阅读说明：本技术 一种高导热的纳米Al2O3空心微球改性聚丙烯材料及其制法 (High-thermal-conductivity nano Al2O3Hollow microsphere modified polypropylene material and preparation method thereof ) 是由 周建文 于 2020-05-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及光催化材料技术领域,且公开了一种高导热的纳米Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>空心微球改性聚丙烯材料,包括以下配方原料及组分：功能化纳米Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>空心微球、抗氧化剂、聚丙烯。该一种高导热的纳米Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>空心微球改性聚丙烯材料,比表面积巨大的纳米Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>空心微球,与4-苯基苯甲酸的羧基进行酯化偶联,4-苯基苯甲酸接枝的功能化纳米Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>空心微球与聚丙烯具有很好地相容性,通过异相成核作用,促进了聚丙烯链段在功能化纳米Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>空心微球表面生成核结晶,提高了聚丙烯的结晶温度和结晶度,有效促进了聚丙烯成核结晶过程,具有很好地弯曲强度等机械性能,导热系数很高的纳米Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>空心微球在聚丙烯中分散均匀,提高了聚丙烯的热导率和导热性能。(The invention relates to the technical field of photocatalytic materials, and discloses a high-thermal-conductivity nano Al 2 O 3 The hollow microsphere modified polypropylene material comprises the following formula raw materials and components: functionalized nano Al 2 O 3 Hollow microspheres, antioxidant and polypropylene. The high-thermal conductivity nano Al 2 O 3 Hollow microsphere modified polypropylene material, nano Al with huge specific surface area 2 O 3 Hollow microsphere, 4-phenylbenzoic acid carboxyl for esterification coupling, 4-phenylbenzoic acid grafted functional nano Al 2 O 3 The hollow microspheres have good compatibility with polypropylene, and the functionalized nano Al of the polypropylene chain segment is promoted through heterogeneous nucleation 2 O 3 The hollow microsphere surface generates nuclear crystals, improves the crystallization temperature and the crystallinity of the polypropylene, effectively promotes the nucleation and crystallization process of the polypropylene, has good mechanical properties such as bending strength and the like, and has high heat conductivity coefficient 2 O 3 The hollow microspheres are uniformly dispersed in the polypropylene, so that the heat conductivity and the heat conductivity of the polypropylene are improved.)

具体实施方式

为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种高导热的纳米Al₂O₃空心微球改性聚丙烯材料，包括以下原料及组分：功能化纳米Al₂O₃空心微球、亚磷酸酯抗氧化剂、聚丙烯，质量比为0.5-2:0.8-1.5:1000。

功能化纳米Al₂O₃空心微球制备方法包括以下步骤：

(1)向反应瓶中加入蒸馏水和葡萄糖，控制物质的量浓度为0.6-1.5mol/L，搅拌均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中加热至160-190℃，反应10-15h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到碳纳米微球。

(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、硝酸铝和表面活性剂泊洛沙姆，超声分散均匀后，加入盐酸调节溶液pH至6，置于恒温水浴锅中，在20-40℃下匀速搅拌3-6h，将溶液冷冻干燥除去溶剂，固体产物置于蒸馏水溶剂中，加入碳纳米微球，其中硝酸铝、泊洛沙姆和碳纳米微球的质量比为1:1.5-2.5:2-4，超声分散均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中加热至120-160℃，反应4-8h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂并干燥，固体产物置于电阻炉中，升温速率为1-3℃/min，升温至180-250℃，保温处理30-60min，在升温至650-720℃，保温煅烧2-4h，煅烧产物即为纳米Al₂O₃空心微球。

(3)向反应瓶中加入物质的量浓度为2-4mol/L的氢氧化钾溶液，再加入纳米Al₂O₃空心微球，超声分散均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中加热至100-150℃，反应10-20h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并置于甲苯溶剂中，加入4-苯基苯甲酸和缩合剂2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯，其中纳米Al₂O₃空心微球、4-苯基苯甲酸和2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯的质量比为1:4-10:3-6，置于油浴锅中，加热至110-130℃，匀速搅拌反应10-15h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，制备得到4-苯基苯甲酸接枝的功能化纳米Al₂O₃空心微球。

