之間形成較大的溫度差，影響器件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。研究顯示電子元器件的穩(wěn)定性對溫度極為敏感，當(dāng)工作溫度升高2°C，可靠性下降10%。
[0003]近年來，一系列高導(dǎo)熱的金屬材料(如鋁、銅等)、碳材料(如膨脹石墨、石墨烯、碳納米管等)被用于制造高性能的散熱器件，如銅箱、石墨膜等。隨著各種電子元器件的不斷小型化、復(fù)雜化，其散熱面的形狀不規(guī)則并且有一定的粗糙度，傳統(tǒng)的硬質(zhì)金屬箱、石墨膜柔彈性差，導(dǎo)致散熱面不能與散熱材料很好的貼合，產(chǎn)生巨大的接觸熱阻，難以發(fā)揮散熱材料的預(yù)期散熱性能(Yee Kan Koh，Myung_Ho Bae, David G.Cahill, Eric Pop.Heat conduct1n across monolayer and few-layer graphenes.Nano Letters 10(2010): 4363-4368)。同時(shí)上述導(dǎo)熱材料都可以導(dǎo)電，容易造成小型電子元器件之間的短路。
[0004]為了防止導(dǎo)熱材料造成小型電子元器件之間的短路，要求導(dǎo)熱材料需要具備良好的絕緣性能。因此，通過氧化鋁、碳化硅等陶瓷絕緣高導(dǎo)熱材料與工程塑料的混合制備聚合物基導(dǎo)熱絕緣材料得到了報(bào)道(CN103172973B)。然而，由于聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯等材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較高，質(zhì)地堅(jiān)硬，無法做到與小型電子元器件的完全貼合，另外陶瓷材料密度較大，與聚合物基體相容性差。
[0005]綜上所述，針對現(xiàn)有電子元器件的散熱特點(diǎn)，開發(fā)一種絕緣導(dǎo)熱的彈性體，使之能夠與電子器件的界面緊密貼合，進(jìn)而能夠?qū)⑵骷l(fā)熱面的熱量高效地疏導(dǎo)到散熱器顯得尤為重要。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]充分利用氟化碳材料的高導(dǎo)熱能力與絕緣性，將其與彈性聚合物進(jìn)行復(fù)合，在復(fù)合材料中構(gòu)建了高效的導(dǎo)熱通道，同時(shí)具有絕緣和柔彈性，如圖2所示。復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)3 8W/(m ? K)。
[0007]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]以聚乙二醇二丙烯酸酯為基體的導(dǎo)熱絕緣彈性體;氟化碳納米管與交聯(lián)聚乙二醇二丙烯酸酯復(fù)合;氟化碳納米管分散在彈性體中；導(dǎo)熱絕緣特性的彈性體的導(dǎo)熱系數(shù)28W/ (m ? K) 〇
[0009]本發(fā)明的以聚乙二醇二丙烯酸酯為基體的導(dǎo)熱絕緣彈性體制備方法，步驟如下如圖1所示:
[0010](1)將聚乙二醇二丙烯酸酯溶于水中，加入氟化碳納米管，其中聚乙二醇二丙烯酸酯:氟化碳納米管質(zhì)量比=2.5?10:1;超聲分散均勻，得到分散液；
[0011](2)向分散液中加入光引發(fā)劑，攪拌后倒入模具中，并在紫外光下幅照100?3000s 得到導(dǎo)熱絕緣彈性體，其中光引發(fā)劑為聚乙二醇二丙烯酸酯質(zhì)量的1%?5%。
[0012]所述步驟(1)中，聚乙二醇二丙烯酸酯范圍是2000?10000。
[0013]所述步驟(1)中，氟化碳納米管的氟碳比范圍為0.8?1:1。[〇〇14] 所述步驟(2)中，光引發(fā)劑為2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮、2-甲基-1-[4-(甲基硫代)苯基]-2-(4-嗎啉基)-1-丙酮或2-苯基芐-2-二甲基胺-1-(4-嗎啉芐苯基)、丁酮等。[〇〇15]本發(fā)明的聚乙二醇二丙烯酸酯可以采用現(xiàn)有商品，但考慮到成本問題，聚乙二醇二丙烯酸酯可以用本發(fā)明合成的聚乙二醇二丙烯酸酯粗品代替;合成方法如下:
