一种导热填料的表面改性方法及其应用
【专利说明】-种导热填料的表面改性方法及其应用 -、技术领域
[0001] 本发明设及一种导热填料的表面改性方法及其应用。 二、【背景技术】
[0002] 高分子材料多为绝缘体，且耐化学腐蚀性及加工工艺性能优良，但其多为热的不 良导体，采用导热绝缘无机粉末填料填充后，可大大提高材料的导热性能。然而，无机填料 与基体之间的界面相容性一般较差，填料粒子在基体中易团聚，难W均匀分散；此外填料粒 子表面较难被树脂基体润湿，导致两者界面处存在空隙，增加了高分子复合材料的界面热 阻。
[0003] W往的文献报道大都是采用偶联剂对填料表面进行处理，改善填料的吸附、润湿 和分散性能，从而提高复合材料导热性能。例如，张晓辉用偶联剂处理A12化，并填充环氧胶 粘剂，发现材料比没有经过处理直接填充Al2〇3的材料导热效果提高10%。 Ξ、
【发明内容】
[0004] 本发明旨在提供一种导热填料的表面改性方法及其应用，W采用糞环结构的异氯 酸醋作为表面处理剂，将导热填料表面接枝上共辆结构使之与聚合物基体界面热阻降低， W提高聚合物的导热性能。
[00化]本发明WNDI(1，5-糞二异氯酸醋，。化成〇2)作为导热填料的表面改性剂，在导热 填料表面引入共辆结构，有利于材料内的电子运动，从而降低填料与高分子基体之间的界 面热阻，更有利于导热通路的形成，进一步提高填充型导热高分子复合材料的导热性能。
[0006] 本发明导热填料的表面改性方法，包括如下步骤：
[0007] 向Ξ口烧瓶中依次加入高溫活化后的5~10质量份导热填料、0. 5~1质量份 NDI、75~150质量份的溶剂W及催化剂（催化剂能催化加速NDI和填料表面径基的接枝反 应），超声处理不少于20min，然后于60~85°C回流揽拌2~化，冷却后抽滤，用溶剂反复 洗涂W除去其中过量的NDI，40~60°C真空干燥6~化，研磨后即得改性导热填料。
[0008] 所述导热填料为氮化棚、氮化娃、氮化侣或氧化侣，所述导热填料的粒径为 lOnm~100μm。
[0009] 所述催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二下基锡或异辛酸铅。
[0010] 所述溶剂为甲苯或二甲苯等不参与反应的有机溶剂。
[0011] 所述催化剂的添加量为NDI质量的5-10%。
[0012] 所述高溫活化是将导热填料在160°C下恒溫干燥化。
[0013]W本发明方法制备得到的改性导热填料，适用于环氧树脂或聚氨醋基体，W提高 该聚合物基体的导热性能。
[0014] 将本发明改性导热填料加入热固性树脂中，固化后得到具有导热性能的热固性树 脂材料，改性导热填料添加的质量为热固性树脂质量的5-100%。
[0015] 所述热固性树脂为环氧树脂或聚氨醋。
[0016] 改性导热填料W分散到合成热固性树脂的液态原料组份中的形式加入或者W分 散到液态的热固性树脂预聚物中的形式加入。
[0017] 本发明制备的改性导热填料根据聚合物基体导热系数的要求可W在 lOwt% -lOOwt%范围内变化。
[0018]本发明通过对导热填料进行表面处理，一方面可W润湿填料与聚合物基体的接触 面降低界面热阻，另一方面在聚合物基体和导热填料之间引入类晶体结构，随着导热填料 填充量的增加，整个复合材料类晶体结构也随之增加，类晶体结构区域的无序排列使树脂 表现为宏观各向同性；类晶体结构通过共价键与内部非晶态结构连接，使它们的界面模糊， 增加了相容性；由于中间基团是高有序的，有利于形成类晶结构，从而抑制声子散射，提高 了热导率。第Ξ方面，通过引入共辆结构，可W产生电子-声子相互作用，促进声子传递，有 利于提高导热性能。
[0019] 目前采用引入共辆型化合物处理增加材料的类晶结构的方式还没有在相关专利 和文献中报道过。
