本發(fā)明屬于聚氨酯彈性體及其制備的，具體涉及一種兼具導(dǎo)熱和自清潔的tpu材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)今的電子技術(shù)領(lǐng)域，隨著第三代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（web3）與第五代通信技術(shù)（5g）的全面普及，電子元器件正朝著高度集成化、功能多樣化以及輕質(zhì)柔性化的方向發(fā)展。這一趨勢對導(dǎo)熱填料提出了新的要求，尤其是在智能手機(jī)等便攜式電子設(shè)備中，由于內(nèi)部元器件密集且運(yùn)行功耗高，熱量管理成為了一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問題。

2、傳統(tǒng)的導(dǎo)熱填料雖然在一定程度上能夠滿足基本的散熱需求，但隨著電子產(chǎn)品的性能提升和尺寸減小，對導(dǎo)熱填料的性能要求也日益提高。特別是在高度集成的電子設(shè)備內(nèi)部，熱量的有效散發(fā)對于保持設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行、延長使用壽命至關(guān)重要。然而，現(xiàn)有的導(dǎo)熱填料往往缺乏自清潔能力，長期使用過程中，材料表面容易積聚灰塵、油脂等污染物，這不僅影響美觀，更重要的是會(huì)阻礙熱量的有效傳遞，降低熱管理效率。

3、熱塑性聚氨酯(簡稱tpu)彈性體是由硬鏈段與軟鏈段交互嵌段共聚形成的線型聚合物。tpu擁有抗拉、耐磨和耐熱等物理性能、類似于橡膠的彈性，且tpu能以熱塑性材料的加工工藝，比如注塑、擠出、吹塑、壓延以及搪塑等方式進(jìn)行加工。隨著用量增長，tpu已成為材料行業(yè)重要組成部分，其主要應(yīng)用于鞋材、3c護(hù)套、管材以及薄膜等領(lǐng)域。

4、tpu在電子產(chǎn)品的制造中也得到了廣泛應(yīng)用，主要在絕緣層與保護(hù)層材料、外殼材料、按鍵與按鈕材料、密封件與墊圈材料、連接件與固定件材料、觸摸屏保護(hù)膜材料、緩沖材料幾個(gè)方面有所涉及。然而，傳統(tǒng)的tpu材料在導(dǎo)熱性能和自清潔能力方面仍有待提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種兼具導(dǎo)熱和自清潔的tpu材料，兼具導(dǎo)熱和自清潔功能，在提升散熱性能的同時(shí)，減少材料表面的污染，延長電子產(chǎn)品的使用壽命，本發(fā)明還提供其制備方法與應(yīng)用。

2、本發(fā)明所述的兼具導(dǎo)熱和自清潔的tpu材料，是由以下組分按照重量份數(shù)制成的：

3、聚酯多元醇50~57份；

4、異氰酸酯32~37份；

5、擴(kuò)鏈劑10~12份；

6、加工助劑0.8~1.2份；

7、催化劑0.01~0.02份；

8、導(dǎo)熱填料10~20份；

9、疏水疏油填料5~10份；

10、所述的疏水疏油填料是以正硅酸四乙酯和聚二甲基硅氧烷為有機(jī)組分，以疏水性納米二氧化硅顆粒為無機(jī)組分，通過在堿性條件下水解縮合，進(jìn)行有機(jī)無機(jī)雜化制備得到。

11、所述聚酯多元醇為飽和脂肪族聚酯多元醇、不飽和脂肪族聚酯多元醇、芳香族聚酯多元醇或混酸系聚酯多元醇中的一種，聚酯多元醇的數(shù)均分子量為1000~4000，優(yōu)選為飽和脂肪族聚酯多元醇。具體的，所述聚酯型多元醇為聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇、聚己二酸己二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇-1,4-丁二醇酯二醇、聚己二酸-1,4-丁二醇-己二醇酯二醇中的一種。

12、所述異氰酸酯為4,4'-二苯甲烷二異氰酸酯、1,6-己二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯或?qū)Ρ蕉惽杷狨ブ械囊环N，優(yōu)選為4,4'-二苯甲烷二異氰酸酯（mdi-100）。