高导热的纳米Al₂O₃空心微球改性聚丙烯材料制备方法包括以下步骤：

(1)向双螺杆挤出机中加入功能化纳米Al₂O₃空心微球、亚磷酸酯抗氧化剂和聚丙烯，进行熔融共混和挤出造粒，制备得到高导热的纳米Al₂O₃空心微球改性聚丙烯材料。

实施例1

(1)制备碳纳米微球组分1：向反应瓶中加入蒸馏水和葡萄糖，控制物质的量浓度为1.5mol/L，搅拌均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中加热至190℃，反应15h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到碳纳米微球组分1。

(2)制备纳米Al₂O₃空心微球组分1：向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、硝酸铝和表面活性剂泊洛沙姆，超声分散均匀后，加入盐酸调节溶液pH至6，置于恒温水浴锅中，在40℃下匀速搅拌6h，将溶液冷冻干燥除去溶剂，固体产物置于蒸馏水溶剂中，加入碳纳米微球组分1，其中硝酸铝、泊洛沙姆和碳纳米微球的质量比为1:2.5:4，超声分散均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中加热至60℃，反应8h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂并干燥，固体产物置于电阻炉中，升温速率为3℃/min，升温至250℃，保温处理60min，在升温至720℃，保温煅烧4h，煅烧产物即为纳米Al₂O₃空心微球组分1。

(3)制备功能化纳米Al₂O₃空心微球组分1：向反应瓶中加入物质的量浓度为4mol/L的氢氧化钾溶液，再加入纳米Al₂O₃空心微球组分1，超声分散均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中加热至150℃，反应20h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并置于甲苯溶剂中，加入4-苯基苯甲酸和缩合剂2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯，其中纳米Al₂O₃空心微球、4-苯基苯甲酸和2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯的质量比为1:10:6，置于油浴锅中，加热至130℃，匀速搅拌反应15h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，制备得到4-苯基苯甲酸接枝的功能化纳米Al₂O₃空心微球组分1。

(4)制备高导热的纳米Al₂O₃空心微球改性聚丙烯材料1：向双螺杆挤出机中加入功能化纳米Al₂O₃空心微球组分1、亚磷酸酯抗氧化剂和聚丙烯，三者质量比为0.5:0.8:1000，进行熔融共混和挤出造粒，制备得到高导热的纳米Al₂O₃空心微球改性聚丙烯材料1。

实施例2

(1)制备碳纳米微球组分2：向反应瓶中加入蒸馏水和葡萄糖，控制物质的量浓度为0.8mol/L，搅拌均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中加热至190℃，反应10h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到碳纳米微球组分2。

(2)制备纳米Al₂O₃空心微球组分2：向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、硝酸铝和表面活性剂泊洛沙姆，超声分散均匀后，加入盐酸调节溶液pH至6，置于恒温水浴锅中，在20℃下匀速搅拌6h，将溶液冷冻干燥除去溶剂，固体产物置于蒸馏水溶剂中，加入碳纳米微球组分2，其中硝酸铝、泊洛沙姆和碳纳米微球的质量比为1:1.8:2.5，超声分散均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中加热至150℃，反应5h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂并干燥，固体产物置于电阻炉中，升温速率为3℃/min，升温至200℃，保温处理40min，在升温至660℃，保温煅烧2h，煅烧产物即为纳米Al₂O₃空心微球组分2。

(3)制备功能化纳米Al₂O₃空心微球组分2：向反应瓶中加入物质的量浓度为4mol/L的氢氧化钾溶液，再加入纳米Al₂O₃空心微球组分2，超声分散均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中加热至150℃，反应12h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并置于甲苯溶剂中，加入4-苯基苯甲酸和缩合剂2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯，其中纳米Al₂O₃空心微球、4-苯基苯甲酸和2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯的质量比为1:5:4，置于油浴锅中，加热至130℃，匀速搅拌反应12h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，制备得到4-苯基苯甲酸接枝的功能化纳米Al₂O₃空心微球组分2

