一种导热粉体填料的改性处理的方法及导热填料的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种导热粉体填料的改性处理的方法，其包括先将导热粉体填料进行搅拌分散，同时加入分散剂进行搅拌，得到初步分散好的填料；将初步分散好的填料加入到分散设备中，加入改性剂通过干法或湿法进行表面改性处理。采用本发明的技术方案，有利于实现填料的单颗粒分散状态，大大减少二次团聚大颗粒的存在，提高有机无机物的相容性，保证了有机无机两相结合界面的最薄化，降低相界面热阻，产品导热系数最大化，并改善性能严重衰减和内部结破坏等问题，有效地解决粉体填料分散不均、改性不稳定、包覆不完全或多层包覆等问题。
【专利说明】
一种导热粉体填料的改性处理的方法及导热填料
技术领域
[0001]本发明属于导热粉体填料分散技术领域，尤其涉及一种导热粉体填料的改性处理的方法及导热填料。
【背景技术】
[0002]导热塑料、导热橡胶等导热绝缘材料在过去十年一直是新材料领域研究的热点之一，为了满足电子电力产品高集程度和轻薄化的发展需求，各生产厂家不断推出更高导热系数的产品以满足客户的更高要求，正是因为导热材料快速发展，才推动了电子、通信等产品的高性能、轻薄化、高集程度的要求成为实现，带动了整个行业的快速发展。
[0003]导热绝缘材料是在有机聚合物中填充无机导热粉体填料，通过无机填料在聚合物基料中均匀分散和点接触传导来实现提高复合材料的导热性能。通常情况下，填料填充量越高，体积比越大，越有利于导热系数的提升，但是，由于无机填料的填充量提高，会严重破坏聚合物自身网络结构，复合材料的物理性能大幅度衰减，严重影响产品的使用性能，无法满足各种环境下的要求。另外，随着行业技术的发展，对导热材料的导热性能要求越来越高，需要对产品更精细化控制和加工，导热填料的表面改性处理是提高填充量和降低性能衰减的有效方法之一，导热填料的表面改性处理好了，其不仅能够提高填料与有机物的相容性，还能降低有机无机临界面的界面热阻，改善产品的导热性能。但目前对导热粉体填料改性工艺多为高速搅拌混合法、连续喷雾法等干法处理，存在分散不均匀、改性不稳定、包覆不完全或多层包覆等问题，导致产品导热性能不稳定或无法满足性能要求。
【发明内容】
[0004]针对以上技术问题，本发明公开了一种导热粉体填料的改性处理的方法及导热填料，对导热填料进行二次包覆改性处理，实现了填料的单颗粒分散状态，大大减小了二次团聚大颗粒的存在，保证了有机无机两相结合界面的最薄化，界面热阻最小化，使得产品导热系数最大化。
[0005]对此，本发明采用的技术方案为:
一种导热粉体填料的改性处理的方法，包括以下步骤:
步骤A:先将导热粉体填料进行搅拌分散，同时加入分散剂进行搅拌，得到初步分散好的填料；
步骤B:将步骤A中初步分散好的填料加入到分散设备中，加入改性剂通过干法或湿法进行表面改性处理。
[0006]作为本发明的进一步改进，所述步骤A包括:
先将导热粉体填料体加入到分散设备中，启动设备搅拌，转速为100?500转/分，同时开始滴加有机溶剂稀释好的分散剂，其分散剂的含量为5?50%，根据分散设备中填料量控制滴加速度，2?10分钟加完;分散剂滴加完成后，提高搅拌速度，使转速为500?3000转/分，分散2?10分钟，并保持填料温度在50?100°C，停机降温，一次包覆分散完成，得到初步分散好的填料。
[0007]作为本发明的进一步改进，步骤B中，所述干法进行表面改性处理，包括以下子步骤:
子步骤BI:先将步骤A中初步分散好的填料加入改性设备中，启动设备搅拌，转速为50?300转/分，同时开始滴加有机溶剂稀释好的改性剂，其中改性剂的含量为5?50%，根据设备中填料量控制滴加速度，2?5分钟滴加完；
