Способ получения полимерматричного композиционного материала с эксфолиированным нитридом бора с повышенной теплопроводностью


C08K2003/385 - Использование неорганических или низкомолекулярных органических веществ в качестве компонентов для композиций на основе высокомолекулярных соединений (пестициды, гербициды A01N; лекарственные препараты, косметические средства A61K; взрывчатые вещества C06B; краски, чернила, лаки, красители, полировальные составы, клеящие вещества C09; смазочные вещества C10M; моющие средства C11D; химические волокна или нити D01F; средства для обработки текстильных изделий D06)

Владельцы патента RU 2780121:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к конструкционным композиционным материалам на полимерной основе, а именно к способу получения полимерматричных композитов с наполнителем в виде эксфолиированного гексагонального нитрида бора. Способ включает проведение обработки в изопропиловом спирте ультразвуком в течение 8-24 часов порошка гексагонального нитрида бора, концентрацию которого выбирают в диапазоне 0,5-1,5 г/л, после чего из полученной дисперсии выделяют путем центрифугирования образовавшиеся эксфолиированные частицы гексагонального нитрида бора в надосадочную жидкость, которую смешивают с матричным материалом, изготовленным при растворении 0,9-1,5 г низковязкого полипропилена в 50 мл толуола. При этом количество надосадочной жидкости в смеси выбирают из условия последующего содержания наполнителя в композите в количестве 3-30% мас. Затем проводят выпаривание растворителей из полученной смеси и просушивание оставшейся вязкой массы. Технический результат от реализации изобретения заключается в повышении теплопроводности полимерматричного композита с сохранением его механических свойств, а также в снижении себестоимости материала. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к конструкционным композиционным материалам на полимерной основе и может быть использовано для получения корпусов устройств мелкой электроники или печатных плат устройств с повышенным тепловыделением, как методом литья под давлением, так и с применением аддитивных технологий.

Известен теплопроводящий электроизоляционный композиционный материал (RU 2643985 С1, опублик. 06.02.2018 г.), который получен методом полимеризационного наполнения и содержит в качестве полимерной матрицы сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ), а в качестве наполнителя частицы гексагонального нитрида бора (h-BN), имеющие слоистую структуру. Степень наполнения составляет до 95% (то есть материал представляет собой практически чистый нитрид бора) и показана высокая теплопроводность не менее 3,4 Вт/м⋅К перпендикулярно плоскости приложения силы при прессовании.

Недостатком данного метода являются недостаточные прочностные характеристики, которые при такой высокой степени наполнения не позволяют сохранить прочность на изгиб, а в опубликованном описании прочность исследована только при сжатии, что не дает никаких оснований утверждать, что материал сохраняет свои прочностные свойства при такой высокой степени наполнения. Для использования данного материала в конструкциях наподобие корпусов устройств или печатных плат требуется достаточно высокие показатели прочности на изгиб и растяжение, но авторы патента этих данных не приводят. Метод смешения при этом подразумевает введение наполнителя на этапе полимеризации материала матрицы, что отличает данный метод от предлагаемого подхода.

Наиболее близким к предложенному материалу по технической сущности является теплопроводящий электроизоляционный композиционный материал (US 9,434,870 В2, опублик. 06.09.2016 г.), который получают введением частиц гексагонального нитрида бора в матричный материал методом экструзии с использованием двухшнекового экструдера. При этом композиционный материал имеет высокие значения теплопроводности, но эта теплопроводность обладает большой анизотропией, а именно: поперек направления ориентации частиц она колеблется около 1 Вт/м К, а вдоль направления ориентации частиц она может достигать 5 Вт/м К.

Недостатком известного способа является использование полиамидной матрицы с высокой собственной теплопроводностью до 0,8 Вт/м К и высокой стоимостью исходного полимера, которая в 15 раз превышает стоимость более распространенных и простых в получении полимеров, таких как полиэтилен, PTFE и тем более полипропилен. К тому же полиамиды имеют более высокую температуру переработки, что также поднимает себестоимость материала.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения полимерматричных композитов с повышенной теплопроводностью и сохранением механических свойств материала.

