利用高多孔性主体材料实现聚合物基质中金属填料的均匀且更高负载的方法

专利名称：利用高多孔性主体材料实现聚合物基质中金属填料的均匀且更高负载的方法
利用高多孔性主体材料实现聚合物基质中金属填料的均匀
且更高负载的方法相关申请的交叉引用本申请要求于2009年5月4日提交的印度专利申请1164/MUM/2009号的优先权。 在此处通过引用并入上述申请的全部内容。
背景技术：
本部分提供本公开内容有关但未必是现有技术的背景信息。本公开内容涉及多孔 性填充材料上的导电性金属涂层。该公开内容描述了制备这样的填充材料的方法以及将该 材料用于电应用和/或热应用的方法。复合材料的电导率和热导率的增强需要合适的填料及高填料负载。用于制备导 电性制品的典型填料包括金属，金属盐(如铝盐等)，陶瓷(如钙盐、氮化铝、氮化硼、磷酸 钙、羟基磷灰石、碳酸钙、硫酸钙以及上述物质的组合等)和碳(如从纳米到微米尺寸范围 的各种形式的碳纤维、石墨、碳黑等)。导电性和导热性制品制造领域的主要目的是用最少 数量的填料达到所希望的性能值。高电导值和热导值需要更高的填料负载。填料具有不同 的密度，因而会导致偏析(特别是较高密度时)。由于该原因，填料的均勻分布很难实现。 而填料的不均勻分布将会导致不良和不一致的性能。由于在如注射成型等加工过程中粘度的提高，难以实现填料的高负载。而且，密度 差异引起偏析，导致了不均勻。传统地，将诸如银或镍等金属涂层涂布到玻璃珠或者聚苯乙 烯球的表面上以减少填料成本。尽管这种方式可以在较低成本下提供较高的传导性，然而 很小的不连续性就将导致传导路径的失败。在金属填料或载体颗粒的制造过程中，金属与主体颗粒间界面处的分离存在重大 挑战。由于填料颗粒和涂覆于其上的金属存在不同的界面性质，因而随着时间变化或环境 变化(特别是温度变化以及加工中的剪切)，金属将很可能与填料颗粒分离，导致传导性降 低。为了防止粉末颗粒_金属分离及制造紧密附着有金属涂层的粉末颗粒，本领域中 其他人还通过制造经过蚀刻在其表面引入凹凸从而增加表面积以增强金属附着的填料颗 粒，来试图改善上述问题。粉末颗粒也经过硅烷耦合剂(例如单体硅烷，通常为Y-氨基丙 基三乙氧基硅烷)处理以提高金属附着。粉末颗粒也可以经过例如环氧树脂等有机树脂处 理，以提高金属附着。

发明内容
本部分提供当前公开内容的概括性描述，并非是其完整范围或所有特征的全面公 开。一方面，提供了金属涂覆填料的实施方式，所述金属涂覆填料包括具有孔洞的多 孔性填料颗粒和涂覆于填料颗粒上及孔洞内的金属颗粒。另一方面，本技术提供了涉及制备金属涂覆填料的方法的实施方式。在示例性实
4施方式中，该方法通常包括将有机二醇溶液和多个多孔性填料颗粒混合以获得支持混合 物；将金属盐溶液与所述支持混合物接触形成反应混合物；和将所述反应混合物加热到约 50°C 约200°C的温度范围内的温度。所述金属盐溶液中的金属阳离子被还原成金属颗粒 并且排布在多孔性填料颗粒上和填料颗粒孔洞表面上。所述方法也可以包括可选的分离步 骤以借助过滤、离心、沉降技术等分离金属涂覆填料。包含在此公开的金属涂覆填料的制品和/或通过在此公开的方法制备的制品可 以包括导电性和/或导热性制品，例如胶带、聚合物膜、聚合物复合材料、高导热性可注射 成型热塑性复合材料、高导电性可注射成型热塑性复合材料、导电浆料等。所述制品可以包 括还具有其他高长径比填料的涂覆多孔颗粒。其他应用范围将由此处提供的描述变得显而易见。此概述部分中的描述和具体实 例仅出于说明的目的，而非意在限制本技术的范围。


图1中A D是依据本技术制备的铜和银涂覆珍珠岩硅质填料颗粒的扫描电镜照 片。A和B显示了不同放大倍率下，具有铜涂覆颗粒的膨胀珍珠岩，C和D显示了不同放大 倍率下，具有银涂覆颗粒的膨胀珍珠岩。图2是依据本技术的实施方式制备的银涂覆于铜涂覆珍珠岩硅质填料颗粒上的 扫描电镜照片。应当注意的是在此列举的附图旨在例示本技术中材料和方法的一般特征，出于描 述某些实施方式的目的。这些附图可能未准确地反映任意给出实施方式的特征，也未必意 在限定或限制本技术范围内的具体实施方式
。
具体实施例方式下列技术的描述在性质上仅是对主题、制造方法以及一个或多个发明的应用的示 例，并非意在限制本申请或可能要求作为本申请优先权的其他申请或者由此颁布的专利中 要求保护的任何具体发明的范围、应用或用途。在阅读此处阐述的本技术的描述时，必须考 虑下列定义和非限制性指示。此处使用的标题(例如“背景技术”和“发明内容”)和副标题仅意在对本技术中 的主题进行一般性的组织，并非意在限定本技术或者其中任何方面的公开内容。特别是， “背景技术”中公开的主题可能包括新颖技术，而可能不构成现有技术的陈述。“发明内容” 中公开的主题并非对本技术的完整范围或其任意实施方式的详尽或完全的公开。本说明书 该部分中对于具有特定应用的材料的分类或讨论是为了方便，而不应得出这样的推论，即 当所述材料以任何给定组成使用时，所述材料必须必定或唯一地按此处的分类工作。此处对参考文献的引用不是承认那些参考文献是现有技术或与本技术的专利性 有任何关系。对背景技术中引用的参考文献内容的任何讨论仅意在提供这些参考文献的作 者的主张的一般性概述，并不是承认这些参考文献的内容的准确性。在此通过引用将本说 明书的“具体实施方式
