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性价比之王pk:球形氧化镁vs球形氧化铝,谁将领导热填料市场风骚?
2020年11月18日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

我们都知道高分子材料多为绝缘体,它的耐化学腐蚀性及加工工艺性能优良,但多为热的不良导体,所以这里就需要用到导热填料,如今导热填料的应用越来越广泛,但多种类型各有优劣,有的性能优异但价格昂贵,有的导热率好但使用要求高,有的导热性一般但在非高端领域有一定的市场,那么当前市场上最具性价比的导热填料在哪里找呢?


性价比之选:氧化物填料


常用的导热填料一般分为氮化物填料、氧化物填料、碳化物填料及混杂填料,其粒径大小、微观表面形态、表面处理、添加量和复合方式都对导热高分子材料的热导率有一定的影响。

氧化物填料主要以与氮化物混杂的方式填充绝缘高分子材料,从而可以提高材料的热导率,保持稳定的电性能,降低生产成本。

常见氧化物填料导热系数如下表所示:

材料名称

导热系数K(w/m.k)

氧化铍(有毒)

219

氧化镁

36

氧化铝

30

氧化锌

26

二氧化硅(结晶型)

5-15

氧化镍

12

氧化钙

15

综合制作工艺、生产成本、导热性能等因素,市场上应用较广的氧化物填料主要为氧化铝(A12O3)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO),它们具有一定的导热能力,电绝缘性能优良中国化工网okmart.com

普通氧化铝的价格低,但填充量小,在液体硅胶中,普通氧化铝的最大添加量一般为300份左右,因此所得产品的热导率有限。而球形氧化铝的填充量大,在液体硅胶中其最大添加量达到600~800份,所得制品的热导率高,同时价格较高,但低于氮化硼和氮化铝的价格。

氧化锌的粒径及均匀性很好,适合生产导热硅脂,但其热导率偏低,不适合生产高导热产品;质轻,增粘性强,也不适合灌封。

氧化镁为白色或淡黄色粉末,耐火性能良好。氧化镁的价格低,在空气中易吸潮,增粘性较强,不能大量填充,且耐酸性差,很容易被酸腐蚀,限制了其在酸性环境中的应用。

因此相较而言,氧化铝,尤其是球形氧化铝在当前的导热填料市场有着更广阔的应用发展,但导热性能略高于它,同样价格低廉,有着广泛材料来源的氧化镁就一定会在这场氧化物填料王者之争中败下阵来吗?

不一定。

性能优异:球形氧化镁渐露锋芒


氧化镁(MgO)是一种应用十分广泛的化工材料,具有较好的化学惰性、耐热性、绝缘性和导热性,其中比较突出的是良好的抗高温氧化性能,适中的碱性,由于存在氧空位和单电子而产生的亲电子性等,这些性质为氧化镁的应用提供了重要的前提和基础。

一维或二维的MgO结构,如纳米棒,纳米带,纳米线己经成功地探索出多种实验合成方法。但是,三维的球形MgO的制备方法的报道很少。一般氧化镁是片状结晶,但是经过实验研究发现一些特殊形貌的氧化镁在很多方面都有着十分有效的应用。

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球形氧化镁SEM图片

相对于普通MgO,球形MgO具有更好的导热效果,通过一定的加工,可将导热系数提升至40-60W/m.K,导热率高于球形氧化铝,可提升填充比例,具有更高的性价比。

以下为典型的球形氧化镁产品理化指标:

分子式

MgO 

分子量 

40.3 

主含量 

≥ 98 % 

外观 

粉末、白度≥95% 

电导率

≤ 100μs/㎝ 

球形度 

> 95% 

导热系数 

40-60W/m.K 

密度 

3.6g/cm³ 


球形氧化镁能显著提升高分子材料的导热性、电绝缘性、阻燃性等性能。


决胜之道在于如何制备前驱体:球形碱式碳酸镁


球形结构的氧化镁是由前驱体球形碱式碳酸镁或球形氢氧化镁或球形碱式草酸镁煅烧而成的。以球形碱式碳酸镁为例,碱式碳酸镁的球体结构是由片状结构的碱式碳酸镁堆积而成,将碱式碳酸镁行煅烧,球形碱式碳酸镁发生热分解,获得球形的氧化镁。可以将球形碱式碳酸镁的合成方法分为直接合成法和间接合成法两种。


01

1.直接合成法


直接合成的方法是在制备球形碱式碳酸镁中应用比较广泛的合成方法。该方法是在特定反应温度下直接合成,不再改变任何实验条件,直接获得球形碱式碳酸镁。

(1)SDS辅助下低温合成法

以氯化镁和碳酸钠为实验原料,在十二烷基硫酸钠的辅助下,在低于55°C的温度下,直接合成了球形的碱式碳酸镁。虽然合成温度较低,但是反应时间长达24个小时,从时间成本上有一定的局限性。

(2)低温下添加剂辅助的合成方法

在某一特定反应温度下,将不同添加剂,如酒石酸纳、聚丙烯酰胺、氯化锰,均匀溶解于正在揽拌的去离子水中,在揽拌的情况下,同时将氯化镁溶液和碳酸钠溶液滴加到反应器中,持续搅拌特定时间后,停止,静置4天,即获得球形的碱式碳酸镁。

(3)共沉淀法直接合成

采用可溶性的镁盐以及可溶性的碳酸盐作为实验原料,通过盐酸或者氨水对水溶液体系中的pH值进行调节,利用水热合成反应,制备出近球形的鸟巢状的碱式碳酸镁。


02

2.间接合成法


间接合成法是首先合成其他形式的碳酸镁,经过热解后生成球形碱式碳酸镁的合成方法。

(1)重镁水中添加草酸钠法

以轻烧白云灰粉料作为实验原料,采用碳化的方法,在之前先加入草酸钠除钙,然后进行重镁水热解,制备得到高纯氧化镁样品。然后进行热解,热解产物碱式碳酸镁,将碱式碳酸镁煅烧就得到球形氧化镁的产物。

(2)二氧化碳调节法

以七水硫酸镁和碳酸钠作为反应原料,在反应温度下,将碳酸钠溶液在硫酸镁溶液搅拌的情况下以—定速度加入到反应体系中。结束后向反应体系内通入二氧化碳气体,以调节碳酸镁的晶型,这个过程为碳化过程。然后静置一段时间,过滤,洗涤。将所得产物进行热解反应,使产物完全转化为碱式碳酸镁。


写在最后


氧化镁具有较好的化学惰性、耐热性、绝缘性和导热性等性能,针对特定的应用背景和应用场合,调节氧化镁的形貌与表面性质,控制其物理形貌、表面积、孔径和孔体积,将氧化镁的化学特性与其形貌和表面性质有机结合起来,将为特殊形貌氧化镁的应用提供更广阔的空间。

现在球形氧化镁制备工艺还不太成熟,它的优良性能还没有被大多数人认识,所以开发球形氧化镁的制备工艺和更广泛的应用具有良好的市场前景。



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