一种高效导热防静电EVA材料及其制备方法与流程

本技术涉及乙烯共聚物材料领域，更具体地，它涉及一种高效导热防静电eva材料及其制备方法。

背景技术：

1、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，即eva是一种通用型塑料，具有优异的韧性、抗冲击性，在农业、包装、建筑、电线电缆等中有广泛的应用。随着eva塑料的应用日益广泛和精细化、安全化，制品的静电效用、低导热效应引起的不安全性、抗菌性能不佳限制了材料的使用范围。

2、现有技术中，通常通过添加导电填料来提高导电性，相比于抗静电剂，导电填料能够实现持久防止静电的效果，通过添加导热填料能够增加材料的导热性能，通过添加非绝缘的填料如炭黑提高导电性和导热性，但其导热性能仍然无法满足使用的要求，碳纳米管是一种高导热、高导电的填料，能够提升材料的导热、导电性，但碳纳米管价格昂贵，成本较高，且大量使用碳纳米管，其在eva中的相容性差，容易团聚，分散性差，也容易影响材料的力学性能，需要更多的后处理来解决大量使用的问题。因此，如何获得一种高效导热、导电兼具抗菌效果的eva材料是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决eva材料导热、导电性、抗菌性不佳的问题，本技术提供一种高效导热防静电eva材料及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种高效导热防静电eva材料，包括如下重量份的组份：

3、乙烯-醋酸乙烯共聚物 100-120份，

4、改性复合粒子 20-30份，

5、碳纤维 10-15份，

6、抗氧剂 0.5-1份，

7、润滑剂 0.6-1.2份，

8、所述改性复合粒子是通过硅烷偶联剂改性炭黑和硅烷偶联剂改性氮化铝同时对羧基碳纳米管进行改性，再经过季铵盐壳聚糖改性得到。

9、炭黑具有良好的导电性，但单独加入炭黑导热性能远远无法达到预期，因此发明人考虑加入氮化铝，氮化铝具有优异的导热性能，加入材料中能够大大提升eva材料的导热效果。通过硅烷偶联剂的改性，使得炭黑和氮化铝在eva材料中的相容性提高，能够更好的发挥导电、导热效果。碳纳米管具有优异的导热、导电性能，将炭黑和氮化铝通过硅烷偶联剂接枝到碳纳米管，有利于形成导热和导电通路，提升材料的导热、导电性能。

10、将炭黑和氮化铝同时加入材料中，氮化铝具有绝缘性，炭黑和氮化铝在树脂中无规分散影响了导电通路的构建，使得导电性不佳。发明人通过在羧基碳纳米管上接枝炭黑、氮化铝，一定程度上使得炭黑和氮化铝在树脂体系中规整排列，减少氮化铝对炭黑、碳纳米管导电通路的影响，另外，在制备复合粒子时，进一步加入季铵盐壳聚糖还赋予材料一定的抗菌性。季铵盐壳聚糖具有优异的抗菌性、抗静电性，其抗菌效果优于壳聚糖，因此， 季铵盐壳聚糖加入材料能够赋予抗菌性。更重要的，发明人发现，制备复合粒子时加入季铵盐壳聚糖对材料的导电、导热性的提升是有利的，发明人认为，这可能是由于季铵盐壳聚糖带正电荷，羧基碳纳米管接枝后还包括部分羧基，而羧基带负电荷，能够通过静电自组装作用实现自组装，使得季铵盐壳聚糖和碳纳米管之间形成作用力，有效控制了碳纳米管表面接枝的炭黑和氮化铝的排列，大大减少了氮化铝对碳纳米管、炭黑导电通路构建的影响。从而使得体系中构建了良好的导热通路和导电通路，提升了材料的导热、导电性能。

11、碳纤维也具备优异的导热、导电性能，将碳纤维加入材料中能够提高导电导热性能，且发明人通过实验发现，将改性复合粒子和碳纤维共同加入材料中，相比于单独使用改性复合粒子或碳纤维，其导热、导电性能更优，这可能是由于，碳纤维加入材料中，由于接枝、自组装作用，炭黑和氮化铝规整排列，通过碳纳米管、炭黑、碳纤维构建了优异的导电通路，而碳纳米管、氮化铝、碳纤维在体系中构建了良好的导热通路，因此，改性复合粒子的结构有利于导电、导热通路的构建，减少了绝缘粒子的影响，从而提升了材料的导热导电性能。

12、在一个具体的可实施方案中，所述改性复合粒子的制备方法包括如下步骤：

13、s1：将炭黑和氮化铝分别加入硅烷偶联剂溶液中改性得到改性炭黑和改性氮化铝；

14、s2：将s1中的改性炭黑、改性氮化铝、羧基碳纳米管加入有机溶剂中，升温反应，除去溶剂得到复合粒子；

15、s3：将季铵盐壳聚糖溶于水中得到季铵盐壳聚糖溶液，将s2的复合粒子分散于水中得到复合粒子悬浊液，将复合粒子悬浊液滴加到季铵盐壳聚糖溶液中，后处理得到改性复合粒子。