”部分中提及的所有参考文献全部并入。阐述本技术的实施方式的描述和具体实例仅是出于说明的目的，而非意在限制本 技术的范围。而且，引述具有所述特征的多个实施方式并非意在排除具有另外特征的其他实施方式，或者包含所述特征的不同组合的其他实施方式。具体实例出于说明如何制造和 使用该组合物以及本技术的方法的目的而提供，除非另有明确规定，否则并非意在表示给 出的本技术的实施方式已经或尚未制造或测试。在此使用的用语“优选的”和“优选地”是指本技术的在某些情况下提供某些益处 的实施方式。然而，在相同或其他情况下，其他实施方式也可能是优选的。而且，对一个或 多个优选实施方式的陈述并不代表其他实施方式是没有用的，也并非意在从本技术的范围 内排除其他实施方式。如在此所指出的，除非另有规定，否则所有组成百分比均是按全部组合物的重量 计。在此使用的术语“包含”、“包括”以及其变体意在非限制性的，使得对列表中物品的陈 述并非是排除也可用于本技术的材料、组合物、装置和方法的其他类似物品。相似地，术语 “能够”和“可以”以及其变体意在非限定性的，使得陈述一个实施方式能够或者可以包括某 些要素或特征并非排除本技术中的不含那些要素或特征的其他实施方式。对特定参数(如温度、分子量、重量百分比等)的数值和数值范围的公开并非排除 其他可用于此的数值和数值范围。可预见，给定参数的两个以上的具体例示的数值可以定 义对该参数可以主张的数值范围的端点。例如，如果在此举例说明参数X具有数值A，还举 例说明具有数值Z，则可以预见，参数X可具有约A 约Z的数值范围。相似的，可预见，一 个参数的两个以上数值范围的公开(无论所述范围是嵌套的，交叠的或者相异的)包含了 使用该公开范围的端点可以主张的该数值的所有可能组合的范围。例如，如果在此举例说 明参数X具有1 10或2 9或3 8的值，则同样可预见，参数X可以具有其他数值范 围，包括1 9、1 8、1 3、1 2、2 10、2 8、2 3、3_10和3 9。尽管开放式术语“包括”作为诸如包含、含有或者具有等非限定性术语的同义词 在此处用于描述或主张本技术的实施方式，作为替代，也可以使用更多限定性术语，例如 “由……组成”或“基本上由……组成”来描述实施方式。因此，对于引述了成分、组分或工 序步骤的任意给出的实施方式，申请人具体预见了由这些成分、组分或工序组成的不含其 他成分、组分或工序的实施方式(对于“由……组成”而言)，以及基本上由这些成分、组分 或工序组成的不含影响实施方式的新颖性的其他成分、组分或工序的实施方式(对于“基 本上由……组成”而言)，即使这些其他成分、组分或工序并没有在本申请中明确陈述。例 如，对提及了要素A、B和C的组合物或方法的陈述可具体预见由A、B和C组成的不含在本 领域中可能提及的要素D的实施方式，和基本上由A、B和C组成的不含在本领域中可能提 及的要素D的实施方式，即使要素D并未被明确地记载为在此被排除在外。本技术建立于涂覆有金属颗粒的载体体系对于导电性和/或导热性应用的有效 性，并且提高了该有效性。例如，本技术的一些实施方式提供了在整个基质中具有改善的金 属颗粒分布均勻性的载体体系。本技术的实施方式提供了金属涂覆填料，其包括具有多个孔洞的多个多孔性填 料颗粒；和涂覆于填料颗粒上以及所述多个孔洞内部(包括孔洞的内表面)的多个金属颗 粒。如上所述，本发明人已发现，在如注射成型等加工过程中，由于粘度的增强，导致填料的 高负载很难实现。而且，本发明人已发现，密度差异引起偏析，导致了不均勻。所有这些问题 在于此公开的本技术的实施方式中均可以得到解决，例如通过将金属填料(例如铜、银等) 涂覆到如珍珠岩等高多孔性材料上或其中。
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在本技术的示例性组合物和方法中可用的金属颗粒包括周期表中8 12族 (IUPAC)或VDI B族、I B族和II B族(CAS)的金属颗粒。所述金属包括金、银、钼、铜、铁、 钯、钴、钯、镍、铝、锌和这些金属的合金。金属盐溶液可以含有含金属阳离子，例如Cu+、Cu2+、 [Cu (NH3) 4]2+、Ni2+、Pd2+、Pt2+、Au+、Au3+、Zn2+、Ag+、Al3+、Cd2+、Fe2+ 和 Fe3+。金属盐溶液可以包 含上述的金属阳离子或金属阳离子和阴离子物种的组合，所述阴离子物种是部分简单阴离 子、含氧阴离子和有机酸阴离子。所述金属阳离子可以是水溶液或非水溶液的形式。在一 些实施方式中，形成金属盐的阴离子物种可以包括C1_、0H_、NO” NO2_、PO43_、PO33_、HPO42_、 H2POp MnCV、S042-、SO:、CO:、Cr042\ HC02\ C2H3CV 和 C2042-。优选的是，阴离子为硝酸根离 子、醋酸根离子或磷酸根离子。本技术的实施方式可以使用多孔性填料颗粒，例如，硅质多孔性颗粒和/或非硅 质多孔性颗粒。非硅质多孔性填料颗粒可以包括陶瓷，包括磷酸钙、羟基磷灰石、碳酸钙、 硫酸钙以及上述物质的组合；和多孔金属颗粒，例如氢氧化铝。优选的是，多孔性填料颗粒 为多孔硅质颗粒。多孔性填料颗粒的有利之处在于它们在颗粒表面上和颗粒体孔洞内部提 供了金属接触表面。对于涂覆金属颗粒增加的表面积提供了更高的金属颗粒负载，同时提 高了金属颗粒在传导性基质材料中的分布的均勻性。多孔性填料颗粒可以包括最终孔隙率 超过30%，超过40%，超过50%，超过60%，超过70%，超过80%，超过85%，超过87%，超 过90 %，超过95 %，或者超过99 %的源自硅质和非硅质矿物的颗粒。多孔性填料颗粒可以 包括最终孔隙率为约40 % 约99 %，或约45 % 约99 %，或约50 % 约99 %，或约55 % 约99%，或约60% 约99%，或约65% 约99%，或约70% 约99%，或约75% 约99%， 或约80% 约99%，或约85% 约99%的源白硅质和非硅质矿物的颗粒。优选地，多孔性 填料颗粒的孔隙率范围为约80% 约99%。硅质填料颗粒包括含有二氧化硅的颗粒，其元素组成包括约5重量％ 约90重 量％的硅，约0.01重量％ 约25重量％的铝，约0. 001重量％ 约10重量％的钾，约0. 001 重量％ 约15重量％的钠，约0. 001重量％ 约10重量％的铁，约0. 001重量％ 约5重 量％的钙，约0. 001重量％ 约5重量％的氢和约0. 001重量％ 约5重量％的镁。这些 组合物通常还包括痕量元素，该组合物的余量优选由氧组成。所述硅质填料颗粒可以包括 数种已知的具有上述孔隙率的硅质颗粒。