包含核-殼型填料的導(dǎo)熱電絕緣性組合物的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及具導(dǎo)熱電絕緣性的組合物及由所述組合物制得的模制品。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱塑性聚合物作為性能優(yōu)良的工程聚合物，具有突出的尺寸穩(wěn)定性、耐溶劑性、耐 高溫性、耐沖擊性和優(yōu)良的電絕緣性，故而廣泛地應(yīng)用于電氣設(shè)備、電子設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、包 裝和建筑等領(lǐng)域。鑒于微電子的高度集成化、器件的小型化，對(duì)于由熱塑性聚合物所制得的 手提電腦、電視機(jī)、L邸燈、儀表盤(pán)等的部件和外殼的導(dǎo)熱性能的要求也逐漸提高。例如，為 防止水汽和灰塵進(jìn)入，電子元器件多半被密集填塞在封閉的空間里，使其通風(fēng)性受限，工作 時(shí)產(chǎn)生的熱量也無(wú)法及時(shí)地散發(fā)出去，從而嚴(yán)重影響其工作效率和壽命。近年來(lái)，由熱塑性 聚合物制得的部件或外殼的平均導(dǎo)熱系數(shù)要求已經(jīng)提高至約IW/mK或更高，由于熱塑性聚 合物本身的導(dǎo)熱性不好（其平均導(dǎo)熱系數(shù)僅為約0. 3W/mK)，在保持其原有優(yōu)良的綜合性能 的基礎(chǔ)上，若是能提高其導(dǎo)熱性能，并且能保持甚至提高其電絕緣性（即介電強(qiáng)度至少大 于2. 5kV/mm)的技術(shù)方案對(duì)于拓展其應(yīng)用具重大意義。
[0003] 人們已經(jīng)使用了各種填料來(lái)改善熱塑性聚合物的導(dǎo)熱性，例如，金屬粒子如鉛或 銅和石墨等高導(dǎo)熱性填料可W顯著地提高熱塑性聚合物的導(dǎo)熱性。然而送類高導(dǎo)熱性填料 同時(shí)亦會(huì)破壞其電絕緣性，例如添加10重量％的送類高導(dǎo)熱性填料即可使該熱塑性組合 物從電絕緣體成為電導(dǎo)體。另外，添加金屬氧化物如氧化鉛或氧化鎮(zhèn)等中低度導(dǎo)熱但較低 導(dǎo)電性的填料到約60重量％時(shí)，也可W提高所述聚合物如聚醜胺或聚醋的平均導(dǎo)熱系數(shù) 至1. 5W/mK，也不會(huì)影響其電絕緣性。然而，因金屬氧化物本身的堿性，過(guò)高的添加量容易引 起所述聚合物的降解，而出現(xiàn)機(jī)械性能下降W及加工困難等問(wèn)題。添加高純度的陶瓷材料 如碳化娃或氮化測(cè)等可W顯著地提高熱塑性聚合物的導(dǎo)熱性，但是此類陶瓷材料的制備工 藝很復(fù)雜，導(dǎo)致其成本高昂。為了降低成本，此類陶瓷材料在聚合物中的添加量因此不能太 高。為了使熱塑性聚合物滿足對(duì)其導(dǎo)熱性、電絕緣性的要求和制造成本的考量，需要尋求一 種兼具高導(dǎo)熱性和高電絕緣性，并且制造成本低的新填料。
[0004] 美國(guó)專利申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)US20120313032A1公開(kāi)了一種核-殼型導(dǎo)熱填料，其核體為 較低導(dǎo)熱率的金屬、陶瓷或塑料粒子，而其殼體為較高導(dǎo)熱率的粒子所形成的包覆層。
[0005] 德國(guó)專利申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)DE102010005020A1公開(kāi)了一種導(dǎo)熱性組合物，其包含聚合 物、共聚物和其混合物W及至少一種導(dǎo)熱率大于40W/mK的填料，所述填料可W具核-殼型 結(jié)構(gòu)。所述填料的核體為金屬材料如銅或銀，而其殼體為陶瓷材料如碳化娃、碳化測(cè)、二測(cè) 化鐵、測(cè)酸巧、二測(cè)化鉛和/或其混合物。