Технический результат, достигаемый в реализации изобретении, заключается в повышении теплопроводности полимерматричного композита с сохранением его механических свойств, а также в снижении себестоимости материала.

Указанный технический результат достигается следующим образом.

В способе получения полимерматричных композитов с наполнителем в виде эксфолиированного гексагонального нитрида бора проводят обработку в изопропиловом спирте ультразвуком в течение 8-24 часов порошка гексагонального нитрида бора, концентрацию которого выбирают в диапазоне 0,5-1,5 г/л, после чего из полученной дисперсии выделяют путем центрифугирования образовавшиеся эксфолиированные частицы гексагонального нитрида бора в надосадочную жидкость, которую смешивают с матричным материалом, изготовленным при растворении 0,9-1,5 г низковязкого полипропилена (Kunststoffe International 8/2013, pp.56-58, https://doi.org/10.1515/epoly-2019-0034) в 50 мл толуола, при этом количество надосадочной жидкости в смеси выбирают из условия последующего содержания наполнителя в композите в количестве 3-30 (% мас.), затем проводят выпаривание растворителей из полученной смеси и просушивание оставшейся вязкой массы.

Основным отличием способа является использование в композите в качестве наполнителя эксфолиированных частиц гексагонального нитрида бора, которые приводят к повышению теплопроводности получаемых материалов при достаточно низких степенях наполнения без образования крупных включений, которые могут являться причиной снижения прочности на изгиб или разрыв. Другим важным отличием является использование в композите полиолефинов в качестве матричных материалов, обладающих низкой стоимостью и легко поддающихся вторичной переработке.

Изобретение реализуется следующим образом.

В способе используют наполнитель, обладающий высокой собственной теплопроводностью в сочетании с высокими электроизоляционными характеристиками. В качестве материала наполнителя предлагается использовать эксфолиированный гексагональный нитрид бора, теплопроводность которого в массивном состоянии может составлять до 200 Вт/м К вдоль кристаллографической плоскости 001.

Так как данный материал обладает слоистой структурой его можно получить в виде очень тонких чешуек за счет расслоения по плоскости 001. Такой вид обработки может быть достигнут в результате воздействия ультразвука на гексагональный нитрид бора.

Частицы эксфолиированного нитрида бора могут быть введены в полиолефины для придания композиту повышенной теплопроводности без ухудшения при этом его механических характеристик за счет гибкости более тонких частиц.

В качестве материала наполнителя используют эксфолиированные частицы гексагонального нитрида бора, которые получают в результате воздействия ультразвука на порошок гексагонального нитрида бора в изопропиловом спирте с концентрацией 0,5-1,5 г/л и дальнейшего центрифугирования изготовленной дисперсии с выделением полученных эксфолиированных частиц гексагонального нитрида бора в надосадочную жидкость.

Введение частиц наполнителя в матричный материал осуществляется путем смешения раствора полимера в подходящем органическом растворителе с надосадочной жидкостью, содержащей эксфолиированные частицы нитрида бора, с проведением последующей сушки.

Полученные таким образом композиционные материалы характеризуются теплопроводностью 0,7 Вт/м К при степени содержания наполнителя до 30% (% мас.).

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующим примером.

Пример

Сначала проводят обработку исходных частиц гексагонального нитрида бора с размером частиц 2-3 мкм в среде изопропилового спирта с помощью либо ультразвуковой ванны либо высокомощного ультразвукового диспергатора/гомогенизатора с сонородом. Обработка в ультразвуком ведется в течение 24 часов, концентрация частиц гексагонального нитрида бора в дисперсии составляет 0,5-1,5 г/л. Далее полученную дисперсию разливают по емкостям для дальнейшего центрифугирования, скорость вращения ротора должна составлять не менее 5000 об/мин, а процесс продолжаться не менее 7 минут.Затем полученную надосадочную жидкость сливают с осадка и дальнейшие манипуляции проводят с тем количеством материала, которое осталось в дисперсии.