一些示例性的实例包括珍珠岩、蛭石、浮石、蒙脱 石或沸石。在一些实施方式中，硅质填料颗粒可以包括这些示例性硅质填料颗粒的混合物。珍珠岩，其可以用于本技术的实施方式，包括源自珍珠岩矿(属于天然玻璃类)的 膨胀珍珠岩，珍珠岩矿通常也称作火山玻璃(是由硅质岩浆和熔岩急冷形成的)。珍珠岩矿 是一种水合天然玻璃，通常包含(按重量计)约72% 75%的SiO2,12% 14%的Al2O3, 0. 5 % 2 % 的 Fe2O3, 3 % 5% 的 Na20,4% 5 % 的 K20,0. 4% 1. 5 % 的 CaO 和小浓度的 Mg0、Ti02和其他金属成分。珍珠岩矿与其他天然玻璃的区别在于较高含量(2重量％ 10 重量％ )的化学结合水，玻璃质珍珠光泽的存在，以及特征性的同心或弧形洋葱皮状(珍珠 岩状)断面。蛭石(MgFe，Al)3(Al，Si)401Q(0H)2 ·4Η20是由某些玄武岩矿物经水合形成的。蛭石 是页硅酸盐或页状硅酸盐族矿物中的一种。该类矿物的基本结构与云母和滑石是相同的 由在由顶端氧原子与镁、铁和羟基分子(八面体层)组成的层中连接在一起的两个二氧化 硅平层和氧化铝四面体(四面体层)组成的2 1的硅酸盐片。在所述2 1片之间存在离子交换层。该层的厚度将根据存在的内层阳离子以及与之有关的水合水的排列而变化。浮石是一种喷出性火山岩，是当具有非常高含量的水和气体(一起称为挥发物) 的熔岩从火山喷出时生成的。当气泡从熔岩中逸出后，熔岩变成多泡的。在熔岩冷却和硬 化时，结果是充满微小气泡的非常轻质的岩石材料。气体的消散留下了高多孔性玻璃(浮 石具有90%的平均孔隙率)，可将其粉碎成更小的颗粒，而仍然保留有遍布颗粒的微孔。蒙脱石(Na ；Ca)0.3 (Al ；Mg)2Si4010 (OH)2 · IiH2O是粘土矿物组中的一种。它通常形 成微观的或者至少非常小的片状云母状晶体。水含量是可变的，而事实上当水被晶体吸收 时，它们容易膨胀至原始体积的数倍。蒙脱石是可用于数种用途的矿物，也是称为膨润土的 火山灰的主要成分。沸石是微孔结晶态固体，具有明确限定的结构。沸石的一个限定特征是其骨架由 4个相连的原子网络构成。沸石也可以被归类为铝硅酸盐矿物，具有微孔结构(孔径小于 lOOnm)。沸石是由于沸石孔内吸收的水受热排出而形成的高多孔性矿物。已发现约175种 已知沸石骨架，超过40种天然存在的沸石骨架在矿物领域是已知的。沸石具有可以容纳 各种阳离子(例如Na+、K+、Ca2+、Mg2+等)的多孔结构。这些正离子或阳离子被相当松散地 保持，可以很容易地与接触溶液中的其他离子交换。一些更为常见的矿物沸石有方沸石、 菱沸石、片沸石、钠沸石、钙十字沸石和辉沸石。沸石族中的一种的示例性矿物结构式为 Na2Al2Si3O10 · 2H20,即钠沸石的结构式。多孔性填料颗粒可以由开凿出的矿石制备，市售有各种粒径的。本技术的实施方 式可以利用约0. OOlmm 约5mm的大尺寸范围的颗粒。在此使用的多孔性填料颗粒的直径 可称为d5(l，其中d5(l值显示了作为中值累积百分比粒径的粒径分布，换言之，直径小于d5(l值 的颗粒，其d5(l粒径值将颗粒数准确地分成两半的质量中值直径。这一数值量度的是颗粒 的细度。多孔性填料颗粒的d5Q值可以是5mm以下，4mm以下，3mm以下，2mm以下，Imm以下， 0. 5mm以下，0. Imm以下，80 μ m以下，60 μ m以下，40 μ m以下，30 μ m以下，25 μ m以下，20 μ m 以下，15μπ 以下，ΙΟμ 以下，8μπ 以下，6μπ 以下，或者3μπ 以下。d50值可以低至Ιμπι，或者甚至低至0.5μπι。例如，膨胀珍珠岩的d5(1值可以是 约1 μ m 约5. Omm,例如，约10 μ m 约2mm，约50 μ m 约1000 μ m,或者约100 μ m 约 500 μ m0在一些实施方式中，多孔性填料颗粒的粒径值可以规定为等效球直径，通过使用 来自美国宾夕法尼亚北威尔士的Leeds and Northrup的Leedsand Northrup Microtrac XlOO (LNM X100)的激光粒径分析来确定。类似的仪器也可以获得自日本Horiba(型号LA 950V2)。在本技术中，粉末、悬浮液和乳液中的多孔性填料颗粒的尺寸可以用激光束衍射来 测定，基于Fraunhofer理论或Mie理论的应用。在各实施方式中，应用了 Mie理论。此处 使用的术语“中值粒径”或“d5(l”为由该方式测定的直径小于d5(l值的颗粒为50体积％时的 粒径值。在各实施方式中，优选的用于测量粒径的样品制剂是液体悬浮液。LNM XlOO仪器 通常提供粒径数据至两位小数位，在确定实施方式的粒径是否满足或适合一定规格时四舍 五入，或者通过给出基本上同样的结果的其他方法。在本技术的示例性实施方式中，膨胀珍珠岩的长径比可以为约1 1 约1 50， 约1 2 约1 35，或者约1 5 约1 20。如美国专利5，846，309所记载，长径比 可以通过实验确定(使用电子显微镜)的表面积数据的球体模型计算。制备膨胀珍珠岩