[0006] 德國(guó)專利申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)DE10201005042109A1公開(kāi)了一種在金屬粒子外面包覆一電 絕緣層的方法。其中所述電絕緣層可W是通過(guò)表面氧化處理金屬粒子，使其表面上形成的 金屬氧化物殼；或是用等離子法氣相沉積有機(jī)娃在金屬粒子表面而形成的塑料殼。所制得 的核-殼型結(jié)構(gòu)的填料據(jù)稱可用于提高聚合物的電絕緣性和導(dǎo)熱性。
[0007] W上文獻(xiàn)，無(wú)論單獨(dú)的或W組合形式，均未公開(kāi)本發(fā)明。
[0008] 本發(fā)明的申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)向熱塑性聚合物中添加W金屬粒子作為核及氮化測(cè)作為殼 的核-殼型填料，不但降低了氮化測(cè)的用量及成本，與添加不具有核-殼型結(jié)構(gòu)但等量填料 組分（a)的金屬粒子和組分化）的氮化測(cè)的對(duì)比組合物相比，在保持其導(dǎo)熱性的同時(shí)，得到 了意想不到的電絕緣性的顯著改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明提供具導(dǎo)熱電絕緣性的組合物，其包含：
[0010] (i)約30重量％至約70重量％的熱塑性聚合物，和
[0011] (U)約30重量％至約70重量％的核-殼型填料，
[001引其中
[0013] 所述重量％是基于所述組合物的總重量；
[0014] 所述熱塑性聚合物是聚醜胺、聚碳酸醋、聚醋、或其共混物；和
[0015] 所述核-殼型填料包含：
[0016] (a)約70體積％至約97體積％的選自于鉛、銅、金和銀的金屬粒子；和
[0017] 化）約3體積％至約30體積％的氮化測(cè)；
[0018] 其中，所述體積％是基于所述核-殼型填料的總體積；并且所述氮化測(cè)是作為殼， 包覆在作為核的所述金屬粒子的表面，W形成具有核-殼結(jié)構(gòu)的填料。
[0019] 在一個(gè)實(shí)施方案中，在所述核-殼型填料中，所述金屬粒子的平均粒徑為約10 U m 至約300 U m，所述氮化測(cè)的平均粒徑為約20nm至約500nm，并且所述金屬粒子和所述氮化 測(cè)的平均粒徑的比至少為20。
[0020] 本發(fā)明的組合物，與含有不具有核-殼型結(jié)構(gòu)但等量填料組分（a)和化）的對(duì)比 組合物相比，其具有至少提高50%的介電強(qiáng)度和降低不多過(guò)4%，或3%，或2%的平均導(dǎo)熱 系數(shù)。
[0021] 本發(fā)明還提供模制品，其包含本發(fā)明的組合物或由本發(fā)明的組合物制得。
[0022] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述模制品是電氣設(shè)備、電子設(shè)備和儲(chǔ)能設(shè)備的部件或外殼、 包裝材料、或建筑材料。
[0023] 本發(fā)明還提供上述組合物作為電氣設(shè)備、電子設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備的部件或外殼、包裝 材料、或建筑材料的用途。
[0024] 參考W下說(shuō)明、實(shí)施例和隨附的權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的各種其他特征、考量和優(yōu)點(diǎn) 將會(huì)更明顯。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 本文提到的所有出版物、專利申請(qǐng)、專利和其它參考文獻(xiàn)，除非另外說(shuō)明，均將其 全部?jī)?nèi)容明確地援引加入本文，如同將它們?cè)诒疚闹斜煌耆_(kāi)。
[0026] 除非另有限定，本文使用的所有科技術(shù)語(yǔ)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員通 常理解的相同的含義。當(dāng)存在矛盾時(shí)，則W本說(shuō)明書(shū)中的定義為準(zhǔn)。
[0027] 除非另外說(shuō)明，所有的百分?jǐn)?shù)、份數(shù)、比例等都W重量計(jì)。