После этого готовят матричный материал, при этом используют низковязкий полипропилен, в виде гранул, который растворяют в горячем толуоле (100°С) при постоянном перемешивании. Концентрация полипропилена варьируется в количестве 0,9-1,5 г на 50 мл толуола.

Далее в приготовленную дисперсию матричного материала выливают ранее полученную надосадочную жидкость с эксфолиированными частицами гексагонального нитрида бора, при этом количество надосадочной жидкости в смеси выбирают из условия последующего содержания наполнителя в композите в количестве 3-30 (% мас). После этого перемешивание прекращают, а смесь нагревают до 150°С для ускорения выпаривания растворителей. Полученную таким образом вязкую массу подвергают сушке в сушильном шкафу в течение 2 часов.

Измерения тепловых свойств проводят на таблетках 10 мм в диаметре, которые готовят прессованием при 150-170°С и давлении 5 МПа.

Изготовленные таким образом таблетки композита имеют до 30 (% мас) наполнителя, при этом теплопроводность композита равна до 0,72 Вт/м К, при его температуропроводности порядка 0,47 мм2/с и плотности 1046 кг/м3.

В таблице приведены свойства образцов композиционных материалов полипропилен/нитрид бора (PP/hBN), полученных в виде таблеток, где:

χ - температуропроводность,

ρ - плотность,

Ср - удельная теплоемкость,

α - теплопроводность.

Способ получения полимерматричных композитов с наполнителем в виде эксфолиированного гексагонального нитрида бора, в котором проводят обработку в изопропиловом спирте ультразвуком в течение 8-24 часов порошка гексагонального нитрида бора, концентрацию которого выбирают в диапазоне 0,5-1,5 г/л, после чего из полученной дисперсии выделяют путем центрифугирования образовавшиеся эксфолиированные частицы гексагонального нитрида бора в надосадочную жидкость, которую смешивают с матричным материалом, изготовленным при растворении 0,9-1,5 г низковязкого полипропилена в 50 мл толуола, при этом количество надосадочной жидкости в смеси выбирают из условия последующего содержания наполнителя в композите в количестве 3-30% мас., затем проводят выпаривание растворителей из полученной смеси и просушивание оставшейся вязкой массы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сшиваемой привитой или непривитой полимерной композиции, содержащей сшиваемый полимер, содержащий гидролизуемые силановые группы. Предложена сшиваемая полимерная композиция для изготовления изоляции кабеля, оболочки кабеля или трубы, содержащая (A1) сшиваемый непривитой сополимер, содержащий гидролизуемые силановые группы, (B) катализатор конденсации и (C) ускоритель сшивания, где сшиваемый непривитой сополимер, содержащий гидролизуемые силановые группы (А1), получен путем сополимеризации одного или более олефиновых мономеров с ненасыщенным силановым соединением, где ненасыщенное силановое соединение представлено формулой R1SiR2qY3-q, где R1 представляет собой этиленненасыщенную гидрокарбильную, гидрокарбилокси или (мет)акрилокси гидрокарбильную группу, R2 представляет собой алифатическую насыщенную гидрокарбильную группу, Y, который может быть одинаковым или различным, представляет собой гидролизуемую органическую группу и q представляет собой 0, 1 или 2, где ускоритель сшивания (С) включает гидроксид металла, гидроксид щелочного металла, гидроксид щелочноземельного металла или их смеси, где катализатор конденсации (В) включает карбоксилат металла и где ускоритель сшивания (С) присутствует в количестве от 6 до 75 мас.% в расчете на всю сшиваемую полимерную композицию.

Изобретение относится к области биотехнологии. Описана группа изобретений, включающая способ получения гидрогеля гиалуроновой кислоты (варианты), гидрогель гиалуроновой кислоты, применение гидрогеля гиалуроновой кислоты в качестве скаффолда для тканевой инженерии, в качестве носителя для доставки лекарственного средства in vivo или ex vivo, композицию филлера для улучшения состояния кожи, включающего морщины, композицию противоспаечного барьера, композицию для раневой повязки, композицию для доставки лекарственного средства с замедленным высвобождением in vivo или ex vivo, производное гиалуроновой кислоты, способ разглаживания морщин, применение производного гиалуроновой кислоты в качестве скаффолда для тканевой инженерии, в качестве носителя для доставки лекарственного средства in vivo или ex vivo, композиции, включающие производное гиалуроновой кислоты: композиция филлера для улучшения состояния кожи, включающего морщины, композиция противоспаечного барьера, композиция для раневой повязки, композиция для доставки лекарственного средства с замедленным высвобождением in vivo или ex vivo.