8的工艺条件公开于美国专利 2，455，666 ；2，501，699 ；2，572，483 ；2，621，160 ；3，097，832 和 4，525，388。通常，在金属涂覆填料中采用的和本技术的实施方式的方法中使用的膨胀珍珠岩 可以通过以下方法制备，其包括粉碎、研磨、碾磨和筛选。例如，可以将珍珠岩矿石粉碎、 研磨并分离至预定粒径范围。分离的材料可以接着在空气中加热，通常在膨胀炉中在约 870°C 约1100°C的温度。膨胀珍珠岩可以使用传统的粉碎、研磨和碾磨技术制备，可以使 用传统的分离技术进行分离以满足粒径要求。在一些实施方式中，多孔性填料颗粒的堆密 度可以是约10千克每立方米(kg/m3) 约300kg/m3，或者约10kg/m3 约250kg/m3，或者约 10kg/m3 约 200kg/m3，或者约 10kg/m3 约 150kg/m3，或者约 10kg/m3 约 100kg/m3。本技术提供了在多孔性填料颗粒上涂覆金属颗粒的增强方法。在一个示例性实施 方式中，所述方法包括混合有机二醇溶液和多个多孔性填料颗粒以获得支持混合物；将 金属盐溶液和所述支持混合物接触形成反应混合物；加热所述反应混合物到温度范围为约 20°C 约200°C的温度，由此金属盐溶液中的金属阳离子被还原成金属颗粒并且排布在多 孔性填料颗粒上和填料颗粒孔洞表面上。在一些实施方式中，所述方法还可以包括分离金 属涂覆填料。可以将一定量的多孔性填料颗粒，例如，一定称重量的膨胀珍珠岩(以Norlite 市售，NorCal，Richmond，加利福尼亚，美国；N50 ；密度4. 5 6. 6 (磅/立方英尺)，网目尺 寸24 100 ；和Fillite⑧，市售自印度KELTECH Energies Ltd.)分散于一定体积的有机 二醇中，例如，100毫升(mL)的乙二醇中，加热至温度范围为约150°C 约200°C的温度，由 此形成支持混合物。支持混合物分散液随后和测定量(以固体形式或者以溶液形式)的金属盐溶液混 合，由此形成反应混合物。随后加热所述反应混合物到温度范围为约20°C 约200°C的温 度，更优选的是约160°C 约180°C的温度。可选地，为了使所有多孔性填料颗粒润湿，可设 置超声波发生器与反应混合物接触，并于120瓦特的功率设定下以30 40千赫脉冲处理 1 5 次，例如，印度 Bangalore 的 Ultrasonic Systems。在容器中搅拌所述反应混合物，同时保持反应混合物在20°C 约200°C的温度范 围，更优选为约160°C 约180°C。加热所述反应混合物所需的时间可以改变，但是典型加 热时间通常为约Imin 24h。优选地，加热时间为约Imin 约5h，更优选地，加热时间为 Imin lh。在该实例中，反应混合物不一定必须保持在一个恒定的温度。作为替代，一些 实施方式包括仅仅保持反应混合物温度以使它可以保持在所述温度范围，不管反应混合物 温度和沉淀溶液的温度在整个时间段是否波动(上升或下降)。此处使用的短语“温度范围 内的温度”未必要求温度范围内的一个恒定的温度，除非上下文另有明确说明。作为替代， 短语“温度范围内的温度”也可以包括波动或可变的温度，尽管仍然保持在所述温度范围内 但该温度可以上升或下降。反应混合物中的金属阳离子被有机二醇还原成具有0化合价态的金属颗粒。一旦 大多数金属阳离子已经被还原成多孔性填料颗粒上和填料颗粒孔洞表面上的金属，就可以 在约15min 约Ih后取出金属涂覆填料样品。金属涂覆填料颗粒可以利用数种已知方法从 液态反应物中分离，包括洗涤过滤、离心和沉降。金属涂覆填料颗粒可以从反应混合物中回 收，例如，使用具有连接到真空源的合适过滤器的布氏漏斗。使用布氏漏斗回收颗粒的实验室方法包括 Shapiro J 在“High-Rate LaboratoryFiltration with Biiichner Funnels，，， Science (1961) ； 133 (3467) :1828_1829中所记载的。在一些实施方式中，用于俘获针状高 长径比金属颗粒(具有约0. 1 μ m 约10 μ m的第一(χ)维数和约1 μ m 约100 μ m的第 二 (χ)维数)的过滤器市售自Millipore (Billerica，马萨诸塞州)和Whatman Kent (英 国)。本技术实施方式中的固体金属颗粒在从沉淀混合物中分离后可以用水洗涤直到洗涤 水的电导率为20微欧以下。可选地，分离的金属涂覆填料颗粒可以用如短链醇等有机溶剂 洗涤。水和/或溶剂随后可以从金属颗粒中除去并干燥颗粒。洗涤后，分离的金属涂覆填料颗粒可以在设置为约40°C 约150°C的温度范围内 的温度的烘箱中干燥，在预热的烘箱中干燥约Ih 约24h的时间。所得到的包括金属涂覆 填料颗粒的金属涂覆填料即可就此使用。金属颗粒涂覆珍珠岩的代表性实例如图1中A和 B所示。如在图1的A中可以看出，珍珠岩具有多个孔洞而银颗粒涂覆于珍珠岩孔洞的表面 上。图1中的C和D为多金属涂覆珍珠岩填料颗粒的显微电镜照片。金属盐溶液的浓度影响涂覆于硅质填料颗粒上的金属颗粒的最终尺寸。优选的是 产生较小尺寸的金属颗粒，其基本上均勻地遍布于金属盐溶液可及的全部表面上，包括颗 粒表面和颗粒孔洞表面上的颗粒孔洞中(此处也称为颗粒孔洞表面)。作为示例，用于制 备金属涂覆填料的本方法的实施方式在反应混合物中采用的金属盐溶液的最终浓度为约 0.01M 约1M。反应混合物中有机二醇的最终浓度为约IM 约10M。在一些实施方式中， 有机二醇与金属盐溶液的摩尔比可为约1 0. 001。在一些实施方式中，反应通常可以包括 将4克醋酸铜分散在100毫升的二醇中(0. 2M)。金属盐溶液与有机二醇的比例可以根据所 需的金属涂覆填料颗粒的数量来扩大或缩小。随着填料颗粒的表面积增加，更高浓度的金属能够分散在表面上。例如，如果银分 散在BET表面积为50平方米每克(m2/g)的载体上，将近67%的表面被5%银负载的全分散 银单层覆盖。但是如果载体的BET表面积是200m2/g，在5%银负载下，仅仅约17%的表面 被银单层覆盖，直到银负载为约20%，才能达到约67%的表面覆盖。在本技术的一个优选 实施方式中，填料颗粒的BET表面积为约10m2/g 约2000m2/g。在此使用的“BET表面积” 是指使用针对多分子吸附的Brunauer-Emmett-Teller公式确定的填料颗粒的表面积。对 于BET公式的更多细节、解释和使用实例及其应用，请参见Introduction to Colloid and Surface Chenistry, 2ndEdition, D. J. Shaw, Butterworth (Publishers) Inc 1978年出版)。 