专利名称：纳米氮化硅/环氧基硅烷/氰酸酯树脂复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米氮化硅/环氧基硅垸/氰酸酯树脂复合材料及其制备方法，具体 说是一种采用纳米氮化硅的刚性和环氧基硅烷的反应性共同作用来制备氰酸酯树脂复 合材料。
背景技术：
氰酸酯树脂具有力学性能优、耐热性高、吸水率低的优点，更重要的是其介电性 能优异，是新一代电子封装材料树脂基体。但与其它的热固性树脂一样，该树脂也存 在性脆的弱点。目前关于氰酸酯的增韧改性方法很多，主要有与热固性树脂共聚、与 热塑性塑料共混、与弹性体共混等。但这些方法在增韧的同时各有其缺点。其中，热 固性树脂改性的增韧效果不显著，热塑性塑料和弹性体改性会牺牲体系的耐热性。有 机-无机纳米复合材料不仅可具有无机材料的特点和性质，如无机材料的耐热性、高温 稳定性、低热膨胀系数，而且可兼具有机聚合物的韧性、延展性和易加工性，因此， 纳米粒子改性氰酸酯树脂成为材料科学研究的热点。但由于氰酸酯树脂和无机纳米粒 子在热力学上是不相容的以及纳米粒子的易团聚性，不利于无机粒子在树脂基体中的 分散，对于制备氰酸酯纳米复合材料无疑是一个非常不利的因素。因此,要制备具有良 好性能的氰酸酯纳米复合材料，提高无机纳米粒子在基体中的分散性显得尤为重要。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种纳米氮化硅/环氧基硅垸/氰酸酯树 脂复合材料及其制备方法，可以提供一种高韧性、高强度及优异的耐热性和介电性能 的氰酸酯树脂复合材料及其制备方法。
技术方案
本发明的技术特征在于配方组成按质量计为氰酸酯树脂100份，环氧基硅垸l 20份，纳米氮化硅0.5 10份。
所述的环氧基硅垸为1(2、 3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
所述的纳米氮化硅粒子的粒径为10 100nm，表面经偶联剂Y-(2， 3环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷处理。
一种制备纳米氮化硅/环氧基硅垸/氰酸酯树脂复合材料的制备方法，其特征在于制 备步骤如下
(1) 将氰酸酯树脂加热熔融后，加入环氧基硅垸加热搅拌，反应10 50min;
(2) 在预聚体中加入经偶联剂处理的纳米氮化硅，利用高速均质搅拌机分散均匀 后，浇入到预热好的模具中；
(3) 抽真空除去气泡后，放入烘箱中进行固化，固化工艺为三段连续固化法140 160。C下固化1 4小时，170 180。C下固化1 4小时，190 200。C下固化l 4小时；
(4) 最后在220 24(TC下后处理2 6小时，即得纳米氮化硅/环氧基硅烷/氰酸酯 树脂复合材料。
有益效果
本发明相对于现有技术，其的优点为
(1) 本发明同时采用纳米氮化硅和环氧基硅烷来改性氰酸酯树脂，属于一种新型 的三元复合材料。
(2) 本发明利用分子量小的含有活性基团的环氧基硅烷与氰酸酯单体进行反应作 为树脂基体。该预聚体的粘度很低，且在较宽的温度范围内保持不变，有利于纳米粒 子在树脂基体中的分散。
(3) 本发明所使用的纳米氮化硅经过含环氧基硅烷偶联剂处理。该偶联剂端位的
环氧基可与氰酸酯单体反应，增加了无机纳米粒子和基体树脂之间的相容性，改善了 两相间的界面粘结程度(4 )本发明的纳米氮化硅/环氧基硅垸/氰酸酯树脂复合材料具有优良的力学性 能、热性能、介电性能，可作为电子领域的集成电路板或封装材料。
(5)本发明纳米氮化硅/环氧基硅烷/氰酸酯树脂复合材料的制备方法具有操作工
艺简单、无污染等特点，是一种适用性广的制备有机-无机纳米复合材料的方法。
具体实施例方式
现结合实施例对本发明作进一步描述
纳米氮化硅具有特殊的结构而表现出奇特的物理和化学性质，如优异的导热性和 电磁学性能，在聚合物改性中得到广泛应用。而有机硅烷由于具有活性高、耐热性好 等特点，在改性环氧树脂方面也显示出许多优异的特性，并且有机硅烷常常作为连接 无机填料和有机树脂之间的偶联剂，在无机相和有机相之间起到一种架桥作用。
制备有机-无机纳米复合材料的方法很多，有溶胶一凝胶法、溶液共混法、熔融共 混法、原位插层法等。由于有机组分和无机组分在热力学上的不相容性以及纳米粒子 的易团聚性，不利于无机粒子在有机基体中的分散。因此，要制备具有良好性能的有机 -无机纳米复合材料，关键是控制无机粒子在有机基体中的分散性以及改善两相间的 相容性。