Настоящее изобретение относится к латексу, применяемому для изготовления изделий методом погружного макания, в частности для получения латексных перчаток промышленного и медицинского назначения, а также к композиции для погружного макания на основе бутадиен-нитрильного латекса, маканому изделию и перчатке, приготовленным на основе композиции латекса.
Настоящее изобретение относится к фотополимеризующейся композиции для изготовления листовых материалов, используемых в качестве лицевой части светодиодной наружной рекламы. Фотополимеризующаяся композиция содержит 15-45 мас.% отходов производства полиметилметакрилата; 0,10-2 мас.% гидрофобного масла; 0,05-3 мас.% эмульгатора (ПАВ); 0,20-5 мас.% инициатора фотополимеризации; 0,01-3 мас.% диоксида титана; 0,05-2 мас.% стеариновой кислоты и акриловый мономер – остальное.

Настоящее изобретение относится к биотехнологии. Представлены композиция и ее применение, а также способы и материалы для культивирования растущих клеток в трехмерной культуре.

Группа изобретений относится к области полимерных материалов. Первое изобретение относится к частице, обладающей структурой «ядро-оболочка» и включающей ядро, содержащее перфторполимер, и оболочку, содержащую нефтористую смолу, при степени покрытия 90% или более, где перфторполимер представляет собой политетрафторэтилен, сополимер тетрафторэтилен/перфтор(алкилвиниловый простой эфир) или сополимер тетрафторэтилен/гексафторпропилен, а нефтористая смола представляет собой полимер на основе нефтористого мономера, выбираемого из метакрилового сложного эфира и стирольного мономера, причем ядро и оболочка имеют массовое соотношение ядро/оболочка в диапазоне от 99,9/0,1 до 30/50, где частица используется в качестве ингибитора скапывания, добавки для материала покрытия, агента, придающего способность скольжения, агента, придающего низкую диэлектричность, водо- и маслоотталкивающего агента, противоадгезионного агента, противовибрационного агента или регулятора натяжения расплава.

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ обработки мембраны, содержащей продукты амплификации по типу катящегося кольца (RCA).

Настоящее изобретение относится к способам получения легких полиэтилентерефталатных бутылок. Для изготовления бутылок получают смеси поли(этиленфурандикарбоксилат)/поли(этилентерефталат) (PEF/PET), где количество PEF находится в диапазоне от 0,1% до 40% по весу в пересчете на общий вес смеси.

Настоящее изобретение относится к полимерным композиционным материалам, предназначенным в качестве суперконструкционных полимерных материалов, и к способу их получения. Полимерный композиционный материал в качестве полимерной матрицы содержит полиэфирэфиркетон, содержащий 20 мас.% наполнителя.

Настоящее изобретение относится к полимерным композиционным материалам, предназначенным в качестве суперконструкционных полимерных материалов, и к способу их получения. Полимерный композиционный материал в качестве полимерной матрицы содержит полиэфирэфиркетон на основе 1,4-диоксибензола и 4,4′-дифтордифенилкетона, содержащий 10 мас.% наполнителя.

Изобретение относится к cпособу полимеризации пропилена или смеси пропилена и одного или нескольких сополимеризуемых мономеров для получения полимеров пропилена с низкой зольностью. Способ получения полимера пропилена включает стадии контактирования пропилена или смеси пропилена и одного или нескольких сополимеризуемых мономеров в условиях полимеризации с каталитической композицией, содержащей один или несколько катализаторов полимеризации, где каталитическая композиция содержит алюминийсодержащее соединение и соединение переходного металла, такого как титан, где мольное отношение алюминия к титану составляет менее чем 25, и смешанный внешний донор электронов.
Наверх