多孔性填料颗粒可以具有约10 约2000m2/g的用BET方法计算的表面积，更为优选地，多 孔性填料颗粒的表面积为约200 1500m2/g，最优选为约300 约1500m2/g。在各实施方式中，金属盐溶液优选具有在有机二醇存在下足以在多孔性填料颗粒 上获得为约400%金属重量100%多孔性填料颗粒重量 约100%金属重量100%多孔性 填料颗粒重量的金属负载的金属阳离子浓度。换言之，最终金属涂覆填料上的金属颗粒的 总重量与多孔性填料颗粒的总重量之比可以为约4 1 约1 1。多孔性填料颗粒上的 金属颗粒的金属负载可以是约100重量％ 约400重量％，或者约100重量％到约300重 量％，或者约100重量％ 约200重量％，或者约100重量％ 约150重量％，或者约150 重量％ 约400重量％，或者约200重量％ 约400重量％，或者约250重量％ 约400重 量％，或者约300重量％ 约400重量％，或者约350重量％ 约400重量％重量百分比的 金属相对于100重量％的填料颗粒。
在一些实施方式中，可以将第二金属(例如银(抑制腐蚀的金属)等)涂覆于金属 涂覆填料上，该金属涂覆填料原本涂覆有同样或不同的金属。制备多金属涂覆填料的方法 包括以下步骤混合有机二醇溶液和涂覆有第一金属的多个金属涂覆填料颗粒以获得支持 混合物；添加与涂覆在金属涂覆填料颗粒上的第一金属不同的金属阳离子的金属盐溶液， 与所述支持混合物一起形成反应混合物；和加热所述反应混合物至约50°C 200°C的温度 范围内的温度，由此金属盐溶液中的金属阳离子被还原成金属颗粒且排布在金属涂覆填料 颗粒的表面上和孔洞表面上。在一些实施方式中，金属涂覆填料可以在水性介质中用第二金属涂覆，例如，在将 铜沉积于多孔性填料颗粒上之后，可以将银涂覆在铜涂覆填料上。这包括使用酒石酸钠钾 作为还原剂从硝酸银中将银还原到铜涂覆填料表面上。依据本技术实施方式制备的银涂覆 铜颗粒示例性地如图2所示。本技术的实施方式的金属涂覆填料可用于各种导电性应用(例如，用于互连、电 路板、半导体设备制造、射频识别、打印电路和柔性电路等的高导电性可注射成型热塑性复 合材料)和/或导热性应用(例如，高导热性可注射成型热塑性复合材料应用等)。此处公 开的金属涂覆填料颗粒可用于浆料、可注射成型导电塑料、导电脂、导电灰泥、导电弹性体等。通过举例，现提供一些示例性热应用的描述，其中使用了包括本技术实施方式的 金属涂覆填料的可注射成型聚合物(例如热塑性塑料等)复合材料。作为第一实例，包括 金属涂覆填料的可注射成型导热性聚合物复合材料可以用于发光二极管(LED)热管理，例 如与家庭照明、汽车尾灯、显示器和信号板等有关的LED。LED通常将75% 85%的能量 生成热量。但是过多的热直接影响LED性能。因此，使用包括金属涂覆填料的可注射成型 导热性聚合物复合材料可以实现更低的工作温度，这又导致LED的更长的工作寿命。继续 谈该实例，包括金属涂覆填料的可注射成型导热性聚合物复合材料可以设置成满足以下规 格热导率超过20瓦特/米 开尔文，热稳定性为约60°C 120°C，20°C时的热膨胀系数低 于5X10_6/K，且保险商实验室(UL)可燃性评级为VO或VI。包括金属涂覆填料的可注射成型导热性聚合物复合材料的另一个实例应用涉及 (例如与蓝光应用、家用电器、光存储等有关的)DVD装载托盘(pick-up tray)的热导率和/ 或EMI屏蔽。对于DVD装载托盘，由于DVD激光的高温，对流冷却通常无法实现，另外也存在 小型化所造成的空间限制。在该实例中，包括金属涂覆填料的可注射成型的导热性聚合物 复合材料可被设置为满足以下规格热导率大于20瓦/米·开尔文、热稳定性为约120°C、 模量为7Gpa，并且UL可燃性评级为VO或Vl。另一实例应用涉及用于例如与消费者和工业应用、健康护理和家用电器等有关的 冷冻干燥机或制冰机的高导热性塑料托盘。气体辅助冷却对于这种托盘可能是低效的，并 且将与所述托盘有关的复杂零件注射成型也较困难。在该实例中，例如，为提供导电性/导 热性生态友好的复合材料，包括金属涂覆填料的可注射成型的导热性聚合物复合材料可被 设置为满足以下规格热导率大于20瓦/米·开尔文、热稳定性为负80°C、表面等级为A、 耐候性良好、UL可燃性评级为VO或VI，并且具有紫外稳定性。另一实例应用涉及用于例如与消费者和工业应用、电气和电子应用等有关的发动 机/压缩机的导热性塑料罩/壳。通常，用于发动机/压缩机的壳由于是比较复杂的零件而难以注射成型。在该实例中，例如，为提供轻重量和内置式成型，包括金属涂覆填料的可 注射成型的导热性聚合物复合材料可被设置为满足以下规格热导率大于20瓦/米 开尔 文、热稳定性为约100°C、表面等级为A，耐候性良好，模量为7GPa，并且UL可燃性评级为VO 或VI。微电子、光电子和微机电系统(MEMS)封装是可以使用包括金属涂覆填料的可注 射成型导热性聚合物复合材料的另一实例应用。由于小型化，非常小的电子器件的热管理 对于所述电子器件的性能至关重要。在该实例中，包括金属涂覆填料的可注射成型导热性 聚合物复合材料可被设置为满足以下规格热导率大于20瓦/米·开尔文、热稳定性为约 602000C时热膨胀系数小于5X IQ-'/K,并且UL可燃性评级为VO或Vl。电力电子(例如航空航天、动力能源、汽车应用等)是可以使用包括金属涂覆填料 的可注射成型导热性聚合物复合材料的另一实例应用。为最小化或至少降低器件损耗，高 功率器件的热管理比较重要。在该实例中，例如，为提供高热导率以及热稳定性和良好的制 造性，包括金属涂覆填料的可注射成型导热性聚合物复合材料可被设置为满足以下规格 热导率大于20瓦/米·开尔文、热稳定性为约200°c、20(rc时热膨胀系数小于5X 10_6/K， 并且UL可燃性评级为VO或Vl。另一应用涉及例如用于电子、工业、动力和能源应用等的可注射成型的热交换器 (例如叉流热交换器等)。