子步骤B2:改性剂滴加完成后提高设备搅拌速度，使转速200?1000转/分，改性处理2?1分钟，二次包覆改性处理完成；
所述湿法进行表面改性处理，包括以下子步骤:
子步骤S1:先将步骤A中初步分散好的填料加入改性设备中，再加入有机溶剂，使改性设备中的固液体积比为0.1?5，启动搅拌，转速为20?200转/分，同时开始滴加有机溶剂稀释好的改性剂，其中改性剂含量为5?50%，根据设备中填料量控制滴加速度，2?5分钟滴加完；子步骤S2:改性剂滴加完成后继续保持搅拌速度不变，改性处理10?60分钟，出料自然晾干或低温烘干，二次包覆改性处理完成。
[0008]作为本发明的进一步改进，子步骤BI中的转速为100?200转/分;所述改性剂在有机溶剂中的含量为1?30%;
子步骤B2中的转速为500?800转/分；
子步骤SI中所述固液体积比为I?3，所述改性剂在有机溶剂中的含量为1?30%。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述导热粉体填料为包括碳酸钙、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化硅、氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、氮化硅、石墨粉、石墨烯、碳纤维、碳纳米管中的至少一种，所述导热粉体填料的中位粒径0.1?50um，所述导热粉体填料的外观形貌为不规则状、球形、纤维状或棒状。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述分散剂为硅烷偶联剂;所述改性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、乙酯、甲苯、丙酮、汽油中的至少一种。
[0012]本发明还提供了一种导热填料，其采用如上所述的导热粉体填料的改性处理的方法制备得到，其中，所述导热粉体填料为氧化硅、氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、氮化硅、石墨粉、石墨烯、碳纤维、碳纳米管中至少一种。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述导热填料采用以下步骤进行改性处理:
步骤A:先将导热粉体填料体加入到分散设备中，启动设备搅拌，转速为100?500转/分，同时开始滴加有机溶剂稀释好的分散剂，其分散剂的含量为5?50%，根据分散设备中填料量控制滴加速度，2?10分钟加完；分散剂滴加完成后，提高搅拌速度，使转速为500?3000转/分，分散2?10分钟，并保持填料温度在50?100°C，停机降温，一次包覆分散完成，得到初步分散好的填料；
步骤B:将步骤A中初步分散好的填料加入到分散设备中，加入改性剂通过干法或湿法进行表面改性处理；
其中，所述干法进行表面改性处理，包括以下子步骤:
子步骤BI:先将步骤A中初步分散好的填料加入改性设备中，启动设备搅拌，转速为50?300转/分，同时开始滴加有机溶剂稀释好的改性剂，其改性剂的含量为5?50%，根据设备中填料量控制滴加速度，2?5分钟滴加完；
子步骤B2:改性剂滴加完成后提高设备搅拌速度，使转速200?1000转/分，改性处理2?1分钟，二次包覆改性处理完成；
所述湿法进行表面改性处理，包括以下子步骤:
子步骤S1:先将步骤A中初步分散好的填料加入改性设备中，再加入有机溶剂，使改性设备中的固液体积比为0.1?5，启动搅拌，转速为20?200转/分，同时开始滴加有机溶剂稀释好的改性剂，其改性剂含量为5?50%，根据设备中填料量控制滴加速度，2?5分钟滴加完；子步骤S2:改性剂滴加完成后继续保持速度不变，改性处理10?60分钟，出料自然晾干或低温烘干，二次包覆改性处理完成。