[002引在本文中，術(shù)語(yǔ)"由……制得"等同于"包含"。本文中所用的術(shù)語(yǔ)"包括"、"包含"、 "具有"、"有"、"含有"或其任何其他變體意在涵蓋非排它性的包括。例如，包含一系列要素 的組合物、工藝、方法、制品或設(shè)備并不一定只限于郝些要素，而是還可W包含送些組合物、 工藝、方法、制品或設(shè)備所未明確列舉的要素或所固有的其他要素。
[0029] 連接詞"由……組成/構(gòu)成"不包含任何未明確列舉的要素、步驟或成分。如果出 現(xiàn)在權(quán)利要求中，該連接詞將使該權(quán)利要求限于所描述的材料而不包含未描述的材料，但 仍包含與郝些所描述的材料通常相關(guān)的雜質(zhì)。當(dāng)連接詞"由……組成/構(gòu)成"出現(xiàn)在權(quán)利 要求的特征部分，而非緊接前序部分時(shí)，其僅限于特征部分中所闡述的要素；其他要素并未 被從權(quán)利要求整體中排除。
[0030] 連接詞"基本上由……組成/構(gòu)成"用于定義除字面上所述的郝些材料、步驟、特 征、組分或要素之外還包含另外的材料、步驟、特征、組分或要素的組合物、方法或設(shè)備，前 提是送些另外的材料、步驟、特征、組分或要素不實(shí)質(zhì)性地影響所要求保護(hù)的發(fā)明的基本特 征和新穎特征。術(shù)語(yǔ)"基本上由……組成/構(gòu)成"處于"包含/包括"和"由……組成/構(gòu) 成"之間的中間地帶。
[0031] 術(shù)語(yǔ)"包含/包括"意圖包括術(shù)語(yǔ)"基本上由……組成/構(gòu)成"和"由……組成/ 構(gòu)成"所涵蓋的實(shí)施方案。相似地，術(shù)語(yǔ)"基本上由……組成/構(gòu)成"意圖包括術(shù)語(yǔ)"由…… 組成/構(gòu)成"所涵蓋的實(shí)施方案。
[0032] 當(dāng)W范圍、優(yōu)選范圍或一系列上限優(yōu)選值和下限優(yōu)選值給出數(shù)量、濃度或者其它 數(shù)值或參數(shù)時(shí)，應(yīng)理解其具體公開(kāi)了由任何較大的范圍限值或優(yōu)選值和任何較小的范圍限 值或優(yōu)選值的任何一對(duì)數(shù)值所形成的所有范圍，而無(wú)論范圍是否分別被公開(kāi)。例如，當(dāng)描述 "1至5"的范圍時(shí)，所描述的范圍應(yīng)理解為包括"1至4"、"1至3"、"1至2"、"1至2和4至 5"、"1至3和5"等的范圍。除非另外說(shuō)明，在本文描述數(shù)值范圍之處，所述范圍意圖包括 范圍端值W及該范圍內(nèi)的所有整數(shù)和分?jǐn)?shù)。
[0033] 當(dāng)術(shù)語(yǔ)"約"用于描述數(shù)值或范圍的端點(diǎn)值時(shí)，所公開(kāi)的內(nèi)容應(yīng)理解為包括所指的 具體值或端值。
[0034] 此外，除非明確表示相反含義，"或者（或）"是指包容性的"或者（或）"，而非排 它性的"或者（或）"。例如，W下任一條件都適用條件A "或"B=A是真（或存在）并且B 是假（或不存在），A是假（或不存在）并且B是真（或存在），W及A和B均為真（或存 在）。
[0035] 本發(fā)明的實(shí)施方案，包括在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中所述本發(fā)明的實(shí)施方案W及本文下述 的任何其他的實(shí)施方案，均可任意地進(jìn)行組合，并且對(duì)于實(shí)施方案中變量的描述不僅適用 于本發(fā)明的導(dǎo)熱組合物，而且還適用于由其制備的模制品。
[0036] 除非具體說(shuō)明，本文所描述的材料、方法和實(shí)例僅是示例性的，而非限制性的。盡 管與本文所述的郝些方法和材料類似或等同的方法和材料可用于本發(fā)明的實(shí)施或測(cè)試，但 本文仍描述了合適的方法和材料。
[0037] W下詳細(xì)描述本發(fā)明。
[0038] 紐外（i)熱塑巧聚合物
[0039] 適用于本發(fā)明的組合物的組分（i)的熱塑性聚合物可W是聚醜胺、聚碳酸醋、聚 醋或其共