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性價比之王pk:球形氧化鎂vs球形氧化鋁,誰將領導熱填料市場風騷?
2020年11月18日 發布 分類:粉體應用技術 點擊量:905
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我們都知道高分子材料多為絕緣體,它的耐化學腐蝕性及加工工藝性能優良,但多為熱的不良導體,所以這里就需要用到導熱填料,如今導熱填料的應用越來越廣泛,但多種類型各有優劣,有的性能優異但價格昂貴,有的導熱率好但使用要求高,有的導熱性一般但在非高端領域有一定的市場,那么當前市場上最具性價比的導熱填料在哪里找呢?

性價比之選:氧化物填料

常用的導熱填料一般分為氮化物填料、氧化物填料、碳化物填料及混雜填料,其粒徑大小、微觀表面形態、表面處理、添加量和復合方式都對導熱高分子材料的熱導率有一定的影響。

氧化物填料主要以與氮化物混雜的方式填充絕緣高分子材料,從而可以提高材料的熱導率,保持穩定的電性能,降低生產成本。

常見氧化物填料導熱系數如下表所示:

氧化物

綜合制作工藝、生產成本、導熱性能等因素,市場上應用較廣的氧化物填料主要為氧化鋁(A12O3)、氧化鎂(MgO)、氧化鋅(ZnO),它們具有一定的導熱能力,電絕緣性能優良。

針狀氧化鋁價格低,但填充量小,在液體硅膠中,普通針狀氧化鋁的最大添加量一般為300份左右,因此所得產品的熱導率有限。而球形氧化鋁的填充量大,在液體硅膠中其最大添加量達到600~800份,所得制品的熱導率高,同時價格較高,但低于氮化硼和氮化鋁的價格。

氧化鋅的粒徑及均勻性很好,適合生產導熱硅脂,但其熱導率偏低,不適合生產高導熱產品;質輕,增粘性強,也不適合灌封。

氧化鎂為白色或淡黃色粉末,耐火性能良好。氧化鎂的價格低,在空氣中易吸潮,增粘性較強,不能大量填充,且耐酸性差,很容易被酸腐蝕,限制了其在酸性環境中的應用。

因此相較而言,氧化鋁,尤其是球形氧化鋁在當前的導熱填料市場有著更廣闊的應用發展,但導熱性能略高于它,同樣價格低廉,有著廣泛材料來源的氧化鎂就一定會在這場氧化物填料王者之爭中敗下陣來嗎?

不一定。

性能優異:球形氧化鎂漸露鋒芒

氧化鎂(MgO)是一種應用十分廣泛的化工材料,具有較好的化學惰性、耐熱性、絕緣性和導熱性,其中比較突出的是良好的抗高溫氧化性能,適中的堿性,由于存在氧空位和單電子而產生的親電子性等,這些性質為氧化鎂的應用提供了重要的前提和基礎。

一維或二維的MgO結構,如納米棒,納米帶,納米線己經成功地探索出多種實驗合成方法。但是,三維的球形MgO的制備方法的報道很少。一般氧化鎂是片狀結晶,但是經過實驗研究發現一些特殊形貌的氧化鎂在很多方面都有著十分有效的應用。

氧化鎂

氧化鎂

球形氧化鎂SEM圖片

相對于普通MgO,球形MgO具有更好的導熱效果,通過一定的加工,可將導熱系數提升至40-60W/m.K,導熱率高于球形氧化鋁,可提升填充比例,具有更高的性價比。

以下為典型的球形氧化鎂產品理化指標:

氧化鎂

球形氧化鎂能顯著提升高分子材料的導熱性、電絕緣性、阻燃性等性能。

決勝之道在于如何制備前驅體:球形堿式碳酸鎂

球形結構的氧化鎂是由前驅體球形堿式碳酸鎂或球形氫氧化鎂或球形堿式草酸鎂煅燒而成的。以球形堿式碳酸鎂為例,堿式碳酸鎂的球體結構是由片狀結構的堿式碳酸鎂堆積而成,將堿式碳酸鎂行煅燒,球形堿式碳酸鎂發生熱分解,獲得球形的氧化鎂。可以將球形堿式碳酸鎂的合成方法分為直接合成法和間接合成法兩種。

1.直接合成法

直接合成的方法是在制備球形堿式碳酸鎂中應用比較廣泛的合成方法。該方法是在特定反應溫度下直接合成,不再改變任何實驗條件,直接獲得球形堿式碳酸鎂。

1)SDS輔助下低溫合成法

以氯化鎂和碳酸鈉為實驗原料,在十二烷基硫酸鈉的輔助下,在低于55°C的溫度下,直接合成了球形的堿式碳酸鎂。雖然合成溫度較低,但是反應時間長達24個小時,從時間成本上有一定的局限性。

2)低溫下添加劑輔助的合成方法

在某一特定反應溫度下,將不同添加劑,如酒石酸納、聚丙烯酰胺、氯化錳,均勻溶解于正在攬拌的去離子水中,在攬拌的情況下,同時將氯化鎂溶液和碳酸鈉溶液滴加到反應器中,持續攪拌特定時間后,停止,靜置4天,即獲得球形的堿式碳酸鎂。

3)共沉淀法直接合成

采用可溶性的鎂鹽以及可溶性的碳酸鹽作為實驗原料,通過鹽酸或者氨水對水溶液體系中的pH值進行調節,利用水熱合成反應,制備出近球形的鳥巢狀的堿式碳酸鎂。

2.間接合成法

間接合成法是首先合成其他形式的碳酸鎂,經過熱解后生成球形堿式碳酸鎂的合成方法。

1)重鎂水中添加草酸鈉法

以輕燒白云灰粉料作為實驗原料,采用碳化的方法,在之前先加入草酸鈉除鈣,然后進行重鎂水熱解,制備得到高純氧化鎂樣品。然后進行熱解,熱解產物堿式碳酸鎂,將堿式碳酸鎂煅燒就得到球形氧化鎂的產物。

2)二氧化碳調節法

以七水硫酸鎂和碳酸鈉作為反應原料,在反應溫度下,將碳酸鈉溶液在硫酸鎂溶液攪拌的情況下以—定速度加入到反應體系中。結束后向反應體系內通入二氧化碳氣體,以調節碳酸鎂的晶型,這個過程為碳化過程。然后靜置一段時間,過濾,洗滌。將所得產物進行熱解反應,使產物完全轉化為堿式碳酸鎂。

寫在最后

氧化鎂具有較好的化學惰性、耐熱性、絕緣性和導熱性等性能,針對特定的應用背景和應用場合,調節氧化鎂的形貌與表面性質,控制其物理形貌、表面積、孔徑和孔體積,將氧化鎂的化學特性與其形貌和表面性質有機結合起來,將為特殊形貌氧化鎂的應用提供更廣闊的空間。

現在球形氧化鎂制備工藝還不太成熟,它的優良性能還沒有被大多數人認識,所以開發球形氧化鎂的制備工藝和更廣泛的應用具有良好的市場前景。


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