[0016]聚乙二醇二丙烯酸酯合成方法是:將分子量為1500?8000的聚乙二醇溶于溶劑中，加入縛酸劑、丙烯酰氯或酸酐在〇°C下反應(yīng)1?24h，將得到的產(chǎn)物旋蒸、抽濾，將濾液加入乙醚中沉降、抽濾得到沉淀，將沉淀干燥得到聚乙二醇二丙烯酸酯粗品。
[0017]所述縛酸劑是三乙胺，吡啶或4-二甲氨基吡啶。[〇〇18] 所述聚乙二醇與縛酸劑摩爾比=1?5:12。
[0019]所述縛酸劑與酰氯或酸酐的摩爾比=1?2:1。
[0020]具體說明如下:[0021 ](1)氟化碳納米管通常由碳納米管氟化制備，具備導(dǎo)熱與絕緣性能，將其與聚合物復(fù)合，具有各向異性的碳納米管能夠很好地增強(qiáng)聚合物材料，制備的彈性體如圖3所示。
[0022](2)選擇光交聯(lián)使絕緣導(dǎo)熱彈性體的制備更方便，可以直接在模具里交聯(lián)制得；
[0023](3)通過以上步驟的氟化碳納米管與聚合物的復(fù)合，充分利用了氟化碳材料的高導(dǎo)熱能力與絕緣性，在復(fù)合材料中構(gòu)建了高效的導(dǎo)熱通道，獲得了具有導(dǎo)熱絕緣特性的彈性體，其導(dǎo)熱系數(shù)3 8W/(m ? K)。
[0024]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的所用到的氟化碳納米管容易制備，可宏量生產(chǎn)，獲得的導(dǎo)熱絕緣彈性體具有較好的絕緣性能與優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，且具有形變能力和較好的力學(xué)強(qiáng)度?？捎糜陔娮釉骷缑娴臒崾鑼?dǎo)材料。【附圖說明】
[0025]圖1導(dǎo)熱絕緣特性的彈性體制備流程圖；
[0026]圖2氟化碳納米管掃描電鏡圖；[〇〇27]圖3氟化碳納米管/聚乙二醇二丙烯酸酯復(fù)合膜?！揪唧w實(shí)施方式】 [〇〇28] 實(shí)施例1[〇〇29]稱量經(jīng)干燥的分子量為2000的聚乙二醇二丙烯酸酯10g，并將其溶于水中，加入 0.lg光引發(fā)劑2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，加入4g氟碳比為0.8:1的氟化碳納米管，超聲分散均勻。將混合液倒入模具中，并在紫外光下幅照100s后得到交聯(lián)聚乙二醇二丙烯酸酯與氟化碳納米管的復(fù)合材料。測試其導(dǎo)熱系數(shù)為llWAm ? K)，拉伸強(qiáng)度1.08MPa，壓縮10%后，回彈率為95%。
[0030] 實(shí)施例2[〇〇31]稱量經(jīng)干燥的分子量為2000的聚乙二醇二丙烯酸酯10g，并將其溶于水中，加入 〇.2g光引發(fā)劑1-羥基環(huán)己基苯基甲酮，加入4g氟碳比為0.9:1的氟化碳納米管，超聲分散均勻。將混合液倒入模具中，并在紫外光下幅照600s后得到交聯(lián)聚乙二醇二丙烯酸酯與氟化碳納米管的復(fù)合材料。測試其導(dǎo)熱系數(shù)為l〇W/(n^K)，拉伸強(qiáng)度1.32MPa，壓縮10%后，回彈率為95%。[〇〇32] 實(shí)施例3[〇〇33]稱量經(jīng)干燥的分子量為4000的聚乙二醇二丙烯酸酯10g，并將其溶于水中，加入 〇.4g光引發(fā)劑2-甲基-1-[4-(甲基硫代)苯基]-2-(4-嗎啉基)-1-丙酮，加入4g氟碳比為1:1 的氟化碳納米管，超聲分散均勻。將混合液倒入模具中，并在紫外光下幅照800s后得到交聯(lián)聚乙二醇二丙烯酸酯與氟化碳納米管的復(fù)合材料。測試其導(dǎo)熱系數(shù)為9W/(m ? K)，拉伸強(qiáng)度 1.45Mpa，壓縮10%后，回彈率為95%。