[0020] 本发明应用的聚合物基体多为环氧树脂和聚氨醋基体，通过对比相同质量分数的 未处理的填料，和已公开的硅烷偶联剂的方法处理填料来检验处理的效果，复合材料的导 热系数越高就说明本处理方法的效果越好。
[0021] 本发明对导热填料表面处理后，填充环氧树脂和聚氨醋基体，制备出高导热复合 材料，降低了填料的填充量，节约了制备高导热复合材料、粘接剂的生产成本，且处理流程 简单，化学试剂用量少，对环境污染小，使之具备了生产方便，性能优越，价格低廉的特点， 进一步提升了其在电子，电气封装等领域的应用。 四、
【附图说明】
[0022] 图1是本发明表面改性方法的反应示意图。 五、
【具体实施方式】
[0023] 实施例1(W环氧树脂为基体）
[0024] 1、表面改性
[0025] 向Ξ口烧瓶中依次加入160°C下恒溫干燥化后的1μπι的BN粒子、BN粒子质量 5-lOwt%的NDIW及ΒΝ粒子质量15倍的甲苯，超声处理至少20min，加入适量辛酸亚锡催 化剂，随后置于配有磁力揽拌器的油浴锅中于60°C反应4h，冷却后抽滤，用甲苯反复洗涂 W除去其中过量的偶联剂，于75°C真空干燥化，取出后用研鉢研磨，即得改性BN。 阳0%] 2、应用
[0027] 将5质量份稀释剂（异丙醇和丙酬按照1:3配制，v/v)加入到100质量份环氧树 脂中，揽拌均匀后加入50质量份改性BN，随后依次加入10质量份芳香胺类固化剂（如间苯 二甲胺，间苯二胺，二氨基二苯基讽等），5质量份促进剂，3质量份消泡剂DMP-30,高速揽拌 均匀后超声处理20min，真空脱泡后倒入模具，120°C固化化后，升溫到160°C固化化。（填 充量为30wt% )
[0028] 实施例2(W环氧树脂为基体）
[0029]1、表面改性
[0030] 将50皿的AIN放在160°C干燥箱中干燥化，待用；向Ξ口烧瓶中依次加入活化处 理后的Α1Ν粒子、Α1Ν粒子质量5-lOwt%的偶联剂NDIW及ΒΝ粒子质量15倍的二甲苯， 超声处理至少20min，加入适量的辛酸亚锡催化剂，随后置于配有磁力揽拌器的油浴锅中 70°C反应地，冷却后抽滤，用二甲苯反复洗涂W除去其中过量的偶联剂，于60°C真空干燥 4h，取出后用研鉢研磨，即得改性A1N。
[0031] 2、应用 阳03引将5质量份稀释剂（异丙醇和丙酬按照1:3配制，v/v)加入到100质量份环氧树 脂中，揽拌均匀后加入50质量份改性A1N，随后依次加入10质量份芳香胺类固化剂（如间 苯二甲胺，间苯二胺，二氨基二苯基讽等），5质量份促进剂DMP-30, 3质量份有机娃消泡剂， 高速揽拌均匀后超声处理20min，真空脱泡后倒入模具，120°C固化化后，升溫到160°C固化 2h。（填充量为30wt%)
[0033] 实施例3(W聚氨醋为基体）
[0034] 1、表面改性 W35] 向S口烧瓶中依次加入160°C下恒溫干燥化的20nmBN粒子、BN粒子质量 5-lOwt%的NDIW及BN粒子质量15倍的甲苯，超声处理至少20min，加入适量辛酸亚锡催 化剂，随后置于配有磁力揽拌器的油浴锅中于85°C反应4h，冷却后抽滤，用甲苯反复洗涂 W除去其中过量的偶联剂，于80°C真空干燥化，取出后用研鉢研磨，即得改性BN。
[0036] 2、应用
[0037]W下组份按质量比例：取5质量份改性BN，1质量份聚酸多元醇N204,4质量份聚 酸多元醇N303,10质量份多异氯酸醋PAPI，3质量份阻燃剂稀释剂TCEP，揽拌均匀后冰水浴 下超声lOmin，加入催化剂辛酸亚锡0. 1-0. 2份揽拌均匀，倒入模具，室溫固化3-5分钟成 型。（填充量为21wt%)
[003引对比例一-硅烷偶联剂改性[0039] 1、表面改性 W40] 向；口烧瓶中依次加入160°C下，恒溫干燥化后的1μπι的BN粒子、BN粒子质量 5-lOwt%的皿560 ( 丫 -缩水甘油酸氧丙基Ξ甲氧基硅烷）W及ΒΝ粒子质量15倍的甲苯， 超声处理至少20min，随后置于配有磁力揽拌器的油浴锅中于60°C反应地，冷却后抽滤，用 甲苯反复洗涂W除去其中过量的偶联剂，于75°C真空干燥化，取出后用研鉢研磨，即得改 性BN。