16、通过氨基硅烷改性炭黑和氮化铝，以常规的水解硅烷进行改性，水解的羟基和粒子表面的羟基作用，实现改性，能够提高粒子在树脂材料中的相容性，表面的氨基通过和羧基碳纳米管中的羧基作用，使得炭黑和氮化铝接枝到碳纳米管，再通过季铵盐壳聚糖和羧基碳纳米管的自组装作用制备得到改性复合粒子。

17、在一个具体的可实施方案中，s3中所述季铵盐壳聚糖和复合粒子的质量比为（2-4）:1。

18、制备粒子时，优选的，选择季铵盐壳聚糖和复合粒子的质量比为（2-4）:1。通过实验发现，加入上述比例的原料制备改性复合粒子，加入材料时导电性能最好。这可能是由于，若季铵盐壳聚糖加入量少，对碳纤维表面接枝的炭黑和氮化铝的控制减少，氮化铝的无规排列影响导电通路的构建，使得导电性能降低，若季铵盐壳聚糖加入量多，体系中带正电子多，由于同性电子的相斥作用和季铵盐壳聚糖的位阻作用，反而不利于改性复合粒子和碳纤维构建导电通路，导电性能降低。

19、在一个具体的可实施方案中，s1中所述的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷、n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、氨乙基氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

20、优选地，s1中所述的硅烷偶联剂为n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷。通过氨基硅烷改性，实现炭黑和氮化铝的改性和接枝，其中，选择n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷进行改性得到的改性复合粒子，材料导电性能最好，这可能是由于，γ-氨丙基三甲氧基硅烷结构式为h2nch2ch2ch2si(och3)3;n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷结构式为h2nch2ch2nhch2ch2ch2si(och3)3;氨乙基氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷结构式为h2nch2ch2nhch2ch2nhch2ch2ch2si(och3)3;其中，硅烷的链长较短，导电、导热通路的构建略差，但硅烷的链长过长，粒子排列趋向于不可控，又容易导致绝缘粒子对导电通路构建的影响，因此，优选n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷进行改性。

21、在一个具体的可实施方案中，所述羧基碳纳米管为羧基化多壁碳纳米管，直径40-60nm，长度8-20μm。

22、在一个具体的可实施方案中，所述碳纤维为纳米碳纤维，直径150-200纳米，长度10-20μm。

23、通过对碳纳米管和碳纤维的具体选择，提升导热性能、导电性能。碳纳米管长度太短不利于复合粒子的制备，以及导热、导电通路的构建，碳纤维长度太短也不利于导电、导热通路的构建。

24、在一个具体的可实施方案中，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168中的一种或两种。

25、在一个具体的可实施方案中，所述润滑剂为聚乙烯蜡、低分子量聚丙烯的一种或两种。

26、本技术的材料中，根据性能需求还可以加入抗氧剂、润滑剂、增塑剂等功能性的助剂，以提高材料的制备质量。

27、另一方面，本技术提供一种高效导热防静电eva材料的制备方法，包括如下步骤：将乙烯-醋酸乙烯共聚物熔融，加入配方量的剩余组分，加热、挤出造粒，得到高效导热防静电eva材料。

28、通过熔融挤出制备eva材料。本技术的组分简单，制备工艺不繁杂，制备了高效的导热、导电材料。

29、本技术至少具有以下有益效果：

30、1、本技术通过改性复合粒子和碳纤维加入eva中制备复合材料提高导热、导电性能，赋予材料一定的抗菌性，制备改性复合粒子时，将炭黑和氮化铝通过硅烷偶联剂接枝到碳纳米管，有利于形成导热和导电通路，进一步加入季铵盐壳聚糖赋予了材料一定的抗菌性，且大大提高了材料的导电、导热性，这可能是由于季铵盐壳聚糖和羧基碳纳米管通过静电自组装实现自组装，使得季铵盐壳聚糖和碳纳米管之间形成作用力，有效控制了碳纳米管表面接枝的炭黑和氮化铝的排列，大大减少了氮化铝对导电通路构建的影响。从而使得体系中构建了良好的导热通路和导电通路，提升了材料的导热、导电性能。碳纤维加入材料中，通过碳纳米管、炭黑、碳纤维构建了优异的导电通路，而碳纳米管、氮化铝、碳纤维在体系中构建了良好的导热通路，复合粒子的结构有利于通路的构建，减少了绝缘粒子的影响，从而提升了材料的导热导电性能。

31、2、本技术制备粒子时，选择季铵盐壳聚糖和复合粒子的质量比为（2-4）:1。加入上述比例的原料制备改性复合粒子，加入材料时导电性能最好且维持较好的导热性。

32、3、本技术中的硅烷偶联剂优选为n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂得到的改性复合粒子，对材料导电性能有所提升。