[0034] 實(shí)施例4[〇〇35]稱量經(jīng)干燥的分子量為6000的聚乙二醇二丙烯酸酯10g，并將其溶于水中，加入 〇.5g光引發(fā)劑2-苯基芐-2-二甲基胺-1-(4-嗎啉芐苯基)丁酮，加入2g氟碳比為0.8:1的氟化碳納米管，超聲分散均勻。將混合液倒入模具中，并在紫外光下幅照1200s后得到交聯(lián)聚乙二醇二丙烯酸酯與氟化碳納米管的復(fù)合材料。測試其導(dǎo)熱系數(shù)為9W/(m ? K)，拉伸強(qiáng)度 1.66MPa，壓縮10%后，回彈率為96%。
[0036] 實(shí)施例5[〇〇37]稱量經(jīng)干燥的分子量為8000的聚乙二醇二丙烯酸酯10g，并將其溶于水中，加入 〇.5g光引發(fā)劑2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，加入lg氟碳比為0.8:1的氟化碳納米管，超聲分散均勻。將混合液倒入模具中，并在紫外光下幅照1800s后得到交聯(lián)聚乙二醇二丙烯酸酯與氟化碳納米管的復(fù)合材料。測試其導(dǎo)熱系數(shù)為8W/(m ? K)，拉伸強(qiáng)度1.86MPa，壓縮10% 后，回彈率為96 %。
[0038] 實(shí)施例6[〇〇39]稱量經(jīng)干燥的分子量為10000的聚乙二醇二丙烯酸酯10g，并將其溶于水中，加入 〇.5g光引發(fā)劑2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，加入lg氟碳比為0.9:1的氟化碳納米管，超聲分散均勻。將混合液倒入模具中，并在紫外光下幅照2400s后得到交聯(lián)聚乙二醇二丙烯酸酯與氟化碳納米管的復(fù)合材料。測試其導(dǎo)熱系數(shù)為8W/(m ? K)，拉伸強(qiáng)度2.10MPa，壓縮10% 后，回彈率為97 %。
[0040] 實(shí)施例7[〇〇411 稱量經(jīng)干燥的分子量為1500的聚乙二醇10g溶解于50mL的二氯甲烷中，在0°C下緩慢加入2.085ml的三乙胺，向12.6ml的二氯甲烷中加入1.26ml的丙烯酰氯，在0°C下滴加丙烯酰氯，反應(yīng)lh，將得到的產(chǎn)物旋蒸、抽濾，將濾液加入乙醚中沉降、抽濾得到沉淀，將沉淀干燥得到聚乙二醇二丙烯酸酯粗品。將聚乙二醇二丙烯酸酯粗品溶于水中，加入〇.lg光引發(fā)劑2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，加入lg氟碳比為0.9:1的氟化碳納米管，超聲分散均勻。將混合液倒入模具中，并在紫外光下幅照100s后得到聚丙烯酸乙二醇酯與氟化碳納米管的復(fù)合材料。測試其導(dǎo)熱系數(shù)為8W/ (m ? K)，拉伸強(qiáng)度1.0OMPa，壓縮10%后，回彈率為95%〇
[0042] 實(shí)施例8[〇〇43] 稱量經(jīng)干燥的分子量為4000的聚乙二醇10g溶解于50mL的二氯甲烷中，在0°C下緩慢加入1.83g的4-二甲氨基吡啶，向8.6ml的二氯甲烷中加入0.86ml的丙烯酸酐，在0 °C下滴加丙烯酰氯，反應(yīng)8h，將得到的產(chǎn)物旋蒸、抽濾，將濾液加入乙醚中沉降、抽濾得到沉淀，將沉淀干燥得到聚乙二醇二丙烯酸酯粗品。將聚乙二醇二丙烯酸酯粗品溶于水中，加入〇.2g 光引發(fā)劑2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，加入lg氟碳比為0.9:1的氟化碳納米管，超聲分散均勻。將混合液倒入模具中，并在紫外光下幅照100s后得到聚丙烯酸乙二醇酯與氟化碳納米管的復(fù)合材料。測試其導(dǎo)熱系數(shù)為8W/(m ? K)，拉伸強(qiáng)度1.34MPa，壓縮10%后，回彈率為 95%。
[0044] 實(shí)施例9[〇〇45] 稱量經(jīng)干燥的分子量為8000的聚乙二醇10g溶解于50mL的四氫呋喃中，在0°C下緩慢加入1.20ml的吡啶，向8.6ml的二氯甲烷中加入0.86ml的丙烯酰氯，在0°C下滴加丙烯酰氯，反應(yīng)24h，將得到的產(chǎn)物旋蒸、抽濾，將濾液加入乙醚中沉降、抽濾得到沉淀，將沉淀干燥得到聚乙二醇二丙烯酸酯粗品。將聚乙二醇二丙烯酸酯粗品溶于水中，加入〇.5g光引發(fā)劑 2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，加入4g氟碳比為0.9:1的氟化碳納米管，超聲分散均勻。將混合液倒入模具中，并在紫外光下幅照100s后得到聚丙烯酸乙二醇酯與氟化碳納米管的復(fù)合材料。測試其導(dǎo)熱系數(shù)為llW/(m*K)，拉伸強(qiáng)度1.62MPa，壓縮10%后，回彈率為95%。