[0041] 2、应用 阳0创将5质量份稀释剂（异丙醇和丙酬按照1:3配制，v/v)加入到100质量份环氧树 脂中，揽拌均匀后加入50质量份改性BN，随后依次加入10质量份芳香胺类固化剂（如间 苯二甲胺，间苯二胺，二氨基二苯基讽等），5质量份促进剂DMP-30, 3质量份有机娃消泡剂， 高速揽拌均匀后超声处理20min，真空脱泡后倒入模具，120°C固化化后，升溫到160°C固化 2h。（填充量为30wt%)
[0043]
【主权项】
1. 一种导热填料的表面改性方法，其特征在于包括如下步骤： 向三口烧瓶中依次加入高温活化后的5~10质量份导热填料、0. 5~1质量份NDI、 75~150质量份的溶剂以及催化剂，超声处理不少于20min，然后于60~85°C回流搅拌2~ 6h，冷却后抽滤，用溶剂反复洗涤以除去其中过量的NDI，40~60°C真空干燥6~8h，研磨 后即得改性导热填料。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于各组份的配比为： 导热填料 5~10质量份， NDI 0.5~1质量份， 溶剂 75~150质量份， 催化剂 添加的质量为NDI质量的5-10%。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于： 所述高温活化是将导热填料在160°C下恒温干燥2h。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于： 所述导热填料为氮化硼、氮化硅、氮化铝或氧化铝，所述导热填料的粒径为l〇nm~ 100μm〇5. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于： 所述催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡或异辛酸铅。6. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于： 所述溶剂为甲苯或二甲苯。7. -种权利要求1制备的改性导热填料的应用，其特征在于： 将改性导热填料加入热固性树脂中，固化后得到具有导热性能的热固性树脂材料，改 性导热填料添加的质量为热固性树脂质量的5-100%。8. 根据权利要求7所述的应用，其特征在于： 所述热固性树脂为环氧树脂或聚氨酯。9. 根据权利要求7所述的应用，其特征在于： 改性导热填料以分散到合成热固性树脂的液态原料组份中的形式加入或者以分散到 液态的热固性树脂预聚物中的形式加入。
【专利摘要】本发明公开了一种导热填料的表面改性方法及其应用，向三口烧瓶中依次加入高温活化后的5～10质量份导热填料、0.5～1质量份NDI、75～150质量份的溶剂以及催化剂，超声处理不少于20min，然后于60～85℃回流搅拌2～6h，冷却后抽滤，用溶剂反复洗涤以除去其中过量的NDI，40～60℃真空干燥6～8h，研磨后即得改性导热填料。以本发明方法制备得到的改性导热填料，适用于环氧树脂或聚氨酯基体，以提高该聚合物基体的导热性能。
【IPC分类】C08K9/04, C08L63/00, C08K3/28, C08L75/04, C08K3/38, C08K3/34, C08L75/08, C08K3/22
【公开号】CN105254922
【申请号】CN201510703319
【发明人】夏茹, 邢国琳, 陈鹏, 杨斌, 钱家盛, 苗继斌, 曹明, 苏丽芬, 郑争志
【申请人】安徽大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年10月26日