[0014]作为本发明的进一步改进，子步骤BI中的转速为100?200转/分;所述改性剂在有机溶剂中的含量为1?30%;
子步骤B2中的转速为500?800转/分；
子步骤SI中所述固液体积比为I?3，所述改性剂在有机溶剂中的含量为1?30%;
子步骤S2中，改性剂滴加完成后继续保持搅拌速度不变。
[0015]与现有技术相比，本发明的有益效果为:
采用本发明的技术方案，对导热填料进行二次包覆改性处理，并通过工艺条件的控制，有利于实现填料的单颗粒分散状态，大大减少二次团聚大颗粒的存在；由于采用改性剂进行包覆处理，提高有机无机物的相容性，保证了有机无机两相结合界面的最薄化，大大减少相界面热阻，产品导热系数最大化，并改善性能严重衰减和内部结破坏等问题，使得导热材料的导热系数最大化，能够有效地解决粉体填料分散不均、改性不稳定、包覆不完全或多层包覆等问题。
[0016]采用本发明工艺和方法制得的粉体填料，适用于导热塑料、导热橡胶等制品。
【具体实施方式】
[0017]下面通过改性热缩套管和改性导热硅胶对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
[0018]实施例1
一种改性导热型热缩套管，采用以下步骤制备:
步骤S1:导热填料分散；
将100份中位粒径5um的普通氧化铝，10份中位粒径为0.5的球形氧化铝填料加入搅拌设备，启动设备转速为200转/分，滴加有机溶剂稀释的质量含量为10%的分散剂，其中，分散剂为硅氧烷偶联剂，有机溶剂为乙醇，3分钟滴加完成，调节设备转速1000转/分，分散10分钟，其填料温度控制在50?100°C，停机静置降温至室温。
[0019]步骤S2:导热填料改性
将步骤SI处理的粉体加入干法改性处理设备中，启动设备低速搅拌，转速100转/分，同时开始滴加有机溶剂稀释好的改性剂，其改性剂含量为10%，其中改性剂为硅氧烷偶联剂，有机溶剂为乙醇;根据设备中填料量控制滴加速度，3分钟滴加完，分散剂滴加完成后提高设备搅拌速度，其转速5000转/分，改性处理50分钟，二次包覆改性处理完成，制得功能性导热填料。
[0020]步骤S3:热缩母料造粒
将下述原料按顺序加入密炼机中混合处理，制得导热型热缩材料母料，加工温度为100?150 °C，密炼机混炼时间20分钟；其比例如下:乙烯-醋酸乙烯共聚物50份、步骤S2制备得到的功能性导热填料45份、抗氧剂多元受阻酚0.5?2份，润滑剂聚乙烯蜡0.5?2份、相容剂马来酸酐接枝共聚物0.5?2份。
[0021]步骤S4:热缩套管成型
制得的母料通过挤出成型、辐照交联、扩张成型制得导热型热缩套管。
[0022]对上述导热型热缩套管进行性能测评，其结果如下:该工艺加工的导热型热缩套管最高扩张倍率为5倍，其导热系数为0.9W/m.K0
[0023]实施例2
一种导热型热缩套管，采用以下步骤制备:
步骤SI:将100份中位粒径5um的普通氧化招，10份中位粒径为0.5um的球形氧化招填料加入搅拌设备，启动设备转速为500转/分，滴加有机溶剂稀释的质量含量为10%的分散剂，其中，分散剂为硅氧烷偶联剂，有机溶剂为丙酮，3分钟滴加完成，调节设备转速3000转/分，分散5分钟，其填料温度控制在50?100°C，停机静置降温至室温。
[0024]步骤S2:将步骤SI处理的粉体加入干法处理设备中，再加入有机溶剂，使其固液体积比为I，启动搅拌，转速200转/分，同时滴加有机溶剂稀释好的改性剂，其改性剂含量为20%，改性剂为硅氧烷偶联剂，有机溶剂为乙醇;根根据设备中填料量控制滴加速度，4分钟滴加完，改性剂滴加完成后继续保持速度不变，改性处理30分钟后，出料自然晾干或低温烘干，二次包覆改性处理完成，制得功能性导热填料。