13、所述擴(kuò)鏈劑為碳原子數(shù)為2~6的烷二醇。具體為乙二醇、二甘醇、丙二醇、二丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,3-丁二醇、1,5-戊二醇或新戊二醇中的一種，優(yōu)選為1,4-丁二醇（bdo）。

14、所述加工助劑為抗氧劑、潤滑劑或紫外線吸收劑中的一種或多種；所述催化劑為有機(jī)鈦催化劑、有機(jī)錫催化劑或有機(jī)胺催化劑中的一種或多種，優(yōu)選為有機(jī)錫催化劑。

15、所述抗氧劑為受阻酚類抗氧劑和/或亞磷酸酯類抗氧劑，優(yōu)選為四[β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯（1010）、雙（2,4-二叔丁基苯酚）季戊四醇二亞磷酸酯（626）、三[2,4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯（168）或硫代二丙酸雙十二醇酯（dltdp）中的一種或多種。

16、所述潤滑劑為酰胺蠟和/或褐煤蠟，優(yōu)選的潤滑劑為wax-c、wax-e中的一種或多種，更優(yōu)選為wax-c。

17、所述紫外線吸收劑為甲醚類和/或受阻氨類；優(yōu)選的紫外線吸收劑為uv-1、770中的一種或多種，更優(yōu)選為uv-1。

18、所述導(dǎo)熱填料為碳基類導(dǎo)熱填料或陶瓷類導(dǎo)熱填料的一種或多種，優(yōu)選為陶瓷類導(dǎo)熱填料，陶瓷類導(dǎo)熱填料主要包括碳化硅（sic）、氧化鋁（al2o3）、氮化鋁（aln），也可以優(yōu)選為采用六方氮化硼（h-bn）自制得到的氮化硼納米片（bnnss），更優(yōu)選為bnnss，碳基類導(dǎo)熱填料石墨烯。所述的采用六方氮化硼（h-bn）自制得到氮化硼納米片（bnnss）的步驟為：稱取1.0g~2.0gh-bn粉末于燒杯中，并加入200~300ml質(zhì)量比為1:1~1:2的異丙醇/去離子水混合溶液，經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笾糜诔暪β蕿?00~1000w的超聲細(xì)胞粉碎機(jī)中進(jìn)行超聲剝離，時(shí)長設(shè)置為4~6h，超聲溫度為23~30℃，超聲結(jié)束后，將所得溶液置于臺式高速離心機(jī)中進(jìn)行離心處理，首先以3000~5000rpm的速度離心15~30min，去除溶液中的較大顆粒，再取上清液以9000~12000rpm的速度離心30~60min，獲得超聲剝離的粗導(dǎo)熱填料，將所得粗導(dǎo)熱填料用去離子水充分清洗多次，去除殘留的異丙醇，再置于65~80℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中，得到bnnss導(dǎo)熱填料。

19、所述疏水疏油填料中的有機(jī)組分與無機(jī)組分的質(zhì)量比為1:3~1:4，所述有機(jī)組分中正硅酸四乙酯和聚二甲基硅氧烷的質(zhì)量比為1:1~1:2。

20、具體的，所述疏水疏油填料的制備方法為：

21、第一步，將5~10g納米二氧化硅加入裝有50~100ml無水乙醇的燒杯中，在室溫下用磁力攪拌器充分?jǐn)嚢?0~60min，然后將其放在超聲波儀器中超聲20~30min，保證二氧化硅在無水乙醇中均勻的分散；

22、第二步，在燒杯中依次滴加1~2g正硅酸四乙酯，1~2g聚二甲基硅氧烷；

23、第三步，向上述溶液中同時(shí)加入0.6~1.0g氨水和9~13g去離子水，在室溫下用磁力攪拌器連續(xù)攪拌1~2h，得到超疏水疏油漿液；

24、第四步，將制備的超疏水疏油漿液置于烘干器中烘干，得到疏水疏油填料。

25、所述的兼具導(dǎo)熱和自清潔的tpu材料的制備方法，包括以下步驟：將加工助劑溶于聚酯多元醇后，并與擴(kuò)鏈劑一起注入到雙螺桿擠出機(jī)，同時(shí)將異氰酸酯注入到雙螺桿擠出機(jī)，并將催化劑注入到雙螺桿擠出機(jī)，混合后的物料在螺桿中反應(yīng)塑化，并經(jīng)過水下切系統(tǒng)造粒，得到tpu顆粒，將得到的tpu顆粒分散到溶劑中，溶解后加入導(dǎo)熱填料和疏水疏油填料，混合均勻，揮發(fā)溶劑后，得到兼具導(dǎo)熱和自清潔的tpu材料。