本发明采用一种环氧基硅垸与氰酸酯树脂反应作为改性树脂基体。该预聚体粘度 低，且在较宽的温度范围内保持不变，有利于无机纳米粒子氮化硅的分散，并且纳米 氮化硅的表面经过含有活性环氧基偶联剂的处理，增加了无机纳米粒子和有机树脂之 间的相容性。
实施实例1:
首先将100份氰酸酯树脂加热熔融后，加入6份环氧基硅烷加热搅拌，反应10
50min后，再加入1.0份经偶联剂KH-560处理的纳米氮化硅，利用高速均质搅拌机分 散均匀后，浇入到预热好的模具中，抽真空除去气泡后，放入烘箱中进行固化。固化 工艺为三段连续固化法140 160。C下固化1 4小时，170 18(TC下固化1 4小时，190 20(TC下固化1 4小时。最后在220 240。C下后处理2 6小时，即得纳米氮化 硅/环氧基硅烷/氰酸酯树脂复合材料。 实施实例2:
首先将100份氰酸酯树脂加热熔融后，加入6份环氧基硅烷加热搅拌，反应10 50min后，再加入2.0份经偶联剂KH-560处理的纳米氮化硅，利用高速均质搅拌机分 散均匀后，浇入到预热好的模具中，抽真空除去气泡后，放入烘箱中进行固化。固化 工艺为三段连续固化法140 160。C下固化1 4小时，170 180。C下固化1 4小时， 190 20(TC下固化1 4小时。最后在220 240。C下后处理2 6小时，即得纳米氮化 硅/环氧基硅垸/氰酸酯树脂复合材料。
实施实例3:
首先将100份氰酸酯树脂加热熔融后，加入6份环氧基硅烷加热搅拌，反应10 50min后，再加入3.0份经偶联剂KH-560处理的纳米氮化硅，利用高速均质搅拌机分 散均匀后，浇入到预热好的模具中，抽真空除去气泡后，放入烘箱中进行固化。固化 工艺为三段连续固化法140 16(TC下固化1 4小时，170 18(TC下固化1 4小时， 190 20(TC下固化1 4小时。最后在220 240。C下后处理2 6小时，即得纳米氮化 硅/环氧基硅烷/氰酸酯树脂复合材料。
本发明纳米氮化硅/环氧基硅烷/氰酸酯树脂复合材料的性能指标如下
弯曲强度〉125Mpa;冲击强度〉13.0kJ/ra2;
介电常数<3. 15;介电损耗角正切TanS: <0.014; .玻璃化转变温度〉26(TC;初始热分解温度。C: >41(TC; .最大失重率对应的温度〉435°C。
权利要求
1. 一种纳米氮化硅/环氧基硅烷/氰酸酯树脂复合材料，其特征在于配方组成按质量计为氰酸酯树脂100份，环氧基硅烷1～20份，纳米氮化硅0.5～10份。
2. 根据权利要求1所述的纳米氮化硅/环氧基硅烷/氰酸酯树脂复合材料，其特征在于:所述的环氧基硅垸为Y-(2、 3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
3. 根据权利要求1所述的纳米氮化硅/环氧基硅垸/氰酸酯树脂复合材料，其特征在于:所述的纳米氮化硅粒子的粒径为10 100nm，表面经偶联剂Y-(2， 3环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷处理。
4. 一种制备权利要求1 3所述的纳米氮化硅/环氧基硅烷/氰酸酯树脂复合材料的制备 方法，其特征在于制备步骤如下(1) 将氰酸酯树脂加热熔融后，加入环氧基硅烷加热搅拌，反应10 50min;(2) 在预聚体中加入经偶联剂处理的纳米氮化硅，利用高速均质搅拌机分散均匀 后，浇入到预热好的模具中；(3) 抽真空除去气泡后，放入烘箱中进行固化，固化工艺为三段连续固化法140 160。C下固化1 4小时，170 180。C下固化1 4小时，190 200。C下固化l 4小时；(4) 最后在220 24(TC下后处理2 6小时，即得纳米氮化硅/环氧基硅垸/氰酸酯 树脂复合材料。
全文摘要
本发明涉及一种纳米氮化硅/环氧基硅烷/氰酸酯树脂复合材料及其制备方法，技术特征在于将100份氰酸酯树脂和1～20份环氧基硅烷进行反应，加入0.5～10纳米氮化硅进行高速分散，然后按照一定的固化工艺进行固化，即得纳米氮化硅/环氧基硅烷/氰酸酯树脂复合材料。由于该环氧基硅烷中的环氧基可与氰酸酯树脂反应，且分子量小，改性树脂体系的粘度低，有利于纳米氮化硅的分散，使得制备的纳米氮化硅/环氧基硅烷/氰酸酯树脂复合材料具有优良的力学性能、热性能、介电性能，可作为电子领域的集成电路板或封装材料。
文档编号C08L79/00GK101457020SQ200710199220
公开日2009年6月17日 申请日期2007年12月14日 优先权日2007年12月14日
发明者浩 吴, 倩 李, 李朋博, 梁国正, 颜红侠 申请人:西北工业大学