[0025]步骤S3:将下述原料按顺序加入捏合机中混合处理，制得导热型热缩材料母料，加工温度为100?150 °C，混炼时间20分钟;其比例如下:乙烯-醋酸乙烯共聚物50份、步骤S2制得的功能性导热填料45份、抗氧剂硫代酯类复合物0.5?2份，润滑剂硅系润滑剂0.5?2份、相容剂马来酸酐接枝聚共聚物0.5?2份。
[0026]步骤S4:热缩套管成型
制得的母料通过挤出成型、辐照交联、扩张成型制得导热型热缩套管。
[0027]对上述导热型热缩套管进行性能测评，其结果如下:该工艺加工的导热型热缩套管最高扩张倍率为5倍，其导热系数为1.0W/m.K0
[0028]实施例3
一种导热型热缩套管，采用以下步骤制备:
步骤SI:将100份中位粒径5um的普通氧化招，10份中位粒径为0.5um的球形氧化招填料加入搅拌设备，启动设备转速为500转/分，滴加有机溶剂稀释的质量含量为20%的分散剂，其中，分散剂为硅氧烷偶联剂，有机溶剂为丙酮，5分钟滴加完成，调节设备转速2000转/分，分散8分钟，其填料温度控制在50?100°C，停机静置降温至室温。
[0029]步骤S2:将步骤SI处理的粉体加入干法处理设备中，再加入有机溶剂，使其固液体积比为3，启动搅拌，转速100转/分，同时滴加有机溶剂稀释好的改性剂，其改性剂含量为30%，改性剂为钛酸酯偶联剂，有机溶剂为乙酯;根根据设备中填料量控制滴加速度，5分钟滴加完，改性剂滴加完成后，继续保持速度不变，改性处理60分钟后，出料自然晾干或低温烘干，二次包覆改性处理完成，制得功能性导热填料。
[0030]步骤S3:将下述原料按顺序加入捏合机中混合处理，制得导热型热缩材料母料，加工温度为100?150 °C，混炼时间20分钟;其比例如下:乙烯-醋酸乙烯共聚物50份、步骤S2制得的功能性导热填料45份、抗氧剂硫代酯类复合物0.5?2份，润滑剂硅系润滑剂0.5?2份、相容剂马来酸酐接枝聚共聚物0.5?2份。
[0031]步骤S4:热缩套管成型
制得的母料通过挤出成型、辐照交联、扩张成型制得导热型热缩套管。
[0032]对上述导热型热缩套管进行性能测评，其结果如下:该工艺加工的导热型热缩套管最高扩张倍率为5倍，其导热系数为1.05W/m.K0
[0033]对比例I
步骤(I):将下述原料按顺序加入混合设备密炼机中混炼，制得导热型热缩材料母料，其比例如下:乙稀-醋酸乙稀共聚物50份、中位粒径5um普通氧化招40份，中位粒径0.5um普通氧化铝5份、抗氧剂多元受阻酚0.5?2份，润滑剂聚乙烯蜡0.5?2份、相容剂马来酸酐接枝共聚物0.5?2份。
[0034]步骤(2):步骤(I)制得的母料经挤出成型为管材半成品；
步骤(3):通过电子加速器对管材辐照交联，并控制交联程度；
步骤(4):将辐照后半成品通过扩张定型加工，制得导热型热缩套管产品。
[0035]对上述导热型热缩套管进行性能测评，其结果如下:该工艺加工的导热型热缩套管最高扩张倍率为2倍，其导热系数为0.5W/m.K0
[0036]通过实施例1?3与对比例I的结果可知，采用本发明的技术方案对导热填料进行处理后，提高有机无机物的相容性，导热效果更好，而且大大减少了导热填料的加入对材料本身机械性能的衰减，使得导热型热缩套管最高扩张倍率可达到添加导热填料之前的倍率，同时，导热性能大大提尚。
[0037]实施例4
一种改性导热硅橡胶，采用以下步骤制备:
步骤S1:导热填料分散；
将100份中位粒径40um的球形氧化招，50份中位粒径为5um的球形氧化招，2份中位粒径Ium的球形氧化铝，填料加入搅拌设备，启动设备转速为200转/分，滴加有机溶剂稀释的质量含量为10%的分散剂，其中，分散剂为硅氧烷偶联剂，有机溶剂为乙醇，3分钟滴加完成，调节设备转速1000转/分，分散10分钟，其填料温度控制在50?100°C，停机静置降温至室温。