[0046]本發(fā)明公開和提出的基于聚乙二醇的導(dǎo)熱絕緣彈性體及制備方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過借鑒本文內(nèi)容，適當(dāng)改變原料和工藝路線等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)，盡管本發(fā)明的方法和制備技術(shù)已通過較佳實(shí)施例子進(jìn)行了描述，相關(guān)技術(shù)人員明顯能在不脫離本
【發(fā)明內(nèi)容】
、精神和范圍內(nèi)對本文所述的方法和技術(shù)路線進(jìn)行改動或重新組合，來實(shí)現(xiàn)最終的制備技術(shù)。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.以聚乙二醇二丙烯酸酯為基體的導(dǎo)熱絕緣彈性體;其特征是氟化碳納米管與交聯(lián)聚 乙二醇二丙烯酸酯復(fù)合;氟化碳納米管分散在彈性體中；導(dǎo)熱絕緣特性的彈性體的導(dǎo)熱系 數(shù)3 8W/(m ? K)。2.權(quán)利要求1的以聚乙二醇二丙烯酸酯為基體的導(dǎo)熱絕緣彈性體制備方法，步驟如下:(1)將聚乙二醇二丙烯酸酯溶于水中，加入氟化碳納米管，其中聚乙二醇二丙烯酸酯: 氟化碳納米管質(zhì)量比=2.5?10:1;超聲分散均勻，得到分散液；(2)向分散液中加入光引發(fā)劑，攪拌后倒入模具中，并在紫外光下幅照100?3000s得到 導(dǎo)熱絕緣彈性體，其中光引發(fā)劑為聚乙二醇二丙烯酸酯質(zhì)量的1%?5%。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述步驟(1)中，聚乙二醇二丙烯酸酯范圍是 2000?10000。4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述步驟(1)中，氟化碳納米管的氟碳比范圍為 0.8 ?1:1〇5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述步驟⑵中，光引發(fā)劑為2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮、2-甲基-1-[4-(甲基硫代)苯基]-2-(4-嗎啉基)-1-丙酮或2-苯基芐-2-二甲基胺-1-(4-嗎啉芐苯基)、丁酮等。6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是聚乙二醇二丙烯酸酯合成方法是:將分子量為 1500?8000的聚乙二醇溶于溶劑中，加入縛酸劑、丙烯酰氯或酸酐在0°C下反應(yīng)1?24h，將 得到的產(chǎn)物旋蒸、抽濾，將濾液加入乙醚中沉降、抽濾得到沉淀，將沉淀干燥得到聚乙二醇 二丙烯酸酯粗品。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征是縛酸劑是三乙胺，吡啶或4-二甲氨基吡啶。8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征是聚乙二醇與縛酸劑摩爾比=1?5:12。9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征是縛酸劑與酰氯或酸酐的摩爾比=1?2:1。
【文檔編號】C08L71/02GK105968772SQ201610375821
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】封偉, 楊洪宇, 馮奕鈺, 李瑀
【申請人】天津大學(xué)