热交换器通常是可通过金属注射成型和激光烧结制造的比较复 杂的金属结构体。在该实例中，例如，为提供高热导率以及热稳定性和加工成复杂形状(例 如，螺旋等)的制造性，包括金属涂覆填料的可注射成型导热性聚合物复合材料可被设置 为满足以下规格热导率大于20瓦/米·开尔文、热稳定性为约20(TC、具有化学抗性、尺 寸稳定性，并且UL可燃性评级为VO或Vl。另一实例应用涉及例如用于电子、工业、动力和能源应用等中的具有高热导率成 型嵌件的密封/包覆的电源。金属面板往往比较重，并且通常难以制成复杂的零部件。对 于电源，为了绝缘通常需要电绝缘体。在该实例中，例如，为提供绝缘的大面板和金属组件 的嵌件成型，包括金属涂覆填料的可注射成型导热性聚合物复合材料可被设置为满足以下 规格热导率大于20瓦/米·开尔文，模量大于7GPa，并且UL可燃性评级为VO或VI。另一导热性实例涉及例如工业和汽车应用中的散热器组件。金属面板往往比较 重，并且通常难以被制成复杂的零部件。此外，常规风扇冷却系统并不是特别有效或高效。 在该实例中，例如，为实现轻质和高冷却效率，包括金属涂覆填料的可注射成型导热性聚合 物复合材料可被设置为满足以下规格热导率大于20瓦/米·开尔文，模量大于7GPa，具 有耐候性、化学抗性，并且UL可燃性评级为VO或VI。另一实例涉及例如用于工业和汽车应用的电动汽车转换工具和组件。在该实例 中，例如，为实现较轻重量、较低成本和/或比较容易成型复杂零部件，包括金属涂覆填料 的可注射成型导热性聚合物复合材料可被设置为满足以下规格热导率大于20瓦/米 开 尔文，模量大于7GPa，具有耐候性，表面等级为A，具有化学抗性，并且UL可燃性评级为VO 或VI。另一个应用涉及例如用于汽车和工业应用的基于导热性聚合物的柴油泵。柴油机 燃料泵可能需要导热性塑料/金属来帮助燃料在冷冻温度之下流动。在该实例中，例如， 为提供高热稳定性和热导率以及比较容易成型零部件，包括金属涂覆填料的可注射成型导
12热性聚合物复合材料可被设置为满足以下规格热导率大于20瓦/米·开尔文，模量大于 7GPa,具有耐候性、化学抗性，并且UL可燃性评级为VO或Vl。另一个应用涉及例如用于家庭/办公建筑和玻璃结构的辐射供暖。为均勻地加 热地板/墙壁，辐射供暖系统可能需要导热性复合材料。在该实例中，例如，为提供比较均 勻的传热，包括金属涂覆填料的可注射成型导热性聚合物复合材料可被设置为满足以下规 格热导率大于20瓦/米·开尔文、模量大于7GPa，表面等级为A，具有耐磨性，并且UL可 燃性等级为VO或VI。另一个实例涉及例如用于电气、电子、动力和能源应用的散热器。散热器通常具 有复杂的集成和/或柔性结构。在该实例中，例如，为提供可注射成型的复杂结构，包括金 属涂覆填料的可注射成型的导热性聚合物复合材料可被设置为满足以下规格热导率大于 20瓦/米·开尔文、模量大于7GPa，热稳定性为约40°C 约100°C、具有化学抗性，并且UL 可燃性评级为VO或VI。另一个应用涉及汽车头灯/尾灯反射镜或内外照明。大功率灯会产生许多热量， 而金属涂覆塑料可能无法满足这种大功率灯的热需求。在该实例中，例如，为提供能够较快 冷却的可注射成型的结构，包括金属涂覆填料的可注射成型导热性聚合物复合材料可被设 置为满足以下规格热导率大于20瓦/米·开尔文，模量大于7GPa，热稳定性为约150°C， 具有耐候性，并且UL可燃性评级为VO或VI。现将对可以使用包括金属涂覆填料的可注射成型聚合物(例如，热塑性塑料等) 复合材料的一些示例性导电性应用进行说明。作为第一实例，包括金属涂覆填料的可注射 成型导电性聚合物复合材料可以用于提供例如与电子和家用电器有关的板级屏蔽。一些现 有EMI方案包括多个步骤来获得所希望的电导率和EMI屏蔽和/或难以加工的相对复杂的 部件。在本实例中，例如，为提供更轻重量、可注射成型性和就地成型垫圈应用，包括金属涂 覆填料的可注射成型导电性聚合物复合材料可以设置成满足以下规格电导率超过10西 门子/厘米，屏蔽效率超过60分贝，热稳定性约120°C，模量超过7GPa，且UL可燃性评级为 VO 或 VI。另一个实例应用涉及例如用于电子的模块式连接器和覆层。为获得良好的EMI屏 蔽通常需要高电导率。在本实例中，例如，为提供更轻重量和可注射成型性，包括金属涂覆 填料的可注射成型导电性聚合物复合材料可以设置成满足以下规格电导率超过10西门 子/厘米，屏蔽效率超过60分贝，热稳定性为约60°C 约120°C，2(TC时热膨胀系数小于 5 X 10-7K，且UL可燃性评级为VO或Vl。另一个实例应用涉及例如用于动力电子和消费电子的防爆口挡板。为获得良好的 EMI屏蔽通常需要高电导率。传统防爆口挡板可包括金属网(固定尺寸)和框架。而且，可 能需要多个步骤来获得所希望的EMI屏蔽。在本实例中，例如，为提供制备单个成型轻质部 件的能力，改善的可注射成型性，以及实现不同的网眼尺寸和设计，包括金属涂覆填料的可 注射成型导电性聚合物复合材料可以设置成满足以下规格电导率超过10西门子/厘米， 屏蔽效率超过50分贝，模量超过7GPa，且UL可燃性评级为VO或Vl。另一个导电性应用涉及例如用于电子和家庭应用的EMI外壳(例如，遥感装置壳， 万用表壳，气体检漏仪壳，光编码器壳，扬声器壳，膝上电脑壳等)。传统工艺通常包括多个 步骤来获得所希望的电导率和EMI屏蔽。在本实例中，例如，为提供具有更轻重量、改善的可注射成型性的复杂部件以及类似金属的导电性，包括金属涂覆填料的可注射成型导电性 聚合物复合材料可以设置成满足以下规格电导率超过10西门子/厘米，屏蔽效率超过60 分贝，热稳定性为约120°C，模量超过7GPa，具有A级表面，且UL可燃性评级为VO或Vl。另一个实例应用涉及例如用于动力和能源应用以及汽车应用的燃料电池双极板。 传统工艺可能使用压缩成型石墨，它可能提供不良的通常是方向相关的电导率和/或具有 较差的机械性能。