一种氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法。本发明的氮化铝填充导热环氧树脂是由以下质量份的原料：氮化铝 20~60份、硬脂酸 0.1~0.6份、环氧树脂 40~80份、芳香族胺类固化剂 10~30份、环氧树脂-丙二醇甲醚溶液100~300份、质量浓度2%的三氟化硼乙醚溶液5~10份，依次将氮化铝经过羟基化、环氧功能化等步骤制备而成。本发明通过将氮化铝表面进行环氧功能化，一方面可以防止其发生水解和氧化，另一方面也有利于在环氧树脂基体中的均匀分散，并且不需使用偶联剂，该制备方法所得到的导热环氧树脂稳定性好，导热率高，可用于电器、电子散热等领域。
【专利说明】一种氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高分子材料的制备方法，具体是一种氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法，属于一种高分子复合材料【技术领域】。
【背景技术】
[0002]环氧树脂的介电性能、力学性能、粘接性能、耐腐蚀性能优异，固化收缩率和线胀系数小，尺寸稳定性好，工艺性好，综合性能佳，使其被广泛应用于电子电器领域。随着集成技术和组装技术的迅速发展，微电子和集成电路向高速度、高密度方向发展，电子设备的逻辑电路体积日益缩小，电子设备单位体积所产生的热量急剧增加，为确保电子元器件的正常运行，需要材料具备极高的导热能力，以保证积累的大量的热量迅速及时散发和传导。环氧树脂是热的不良导体，导热系数为0.2 W.πΓ1.K—1左右，适合高填充率填料的填充，因此在导热树脂领域得到广泛应用。
[0003]超细氮化铝(AIN)粉末是金属氮化物导热填充剂之一，具有较高的热导率、高的绝缘电阻、热膨胀系数小、热稳定性好、抗氧化性能强等特点，可在2100°C以上保持较高的力学强度和硬度，目前主要用在做高分子材料导热填料，在电子胶，导热塑料，LED散热，传热器上应用前景很广。因此，超细氮化铝(AIN)粉末可以作为导热填料加入环氧树脂中，在加入一定量时分散均匀，可形成良好的导热网络，制备导热环氧树脂。而氮化铝粉末极易吸收水分和氧，一但接触到水分和氧，会发生水解和氧化，失去其导热散热的特性，这也是目前制约氮化铝作为导热填料使用的一大难题，因此必须对其进行表面改性处理。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种以表面改性的纳米氮化铝为导热填料、环氧树脂为基体的导热环氧树脂制备方法。
[0005]本发明采用的技术方案如下:一种氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法，由以下质量份的原料:氮化铝20~60份、硬脂酸0.1~0.6份、环氧树脂40~80份、芳香族胺类固化剂10~30份、环氧树脂-丙二醇甲醚溶液100~300份、质量浓度2%的三氟化硼乙醚溶液5~10份，米用如下步骤制备:
Cl)将20~60份氮化铝粉末在80~110°C干燥2~6h，加入到10wt%氢氧化钠溶液中，加热到80~100°C，超声振荡分散20~40 min，而后过滤，用丙酮洗涤2次后在50~70°C下干燥10~20h，得到羟基化的氮化铝；
(2)将步骤(I)得到的羟基化的氮化铝，加入100-300份环氧树脂-丙二醇甲醚溶液，再加入5~10份质量浓度2%的三氟化硼乙醚溶液，加热到45~70°C，超声振荡分散l~5h，经过滤，用二氯甲烷洗涤2次后在50~60°C下真空干燥4~8h，得到环氧功能化的氮化铝；
(3)将60~80份环氧树脂加热到100°C，而后将步骤(2)得到的20~60份环氧功能化的氮化铝和0.1-0.6份的硬脂酸加入，高速搅拌10~30min，再加入10~30份芳香族胺类固化剂，继续高速搅拌5min，浇铸到模具中，80~100°C固化2h，130~150°C固化4h，成型后得到氮化铝填充导热环氧树脂。
[0006]优选的，所述环氧树脂-丙二醇甲醚溶液中，环氧树脂与丙二醇甲醚的质量比为1:1。
[0007]优选的，所述氮化铝粉末粒径20~80nm。
[0008]优选的所述的环氧树脂为液态双酚A型环氧树脂。
[0009]所述环氧树脂可以是型号E-51、E-44、E_42、E_20、E-21的环氧树脂中的至少一种。