[0038]步骤S2:导热填料改性
将步骤SI处理的粉体加入湿法处理设备中，再加入有机溶剂，使其固液体积比为I，启动搅拌，转速50转/分，同时滴加有机溶剂稀释好的改性剂，其改性剂含量为5%，改性剂为硅氧烷偶联剂，有机溶剂为乙醇;根根据设备中填料量控制滴加速度，3分钟滴加完，改性剂滴加完成后继续保持速度不变，改性处理30分钟后，出料自然晾干或低温烘干，二次包覆改性处理完成，制得功能性导热填料。
[0039]步骤S3:导热娃橡胶制品
将下述原料按顺序加入混合设备中混合处理，通过模压成型制得导热硅胶片；其比例如下:乙稀基娃油100份、步骤S2制备得到的功能性导热填料900份、交联剂0.5?2份，催化剂0.5?2份。
[0040]对上述导热硅胶导热性能测试，其导热系数为3.5W/m.K。
[0041 ] 对比例2
将下述原料按顺序加入混合设备中混合处理，通过模压成型制得导热硅胶片；其比例如下:乙稀基娃油100份、中位粒径40um的球形氧化招，600份、中位粒径为5um的球形氧化招288份，中位粒径Ium的球形氧化铝12份，交联剂0.5?2份，催化剂0.5?2份。
[0042]对上述导热硅胶导热性能测试，其导热系数为2.8W/m.K。
[0043]通过导热热缩套管和导热硅橡胶的实施例和对比例比较可见，采用本发明工艺和方法制备得到的功能性导热粉体填料，可显著提高填料的分散性，改善有机无机物的相容性，降低相界面热阻，对复合材料的导热系数有显著提高作用。
[0044]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种导热粉体填料的改性处理的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤A:先将导热粉体填料进行搅拌分散，同时加入分散剂进行搅拌，得到初步分散好的填料； 步骤B:将步骤A中初步分散好的填料加入到分散设备中，加入改性剂通过干法或湿法进行表面改性处理。2.根据权利要求1所述的导热粉体填料的改性处理的方法，其特征在于:所述步骤A包括: 先将导热粉体填料体加入到分散设备中，启动设备搅拌，转速为100?500转/分，同时开始滴加有机溶剂稀释好的分散剂，其分散剂的含量为5?50%，根据分散设备中填料量控制滴加速度，2?10分钟加完;分散剂滴加完成后，提高搅拌速度，使转速为500?3000转/分，分散2?10分钟，并保持填料温度在50?100°C，停机降温，一次包覆分散完成，得到初步分散好的填料。3.根据权利要求2所述的导热粉体填料的改性处理的方法，其特征在于:步骤B中，所述干法进行表面改性处理，包括以下子步骤: 子步骤BI:先将步骤A中初步分散好的填料加入改性设备中，启动设备搅拌，转速为50?300转/分，同时开始滴加有机溶剂稀释好的改性剂，其中改性剂的含量为5?50%，根据设备中填料量控制滴加速度，2?5分钟滴加完； 子步骤B2:改性剂滴加完成后提高设备搅拌速度，使转速200?1000转/分，改性处理2?1分钟，二次包覆改性处理完成； 所述湿法进行表面改性处理，包括以下子步骤: 子步骤S1:先将步骤A中初步分散好的填料加入改性设备中，再加入有机溶剂，使改性设备中的固液体积比为0.1?5，启动搅拌，转速为20?200转/分，同时开始滴加有机溶剂稀释好的改性剂，其中改性剂含量为5?50%，根据设备中填料量控制滴加速度，2?5分钟滴加完； 子步骤S2:改性剂滴加完成后继续保持搅拌速度不变，改性处理10?60分钟，出料自然晾干或低温烘干，二次包覆改性处理完成。4.