一種LED用纖維素‑CdTe可調螢光色的高導熱阻燃型塑料及其製備方法與流程
2023-04-26 18:16:06 2
本發明涉及複合材料領域，具體涉及一種LED用纖維素-CdTe可調螢光色的高導熱阻燃型塑料，及其製備工藝。
背景技術：
LED作為一種優良的光電器件，具有體積小、壽命長、低碳環保、節能穩定等優點，預計在未來的幾年內將成為新一代理想的通用照明光源。隨著LED向高光強、高功率發展，其散熱問題日漸突出，嚴重影響了LED的光輸出特性和器的壽命，已成為大功率LED封裝必需解決的關鍵問題。導熱複合材料作為LED燈用外殼，具有質輕，易於加工成型，成本低等優點。
為了提高導熱複合材料的導熱性能及力學性能，以滿足LED燈用外殼的使用要求。馬潔玲在其碩士學位論文《LED燈用導熱塑料的研究》中，以聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)為基體，以氧化鎂和氮化硼為導熱填料，加入乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)和玻璃纖維對其進行增強增韌處理，使用雙螺杆擠出機製備了導熱複合材料，提高了導熱複合材料的導熱性能及力學性能，但存在導熱性能不足，且不具備阻燃性能。
本發明以氧化鎂、氮化硼為填料，以正矽酸乙酯為硫化劑，以二月桂酸二丁基錫為催化劑，製備了KH550表面處理的導熱矽橡膠，提高了矽橡膠的導熱性能；以二羥基丁基氯化錫為催化劑，用納米SiO2對聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）進行增強增韌處理；次磷酸鋁(AHP)磷含量高、阻燃效果好，三聚氰胺氰尿酸鹽（MCA）是一種典型的氮系無滷阻燃劑，無臭無味，分解溫度高，低煙低毒，製備了複合阻燃劑；碳纖維是一種性能優異的新型增強材料，具有低密度、高比強和耐腐蝕等優點；在LiOH/尿素的作用下，低溫時，將纖維素溶解於半導體納米粒子CdTe的巰基丙酸溶液中，形成複合物，室溫下短時間放置後，形成了有高螢光量子效率、可調螢光顏色、高穩定性的複合材料，可應用在LED的封裝材料中；得到一種LED用纖維素-CdTe可調螢光色的高導熱阻燃型塑料。
技術實現要素：
本發明主要解決的技術問題是提供一種LED用纖維素-CdTe可調螢光色的高導熱阻燃型塑料及其製備工藝，依照該工藝製作的複合材料導熱係數高、阻燃性能好，能更好的改善LED的散熱。
本發明所要解決的技術問題採用以下的技術方案來實現：
氧化鎂6-10，氮化硼8-14，PBT 15-25，EVA 5-10，玻璃纖維4-10，107膠2-3，二月桂酸二丁基錫1-2，正矽酸乙酯1-2，三聚氰胺氰尿酸鹽3-5，硼酸鋅2-3，次磷酸鋁2-4，竹炭1-2，納米SiO2 2-3，二羥基丁基氯化錫1-3，氧化石墨烯2-4，碳纖維4-7，KH550 1-2，LiOH 2-3，尿素1-2，CdTe 3-5，巰基丙酸1-2，纖維素2-4，乙醇、丙酮、NaOH溶液、蒸餾水適量。
一種LED用纖維素-CdTe可調螢光色的高導熱阻燃型塑料的製備方法，其特徵在於，按以下步驟進行：
a. 將KH550與乙醇混合，水浴加熱到70-90℃，加入氧化鎂和氮化硼，攪拌10-30min，取出靜置1-2h，用吸管吸去上層溶液，於75-95℃烘乾1-2h後，與107膠混合，再加入二月桂酸二丁基錫、正矽酸乙酯，攪拌1-2h；
b. 向三聚氰胺氰尿酸鹽中加NaOH溶液，攪拌均勻，加入硼酸鋅，升溫65-95℃反應1-3h，得白色粘稠產物，抽濾、水洗3-5次，於115-165℃乾燥1-3h；將次磷酸鋁、竹炭在100-150℃烘乾1-2h後，與前者混合，超細粉碎，得複合阻燃劑；
c. 將PBT加熱到150-170℃，把納米SiO2、b中所得物料加入其中，混合均勻，再加入二羥基丁基氯化錫，聚合反應1-2h後，移入冰水浴中並粉碎，將所得樣品於105-130℃真空乾燥2-4h；
d. 將氧化石墨烯加入c中所得物料，超聲振動2-3h，加入碳纖維和丙酮，混合均勻，超聲振蕩1-2h；
e. 將LiOH和尿素溶解在半導體納米粒子CdTe的巰基丙酸溶液中，在-20～-12℃加入纖維素，充分攪拌1-3h，得半導體納米粒子複合物溶液；