[0010]所述硬脂酸优选为十八烷酸，分子式C18H36O2。
[0011]所述芳香族胺类固化剂为二胺基二苯砜、二胺基二苯甲烷、间苯二胺中的至少一种。
[0012]本发明相对于现有技术的有益效果如下:本发明使用表面环氧功能化的纳米氮化铝作为导热填料，制备氮化铝填充导热环氧树脂；氮化铝表面的环氧功能化一方面可以防止其发生水解和氧化，另一方面也有利于在环氧树脂基体中的均匀分散，并且不需使用偶联剂。本发明方法所得到的导热环氧树脂稳定性好，导热率高，可用于电器、电子散热等领域。
【具体实施方式】
[0013]下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。
[0014]实施例1采用以下步骤实现本发明:
(1)将25份氮化铝粉末(粒径20~80nm)在90°C干燥3h，加入到10wt%氢氧化钠溶液，加热到85°C，超声振荡分散25 min，而后过滤，用丙酮洗涤2次后在55°C下干燥10h，得到羟基化的氮化铝；
(2)将步骤(I)得到的羟基化的氮化铝，加入125份E-44环氧树脂-丙二醇甲醚溶液中(环氧树脂:丙二醇甲醚质量比=1:1)，再加入5份质量浓度2%的三氟化硼乙醚溶液，加热到50°C，超声振荡分散3h，过滤，用二氯甲烷洗涤2次后在50°C下真空干燥5h，得到环氧功能化的氮化铝；
(3)将75份E-44环氧树脂加热到100°C，而后将步骤(2)得到的25份环氧功能化的氮化铝和0.2份的十八烷酸加入，高速搅拌20min，再加入28份二胺基二苯砜固化剂，继续高速搅拌5min，浇铸到模具中，850C固化2h，130°C固化4h，成型后得到氮化铝填充导热环氧树脂，导热系数为0.91 W.m'K-1。
[0015]实施例2采用以下步骤实现本发明:
Cl)将30份氮化铝粉末在85°C干燥4h，加入到10wt%氢氧化钠溶液，加热到80°C，超声振荡分散20 min，而后过滤，用丙酮洗涤2次后在60°C下干燥12h，得到羟基化的氮化销;
(2)将步骤(I)得到的羟基化的氮化铝，加入150份E-21环氧树脂-丙二醇甲醚溶液中(环氧树脂:丙二醇甲醚质量比=1:1)，再加入7份质量浓度2%的三氟化硼乙醚溶液，加热到45°C，超声振荡分散2h，过滤，用二氯甲烷洗涤2次后在55°C下真空干燥4h，得到环氧功能化的氮化铝； (3)将70份E-21环氧树脂加热到100°C，而后将步骤(2)得到的30份环氧功能化的氮化铝和0.3份的硬脂酸加入，高速搅拌30min，再加入22份间苯二胺固化剂，继续高速搅拌5min，浇铸到模具中，90°C固化2h，145°C固化4h，成型后得到氮化铝填充导热环氧树脂，导热系数为1.02 W.m'K'
[0016]实施例3采用以下步骤实现本发明:
(1)将40份氮化铝粉末(粒径20~80nm)在95°C干燥2h，加入到10wt%氢氧化钠溶液，加热到90°C，超声振荡分散35min，而后过滤，用丙酮洗涤2次后在50~70°C下干燥12~20h，得到羟基化的氮化铝；
(2)将步骤(I)得到的羟基化的氮化铝，加入200份E-42环氧树脂-丙二醇甲醚溶液中(环氧树脂:丙二醇甲醚质量比=1:1)，再加入8份质量浓度2%的三氟化硼乙醚溶液，加热到70°C，超声振荡分散2h，过滤，用二氯甲烷洗涤2次后在60°C下真空干燥6h，得到环氧功能化的氮化铝；
(3)将60份E-42环氧树脂加热到100°C，而后将步骤(2)得到的40份环氧功能化的氮化铝和0.4份的十八烷酸加入，高速搅拌15min，再加入18份二胺基二苯甲烷固化剂，继续高速搅拌5min，浇铸到模具中，100°C固化2h，150°C固化4h，成型后得到氮化铝填充导热环氧树脂，导热系数为1.18W.πΓ1.1T1。
[0017]实施例4采用以下步骤实现本发明:
(1)将50份氮化铝粉末在100°C干燥5h，加入到10wt%氢氧化钠溶液，加热到90°C，超声振荡分散40 min，而后过滤，用丙酮洗涤2次后在50~70°C下干燥12~20h，得到羟基化的氮化铝；
(2)将步骤(I)得到的羟基化的氮化铝，加入100-300份E-20环氧树脂-丙二醇甲醚溶液中(环氧树脂:丙二醇甲醚质量比=1:1)，再加入10份质量浓度2%的三氟化硼乙醚溶液，加热到60°C，超声振荡分散4h，过滤，用二氯甲烷洗涤2次后在50°C下真空干燥4h，得到环氧功能化的氮化铝；