(4)制备高导热的纳米Al₂O₃空心微球改性聚丙烯材料2：向双螺杆挤出机中加入功能化纳米Al₂O₃空心微球组分2、亚磷酸酯抗氧化剂和聚丙烯，三者质量比为0.8:0.95:1000，进行熔融共混和挤出造粒，制备得到高导热的纳米Al₂O₃空心微球改性聚丙烯材料2。

实施例3

(1)制备碳纳米微球组分3：向反应瓶中加入蒸馏水和葡萄糖，控制物质的量浓度为1mol/L，搅拌均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中加热至170℃，反应13h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到碳纳米微球组分3。

(2)制备纳米Al₂O₃空心微球组分3：向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、硝酸铝和表面活性剂泊洛沙姆，超声分散均匀后，加入盐酸调节溶液pH至6，置于恒温水浴锅中，在30℃下匀速搅拌5h，将溶液冷冻干燥除去溶剂，固体产物置于蒸馏水溶剂中，加入碳纳米微球组分3，其中硝酸铝、泊洛沙姆和碳纳米微球的质量比为1:2:3，超声分散均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中加热至140℃，反应6h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂并干燥，固体产物置于电阻炉中，升温速率为2℃/min，升温至220℃，保温处理50min，在升温至680℃，保温煅烧3h，煅烧产物即为纳米Al₂O₃空心微球组分3。

(3)制备功能化纳米Al₂O₃空心微球组分3：向反应瓶中加入物质的量浓度为3mol/L的氢氧化钾溶液，再加入纳米Al₂O₃空心微球组分3，超声分散均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中加热至120℃，反应15h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并置于甲苯溶剂中，加入4-苯基苯甲酸和缩合剂2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯，其中纳米Al₂O₃空心微球、4-苯基苯甲酸和2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯的质量比为1:6:4.5，置于油浴锅中，加热至120℃，匀速搅拌反应12h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，制备得到4-苯基苯甲酸接枝的功能化纳米Al₂O₃空心微球组分3。

(4)制备高导热的纳米Al₂O₃空心微球改性聚丙烯材料3：向双螺杆挤出机中加入功能化纳米Al₂O₃空心微球组分3、亚磷酸酯抗氧化剂和聚丙烯，三者质量比为1.2:1.1:1000，进行熔融共混和挤出造粒，制备得到高导热的纳米Al₂O₃空心微球改性聚丙烯材料3。

实施例4

(1)制备碳纳米微球组分4：向反应瓶中加入蒸馏水和葡萄糖，控制物质的量浓度为1.2mol/L，搅拌均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中加热至180℃，反应115h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到碳纳米微球组分4。

(2)制备纳米Al₂O₃空心微球组分4：向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、硝酸铝和表面活性剂泊洛沙姆，超声分散均匀后，加入盐酸调节溶液pH至6，置于恒温水浴锅中，在20℃下匀速搅拌6h，将溶液冷冻干燥除去溶剂，固体产物置于蒸馏水溶剂中，加入碳纳米微球组分4，其中硝酸铝、泊洛沙姆和碳纳米微球的质量比为1:2.2:3.5，超声分散均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中加热至160℃，反应5h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂并干燥，固体产物置于电阻炉中，升温速率为3℃/min，升温至230℃，保温处理40min，在升温至720℃，保温煅烧3h，煅烧产物即为纳米Al₂O₃空心微球组分4。

(3)制备功能化纳米Al₂O₃空心微球组分4：向反应瓶中加入物质的量浓度为4mol/L的氢氧化钾溶液，再加入纳米Al₂O₃空心微球组分4，超声分散均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中加热至130℃，反应18h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并置于甲苯溶剂中，加入4-苯基苯甲酸和缩合剂2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯，其中纳米Al₂O₃空心微球、4-苯基苯甲酸和2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯的质量比为1:8:5.5，置于油浴锅中，加热至120℃，匀速搅拌反应15h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，制备得到4-苯基苯甲酸接枝的功能化纳米Al₂O₃空心微球组分4。