26、所述雙螺桿擠出機(jī)的擠出溫度為130~220℃，螺桿轉(zhuǎn)速為170~230rpm；所述將得到的tpu顆粒分散到質(zhì)量比為1:1~1:2的dmf、乙酸乙酯混合溶劑中，溶解后加入導(dǎo)熱填料和疏水疏油填料，通過超聲的方式混合均勻。所述的質(zhì)量比為1:1~1:2的dmf、乙酸乙酯混合溶劑，當(dāng)選擇質(zhì)量比為1:1的dmf、乙酸乙酯混合溶劑時(shí)，可以使得tpu的顆粒達(dá)到最大的質(zhì)量溶解度25%，進(jìn)而增加最大產(chǎn)量，與傳統(tǒng)方法相比，增大了溶解度，當(dāng)然也可以選擇質(zhì)量比為1:2的dmf、乙酸乙酯混合溶劑，雖然溶解后的產(chǎn)量不是最優(yōu)的選擇，但是對于所制得的tpu材料兼具導(dǎo)熱和自清潔的性能上不會(huì)有質(zhì)的降低，因此溶解的混合溶劑的最優(yōu)選擇質(zhì)量比為1:1。

27、所述的兼具導(dǎo)熱和自清潔的tpu材料的應(yīng)用：將制得的兼具導(dǎo)熱和自清潔的tpu材料用于生產(chǎn)手機(jī)保護(hù)套。

28、具體的，所述的兼具導(dǎo)熱和自清潔的tpu材料的制備方法，包括以下步驟：

29、（1）將加工助劑溶于聚酯多元醇后，并與擴(kuò)鏈劑一起注入到雙螺桿擠出機(jī)，同時(shí)將異氰酸酯注入到雙螺桿擠出機(jī)，通過外加設(shè)備將催化劑注入到雙螺桿擠出機(jī)，混合后的物料在螺桿中反應(yīng)塑化，并經(jīng)過水下切系統(tǒng)造粒，得到tpu顆粒；所述雙螺桿擠出機(jī)的擠出溫度為130~220℃，螺桿轉(zhuǎn)速為170~230rpm。

30、（2）將得到的tpu顆粒分散到質(zhì)量比1:1~1:2dmf和乙酸乙酯的混合溶劑中，升溫至30~50℃加速溶解，完全溶解后，在溶液中加入導(dǎo)熱填料和疏水疏油填料，放置于高頻數(shù)控超聲波清洗器中以250~400w的功率超聲60~100min，使導(dǎo)熱填料和疏水疏油填料均勻分散，充分混合，將處理好的溶液放置于100℃烘箱中加速溶劑揮發(fā)，待溶劑揮發(fā)完全后得到兼具導(dǎo)熱和自清的tpu材料。在步驟（2）中所述的分散后的溫度，目的是加速溶解，超聲波清洗器的參數(shù)目的也都是為了分散均勻，而不再對具體參數(shù)進(jìn)行探索，本領(lǐng)域技術(shù)人員對于超聲波清洗器的操作都是熟知的。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：

32、（1）本發(fā)明的兼具導(dǎo)熱和自清潔的tpu材料的制備方法中，以dmf和乙酸乙酯1:1混合的專用溶劑進(jìn)行溶解tpu顆粒，tpu在溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)25%，這使得產(chǎn)量相對傳統(tǒng)的dmf體系得到極大的提高；

33、（2）采用本分發(fā)明的方法制備的兼具導(dǎo)熱和自清潔的tpu材料，添加導(dǎo)熱填料，極大地提高了tpu的定向熱傳導(dǎo)能力；添加疏水疏油材料，極大地提高了tpu的疏水疏油能力。

34、（3）本發(fā)明制備的兼具導(dǎo)熱和自清潔的tpu材料用于制備手機(jī)護(hù)套，可以提高護(hù)套的定向?qū)嵝阅芤约白郧鍧嵞芰湍透g能力。