(3)将50份E-20环氧树脂加热到100°C，而后将步骤(2)得到的50份环氧功能化的氮化铝和0.6份的硬脂酸加入，高速搅拌lOmin，再加入15份芳香族胺类固化剂，继续高速搅拌5min，浇铸到模具中，950C固化2h，145°C固化4h，成型后得到氮化铝填充导热环氧树脂，导热系数为1.15 W.m'K'
[0018]实施例5采用以下步骤实现本发明:
(1)将60份氮化铝粉末在110°C干燥3h，加入到10wt%氢氧化钠溶液，加热到95°C，超声振荡分散30min，而后过滤，用丙酮洗涤2次后在50~70°C下干燥12~20h，得到羟基化的氮化铝；
(2)将步骤(I)得到的羟基化的氮化铝，加入100-300份E-51环氧树脂-丙二醇甲醚溶液中(环氧树脂:丙二醇甲醚质量比=1:1)，再加入10份质量浓度2%的三氟化硼乙醚溶液，加热到50°C，超声振荡分散5h，过滤，用二氯甲烷洗涤2次后在50°C下真空干燥8h，得到环氧功能化的氮化铝；
(3)将40份E-51环氧树脂加热到100°C，而后将步骤(2)得到的60份环氧功能化的氮化铝和0.6份的硬脂酸加入，高速搅拌25min，再加入10份芳香族胺类固化剂，继续高速搅拌5min，浇铸到模具中，80°C固化2h，135°C固化4h，成型后得到氮化铝填充导热环氧树脂，导热系数为1.22 W.m'r1。
【权利要求】
1.一种氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法，其特征在于:由以下质量份的原料:氮化铝20~60份、硬脂酸0.14.6份、环氧树脂40~80份、芳香族胺类固化剂10~30份、环氧树脂-丙二醇甲醚溶液100~300份、质量浓度2%的三氟化硼乙醚溶液5~10份，采用如下步骤制备: (1)将20~60份氮化铝粉末在80~110。〇干燥2~6卜，加入到10被％氢氧化钠溶液中，加热到80~1001，超声振荡分散20~40…!!，而后过滤，用丙酮洗涤2次后在50~70工下干燥10~201！，得到羟基化的氮化铝； (2)将步骤(1)得到的羟基化的氮化铝，加入100~300份环氧树脂-丙二醇甲醚溶液，再加入5~10份质量浓度2%的三氟化硼乙醚溶液，加热到45~701，超声振荡分散1~5匕经过滤，用二氯甲烷洗涤2次后在50~601下真空干燥4~811，得到环氧功能化的氮化铝； (3)将60~80份环氧树脂加热到1001，而后将步骤(2)得到的20~60份环氧功能化的氮化铝和0.1-0.6份的硬脂酸加入，高速搅拌再加入10~30份芳香族胺类固化剂，继续高速搅拌50111，浇铸到模具中，80~1001固化2卜，130~1501固化处，成型后得到氮化铝填充导热环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法，其特征在于:所述环氧树脂-丙二醇甲醚溶液中，环氧树脂与丙二醇甲醚的质量比为1:1。
3.根据权利要求1所述的氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法，其特征在于:所述氮化铝粉末粒径20~80111110
4.根据权利要求1所述的氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法，其特征在于:所述的环氧树脂为液态双酚纟型环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法，其特征在于:所述环氧树脂为型号￡-51、￡-44、￡-42、￡-20、￡-21的环氧树脂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法，其特征在于:所述硬脂酸为十八烷酸。
7.根据权利要求1所述的氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法，其特征在于:所述芳香族胺类固化剂为二胺基二苯砜、二胺基二苯甲烷、间苯二胺中的至少一种。
【文档编号】C08K13/06GK104497482SQ201410758207
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】梁浩, 解芳, 洪林丰, 陈杰权 申请人:惠州学院