(4)制备高导热的纳米Al₂O₃空心微球改性聚丙烯材料4：向双螺杆挤出机中加入功能化纳米Al₂O₃空心微球组分4、亚磷酸酯抗氧化剂和聚丙烯，三者质量比为1.6:1.3:1000，进行熔融共混和挤出造粒，制备得到高导热的纳米Al₂O₃空心微球改性聚丙烯材料4。

实施例5

(1)制备碳纳米微球组分5：向反应瓶中加入蒸馏水和葡萄糖，控制物质的量浓度为1.5mol/L，搅拌均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中加热至190℃，反应15h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到碳纳米微球组分5。

(2)制备纳米Al₂O₃空心微球组分5：向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、硝酸铝和表面活性剂泊洛沙姆，超声分散均匀后，加入盐酸调节溶液pH至6，置于恒温水浴锅中，在40℃下匀速搅拌6h，将溶液冷冻干燥除去溶剂，固体产物置于蒸馏水溶剂中，加入碳纳米微球组分5，其中硝酸铝、泊洛沙姆和碳纳米微球的质量比为1:2.5:4，超声分散均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中加热至160℃，反应8h，将溶液冷却至室温，过滤除去溶剂并干燥，固体产物置于电阻炉中，升温速率为3℃/min，升温至250℃，保温处理60min，在升温至720℃，保温煅烧4h，煅烧产物即为纳米Al₂O₃空心微球组分5。

(3)制备功能化纳米Al₂O₃空心微球组分5：向反应瓶中加入物质的量浓度为4mol/L的氢氧化钾溶液，再加入纳米Al₂O₃空心微球组分5，超声分散均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中加热至150℃，反应20h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并置于甲苯溶剂中，加入4-苯基苯甲酸和缩合剂2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯，其中纳米Al₂O₃空心微球、4-苯基苯甲酸和2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯的质量比为1:10:6，置于油浴锅中，加热至130℃，匀速搅拌反应15h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，制备得到4-苯基苯甲酸接枝的功能化纳米Al₂O₃空心微球组分5。

(4)制备高导热的纳米Al₂O₃空心微球改性聚丙烯材料5：向双螺杆挤出机中加入功能化纳米Al₂O₃空心微球组分5、亚磷酸酯抗氧化剂和聚丙烯，三者质量比为2:1.5:1000，进行熔融共混和挤出造粒，制备得到高导热的纳米Al₂O₃空心微球改性聚丙烯材料5。

综上所述，该一种高导热的纳米Al₂O₃空心微球改性聚丙烯材料，以碳纳米微球为牺牲模板，制备得到比表面积巨大的纳米Al₂O₃空心微球，再通过强碱溶液刻蚀，增加纳米Al₂O₃空心微球表面活性羟基的含量，在缩合剂2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯的作用下，很容易与4-苯基苯甲酸的羧基进行酯化偶联，制备得到4-苯基苯甲酸接枝的功能化纳米Al₂O₃空心微球。

以功能化纳米Al₂O₃空心微球作为成核剂，表面的苯环与聚丙烯链段中的甲基形成CH-π键的相互作用，使功能化纳米Al₂O₃空心微球与聚丙烯具有很好地相容性，在聚丙烯基体中分散度良好，通过异相成核作用，促进了聚丙烯链段在功能化纳米Al₂O₃空心微球表面生成核结晶，可以明显提高聚丙烯的结晶温度和结晶度，促进聚丙烯在较高温度下进行结晶过程，形成完善程度更高的晶体，有效促进了聚丙烯成核结晶过程，结晶度良好的聚丙烯具有很好地弯曲强度等机械性能，同时导热系数很高的纳米Al₂O₃空心微球在聚丙烯中分散均匀，形成三维导热网络，显著提高了聚丙烯的热导率和导热性能。