在本实例中，例如，为提供非常高的电导率、基于需求的定制设计以及可 注射成型性，包括金属涂覆填料的可注射成型导电性聚合物复合材料可以设置成满足以下 规格电导率超过100西门子/厘米，热稳定性为约120°C，模量超过7GPa，具有化学抗性， 且UL可燃性评级为VO或VI。另一个实例应用涉及例如用于电子显示器、照明、可再生能源等的有机发光二极 管(OLED)和染料敏化太阳能电池(DSSC)(例如，有机光伏电池等)的导电性聚合物复合材 料基板。通常，可能需要多个步骤来获得导电性聚合物基板。在本实例中，例如，为提供更 轻重量和可注射成型性，包括金属涂覆填料的可注射成型导电性聚合物复合材料可以设置 成满足以下规格电导率超过100西门子/厘米，UL可燃性评级为VO或Vl，柔性，紫外线稳 定性，以及氧渗透性。在一些实施方式中，分离的金属涂覆填料可被用作各种基板的涂层。制造导电性 和/或导热性制品的方法可以包括将金属涂覆填料涂覆于基板的至少一个表面的步骤。在 一个说明性实例中，所述方法包括制备金属涂覆填料。金属涂覆填料可以通过以下方法制 得，该方法包括混合有机二醇溶液和多个多孔性填料颗粒，例如硅质填料颗粒，以获得支持 混合物；将金属盐溶液和支持混合物接触形成反应混合物；加热反应混合物至约50°C 约 200°C的温度范围内的温度，使得金属盐溶液中的金属阳离子还原成金属颗粒。由此生成的 金属颗粒排布于多孔性填料颗粒上和填料颗粒孔洞表面上，从而形成金属涂覆填料。随后 可以用多种已知的技术分离金属涂覆填料。然后将基质材料加入金属涂覆填料，从而形成 导电性和/或导热性材料，例如浆料、可注射成型导电塑料、导电脂、导电灰泥、导电弹性体等。在一些实施方式中，可以将基质材料加入金属涂覆填料。导电材料(例如浆料、可 注射成型导电塑料、导电脂、导电灰泥、导电弹性体等)也可以通过将基质材料与金属涂覆 填料以及一种或多种其他填料一起混合来制造，所述其他填料包括正弦(lobe)形颗粒、针 状高长径比金属颗粒、圆形金属颗粒以及薄片状金属颗粒。这些其他填料可以可选地涂覆 于如上所述的其他硅质和/或非硅质颗粒上，例如珍珠岩颗粒上。在各实施方式中，可以将 导电填料的不同组合用于例如可注射成型的聚合物复合材料，从而获得所希望水平的电导 率。然后可以将导电性和/或导热性材料(例如浆料、可注射成型导电塑料、导电脂、 导电灰泥、导电弹性体等)应用于(例如，涂覆到其上等)基板的至少一个表面。在一些实施方式中，可以将金属涂覆填料与可包含粘合剂和可选的溶剂的基质材 料混合，以形成能施用于或涂覆于各种基板上的导电浆料(或其他材料)。采用本技术的方 法的实施方式制备的金属涂覆填料的涂料可以用于在多层陶瓷电容器、导电膜以及导电胶 带的制造中有用的导电性或绝缘性基板。可以将金属涂覆填料和可选的基质材料和溶剂调 配并施用于各种透明和不透明膜以及其他的各种光电装置(例如，用于光散射用滤光片、射频识别标识和标记以及微机电系统)的表面。在一些实施方式中，采用金属涂布填料的涂料与固有绝缘的基板(例如玻璃、陶 瓷和塑料)一起使用。当金属涂覆填料和包括粘合剂和可选的溶剂的基质材料混合后，所 得导电材料(例如，浆料等)可以通过各种涂覆手段(例如，刷涂、喷涂、辊涂、旋涂、印刷、 溅射、化学气相沉积和浸涂)涂覆在导电或绝缘性基板上。可选的是，一旦导电材料(例 如，浆料等)被施用于基板的至少一个表面，可以将导电材料固化或聚合，随后可将制品在 设置到至少100°C的烘箱中干燥约30分钟 约4小时的时间。可以使用任意树脂作为粘合剂(树脂)，优选的是，只要其对用于涂覆或成型的从 可见光到近红外光的光源具有透明性即可。在一些实施方式中可用作粘合剂的树脂的实例 包括固化性和非固化性有机树脂，例如，丙烯酸类树脂、聚酯树脂、醇酸树脂、氨基甲酸酯 树脂、硅酮树脂、氟树脂、环氧树脂、聚碳酸酯树脂、聚氯乙烯树脂、聚乙烯醇树脂，以及自由 基聚合性低聚体和高极性和中极性单体及其共聚物(可能与固化剂和/或自由基聚合引发 剂在一起)。高极性单体的实例可包括丙烯酸、衣康酸、丙烯酸羟烷基脂、丙烯酸氰烷基脂、丙 烯酰胺或者经取代的丙烯酰胺。中极性单体的实例包括N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己 内酰胺、丙烯腈、氯乙烯或者邻苯二甲酸二烯丙基酯。采用本技术的实施方式的金属涂覆填料的导电材料、浆料和涂料必要时可以可选 地包含溶剂。在一些实施方式中，溶剂包括可使粘合剂稳定地溶解或分散在基质中的粘合 剂的任意溶剂。用于本技术的实施方式的导电材料的合适溶剂的实例除水以外还可以包 括醇类，如甲醇、乙醇、丙醇、己醇以及乙二醇；芳香烃类，如二甲苯和甲苯；脂肪烃类，如 环己烷；酮类，如丙酮和甲基乙基酮；酯类，如乙酸乙酯和乙酸丁酯；醚类，如乙二醇单丁基 醚；以及它们的混合物。但是本技术的实施方式中可使用的溶剂不限于上述溶剂。在一些 实施方式中，本技术的实施方式的导电性材料或涂料可以包括水分散溶液，其中金属涂覆 填料分散于水中。在示例性实施方式中，基质成分和金属涂覆填料存在于导电浆料中的量分别为， 相对于导电浆料的总重量的约20重量％ 约95重量％和约5重量％ 约80重量％。在 一些实施方式中，导电浆料中基质成分的量可以是导电浆料的约40重量％ 约80重量％。 导电浆料中金属涂覆填料的量可以是导电浆料的约5重量％ 约60重量％。在一些实施方式中，采用金属涂覆填料的导电浆料也可以包含其他可选的添加 剂，包括聚合引发齐 、交联齐 、光引发齐 、颜料、抗氧化齐 、紫外线(υν)稳定剂、分散剂、防 沫剂、增稠剂、增塑剂、增粘性树脂、硅烷耦合剂、增亮剂等。固化性粘合剂包括一种或多种丙烯酸酯树脂、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷树脂、可 以通过自由基聚合、原子转移自由基聚合、硝基氧介导自由基聚合、可逆性加成_断裂链转 移聚合、开环聚合、开环复分解聚合、阴离子聚合、阳离子聚合或任何其他本领域技术人员 已知的方法来形成交联网络的其他有机官能化聚硅氧烷树脂或它们的混合物。合适的固 化性粘合剂可以包括硅酮树脂，例如，如“Chemistry and Technology ofSilicone”，Noll, W. ；Academic Press 1968.中描述的加成固化性和缩合固化性基质。固化方法可以通过本领域技术人员所知的任何方法实施。固化可以通过诸如热固 化、紫外光固化、微波固化、电子束固化、自由基引发剂引发的自由基固化及其组合等方法