f. 將a、d、e中所得物料及其他剩餘原料放入高速攪拌機中攪拌1-2h，置於雙螺杆擠出機中，在200-250℃熔融擠出，經空氣冷卻，造粒機造粒，再放入烘箱中75-95℃烘乾4-8h，取出，經注塑機於235-255℃注塑成型，得到一種LED用纖維素-CdTe可調螢光色的高導熱阻燃型塑料。
本發明的反應機理如下：
（1）以氧化鎂、氮化硼為填料，以正矽酸乙酯為硫化劑，以二月桂酸二丁基錫為催化劑，製備了KH550表面處理的導熱矽橡膠，提高了矽橡膠的導熱性能。
（2）次磷酸鋁(AHP)具有磷含量高、阻燃效果好的優點，協效劑竹炭的加入能夠促使AHP降解生成磷酸和焦磷酸，在固相中，磷酸和焦磷酸可以促進複合材料降解成炭，且降解後產生的緻密炭層可以阻止氧和熱傳遞到聚合物基體內部，有利於提高材料的阻燃性能；三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA)是一種典型的氮系無滷阻燃劑，無臭無味，分解溫度高，低煙低毒，採用硼酸鋅對MCA進行控制，使硼酸鋅分散沉積在MCA表面，對MCA進行包覆，分隔成較小的獨立反應體系，使得反應體系的粘度始終保持在一個較低的水平。
（3）納米SiO2具有比表面積大、無毒、耐高溫等特點，是一種優良的增強材料；以二羥基丁基氯化錫為催化劑，採用納米SiO2對聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）進行增強增韌處理。
（4）氧化石墨烯具有高的徑厚比，熱還原後形成導熱母粒在複合材料中形成導熱通路，複合材料具有良好的力學性能、優異的導熱性能，並且製備工藝簡單、成本低廉。碳纖維是一種性能優異的新型增強材料，具有低密度、高比強和耐腐蝕等優點。
（5）在LiOH/尿素的作用下，低溫時，將纖維素溶解於半導體納米粒子CdTe的巰基丙酸溶液中，形成複合物，室溫下短時間放置後，形成了有高螢光量子效率、可調螢光顏色、高穩定性的複合材料，可應用在LED的封裝材料中。
具體實施方式
為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。
實施例
一種LED用纖維素-CdTe可調螢光色的高導熱阻燃型塑料，由下述重量份(g)的原料製得：
氧化鎂10，氮化硼14，PBT 25，EVA 10，玻璃纖維10，107膠2，二月桂酸二丁基錫1，正矽酸乙酯1，三聚氰胺氰尿酸鹽3，硼酸鋅2，次磷酸鋁4，竹炭1，納米SiO2 3，二羥基丁基氯化錫1，氧化石墨烯4，碳纖維7，KH550 1，LiOH 2，尿素2，CdTe 5，巰基丙酸1，纖維素4，乙醇、丙酮、NaOH溶液、蒸餾水適量。
一種LED用纖維素-CdTe可調螢光色的高導熱阻燃型塑料的製備方法，其特徵在於，按以下步驟進行：
a. 將KH550與乙醇混合，水浴加熱到80-90℃，加入氧化鎂和氮化硼，攪拌30min，取出靜置1h，用吸管吸去上層溶液，於85-95℃烘乾1h後，與107膠混合，再加入二月桂酸二丁基錫、正矽酸乙酯，攪拌1h；
b. 向三聚氰胺氰尿酸鹽中加NaOH溶液，攪拌均勻，加入硼酸鋅，升溫85-95℃反應1h，得白色粘稠產物，抽濾、水洗3次，於145-165℃乾燥1h；將次磷酸鋁、竹炭在140-150℃烘乾1h後，與前者混合，超細粉碎，得複合阻燃劑；
c. 將PBT加熱到150-160℃，把納米SiO2、b中所得物料加入其中，混合均勻，再加入二羥基丁基氯化錫，聚合反應2h後，移入冰水浴中並粉碎，將所得樣品於120-130℃真空乾燥2h；
d. 將氧化石墨烯加入c中所得物料，超聲振動2h，加入碳纖維和丙酮，混合均勻，超聲振蕩1h；
e. 將LiOH和尿素溶解在半導體納米粒子CdTe的巰基丙酸溶液中，在-15～-10℃加入纖維素，充分攪拌2h，得半導體納米粒子複合物溶液；
f. 將a、d、e中所得物料及其他剩餘原料放入高速攪拌機中攪拌1h，置於雙螺杆擠出機中，在230-250℃熔融擠出，經空氣冷卻，造粒機造粒，再放入烘箱中85-95℃烘乾4h，取出，經注塑機於245-255℃注塑成型，得到一種LED用纖維素-CdTe可調螢光色的高導熱阻燃型塑料。
上述實施例製備的一種LED用纖維素-CdTe可調螢光色的高導熱阻燃型塑料的性能檢測結果如下所示：
導熱係數為319.62W/m K，熱膨脹係數為12.84×10-6·K-1(50-150℃)，拉伸強度為59.79MPa，彎曲強度為45.63MPa，衝擊強度為3.92KJ/m2，斷裂伸長率達13.75%。