根据权利要求3所述的导热粉体填料的改性处理的方法，其特征在于: 子步骤BI中的转速为100?200转/分;所述改性剂在有机溶剂中的含量为10?30%; 子步骤B2中的转速为500?800转/分； 子步骤SI中所述固液体积比为I?3，所述改性剂在有机溶剂中的含量为10~30%。5.根据权利要求4所述的导热粉体填料的改性处理的方法，其特征在于:所述导热粉体填料为包括碳酸钙、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化硅、氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、氮化硅、石墨粉、石墨稀、碳纤维、碳纳米管中的至少一种，所述导热粉体填料的中位粒径0.l~50um，所述导热粉体填料的外观形貌为不规则状、球形、纤维状或棒状。6.根据权利要求5所述的导热粉体填料的改性处理的方法，其特征在于:所述分散剂为硅烷偶联剂;所述改性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种。7.根据权利要求6所述的导热粉体填料的改性处理的方法，其特征在于:所述有机溶剂为甲醇、乙醇、乙酯、甲苯、丙酮、汽油中的至少一种。8.—种导热填料，其特征在于:采用权利要求1?7任意一项所述的导热粉体填料的改性处理的方法制备得到，其中，所述导热粉体填料为氧化硅、氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、氮化硅、石墨粉、石墨烯、碳纤维、碳纳米管中至少一种。9.根据权利要求8所述的导热填料，其特征在于:所述导热填料采用以下步骤进行改性处理: 步骤A:先将导热粉体填料体加入到分散设备中，启动设备搅拌，转速为100?500转/分，同时开始滴加有机溶剂稀释好的分散剂，其分散剂的含量为5?50%，根据分散设备中填料量控制滴加速度，2?10分钟加完；分散剂滴加完成后，提高搅拌速度，使转速为500?3000转/分，分散2?10分钟，并保持填料温度在50?100°C，停机降温，一次包覆分散完成，得到初步分散好的填料； 步骤B:将步骤A中初步分散好的填料加入到分散设备中，加入改性剂通过干法或湿法进行表面改性处理； 其中，所述干法进行表面改性处理，包括以下子步骤: 子步骤BI:先将步骤A中初步分散好的填料加入改性设备中，启动设备搅拌，转速为50?300转/分，同时开始滴加有机溶剂稀释好的改性剂，其改性剂的含量为5?50%，根据设备中填料量控制滴加速度，2?5分钟滴加完； 子步骤B2:改性剂滴加完成后提高设备搅拌速度，使转速200?1000转/分，改性处理2?1分钟，二次包覆改性处理完成； 所述湿法进行表面改性处理，包括以下子步骤: 子步骤S1:先将步骤A中初步分散好的填料加入改性设备中，再加入有机溶剂，使改性设备中的固液体积比为0.1?5，启动搅拌，转速为20?200转/分，同时开始滴加有机溶剂稀释好的改性剂，其改性剂含量为5?50%，根据设备中填料量控制滴加速度，2?5分钟滴加完； 子步骤S2:改性剂滴加完成后继续保持速度不变，改性处理10?60分钟，出料自然晾干或低温烘干，二次包覆改性处理完成。10.根据权利要求9所述的导热填料，其特征在于:所述子步骤BI中的转速为100?200转/分;所述改性剂在有机溶剂中的含量为10~30%;子步骤B2中的转速为500?800转/分，子步骤SI中所述固液体积比为2?4，所述改性剂在有机溶剂中的含量为10?30%;子步骤S2中，改性剂滴加完成后继续保持搅拌速度不变。
【文档编号】C09C3/12GK105860141SQ201610266649
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】程松波, 钱志勇, 周顺武
【申请人】深圳市博赛新材有限公司