15实施。典型的自由基引发剂可以包括例如，有机过氧化物(例如，过氧化苯甲酰)，无机过 氧化物(例如，过氧化氢)，有机或无机偶氮化合物(例如，2，2’ _偶氮二异丁腈)，硝基氧 (例如，TEMPO等)或其组合。在一些实施方式中，导电材料(例如，涂料、浆料等)和/或基质材料的固化通常 发生约20°C 约350°C的温度，更通常在约50°C 约320°C。在一些实施方式中，粘合剂被 选择为其固化温度为约10°C 约200°C。固化通常发生在约1大气压 约5000磅/平方 英寸的压力，更通常在约1标准大气压 约100磅/平方英寸。此外，固化通常可以发生约 30s 约5h的时间，而更通常约90s 约120min。可选的是，经固化的导电材料、浆料或涂 料可以在约100°C 约150°C进行约0. 5h 约4h、优选约Ih 约2h的后固化。在一些实施方式中，使用金属涂覆填料的导电浆料也可以用于制作导电性胶带。 在一些实施方式中，可以将导电浆料涂覆于导电性和绝缘性纤维上以制备导电性的布状材 料。示例性的导电性纤维包括微导纤维，例如，镀镍碳纤维、不锈钢纤维、铜纤维、银纤维或 铝纤维等，或者其组合。绝缘性纤维也可以包括特氟纶 、凯夫拉尔 、聚(对苯二甲酸乙 二酯)和其他能被织成带或布料的耐磨纤维材料。网状导电纤维可以层压到如尼龙 、特 氟纶 、聚酯或者任何树脂类柔性或固体材料等材料，当在纤维含量、取向和形状上离散地 设计时，这将制得具有非常高导电性的柔性布状材料。这样的布状材料也可以用于形成可 以嵌入个人衣物以及如橡胶或塑料等其他树脂材料的导电性胶带和膜。当使用导电纤维作 为网状导体并作为层压材料或布状材料的一部分时，纤维可以具有的直径为约3μπι 约 12μπι，通常为约8μπι 约12 μ m，或者约10 μ m，长度可以是无缝的或搭接的。在各实施方式中，导电浆料可以被直接施用在布料或由如上所述的天然或合成纤 维制成的基板上。导电浆料中的基质材料可以配制成包括用来提供对其他柔性或固体基板 的粘附性的聚合物和/或共聚物。所述导电性胶带和膜可以应用于电子设备(例如，移动电 话、个人数字助理、电脑、电路板、逻辑板、电视、广播、家用电器)，军事武器和设备的内部和 /或外部，医学设备，例如，从而提供电磁干扰(EMI)屏蔽和接地。导电胶带可以被制成具有 上述的本技术实施方式的导电浆料的涂层；导电浆料可以以0. 01克每平方厘米(g/cm2) 约5g/cm2的量施用于胶带基材以提供电磁屏蔽和接地，并向上述电气设备和组件提供热保 护。实施例实施例1制备银涂覆填料的方法仅作为示例而非出于限定的目的，提供制备银涂覆填料的示例性方法的描述。 在本方法中，将一定量膨胀珍珠岩Norlite N50 (NorCal，美国加利福尼亚里士满，密度 4. 5 6. 6磅每立方英尺(lbs/ft3) (72 106千克每立方米(kg/m3))，筛目尺寸24 100) 添加到预热到约180°C的回流乙二醇(1，2-乙二醇；CAS No. 107_21_1，分子量62. 07道尔 顿，光谱级>99%纯度，Sigma-Aldrich，美国密苏里圣路易斯)中，以制备100毫升的支持 混合物。将测定量的醋酸银(醋酸银盐；CAS No. 563-63-3，分子量166. 9199. 99痕量金属杂 质，Sigma-Aldrich，美国密苏里圣路易斯)0. 17克与100毫升的超纯反渗透水(MilliPore 纯水)混合以制得银盐溶液。将银盐溶液和100毫升支持混合物添加在一起，形成反应 混合物并超声处理。反应混合物使用实验室超声发生器(例如，Branson Ultrasioncs, Sonifier Model S-450A，美国康涅狄格丹伯里)进行超声处理以完全(或至少基本上完全)润湿和从珍珠岩填料颗粒的孔洞内除去气体。在相对连续搅拌下将反应混合物加热到 约50°C 约180°C的温度范围内的温度，在约50°C 约180°C的温度范围内保持lh，以帮助 确保醋酸银完全还原成涂覆于珍珠岩填料颗粒表面上和孔洞内的金属银。银涂覆珍珠岩填 料颗粒随后从容器中取出，在冷水中骤冷，并用水和随后的乙醇在布氏漏斗中过滤两次。实施例2制备铜涂覆填料的方法仅作为示例而非出于限定的目的，提供制备铜涂覆填料的示例性方法的描述。在 本实施例中，制备铜涂覆珍珠岩颗粒的方法步骤包括首先，称取适量的原料，接着将其在 玻璃容器中混合并在约180°C的温度搅拌。将珍珠岩与乙二醇混合。将如醋酸盐(例如， 醋酸银或醋酸铜)等金属盐加入到乙二醇-珍珠岩混合物中。珍珠岩颗粒用超声搅拌器搅 拌以完全(或至少基本上完全)润湿(并从珍珠岩的孔洞内除去气体)。在相对连续搅拌 下，将经超声处理的珍珠岩和金属盐/乙二醇混合物加热到约160°C 约180°C的温度范围 内的温度。然后滤出制得的金属涂覆填料颗粒材料。随后对金属涂覆珍珠岩颗粒进行干 燥。通过重复上述步骤，但用醋酸银盐对铜涂覆珍珠岩颗粒进行涂覆除外，可以使铜涂覆金 属颗粒随后涂覆有银颗粒。已经出于说明和描述的目的提供了前述实施方式的描述。其并非试图穷举或限制 本发明。
具体实施方式
的各要素或特征通常不限于该具体实施方式
，适用时可以互换，并可 用在选定的实施方式中，即使没有具体明示或描述。所述要素或特征也可以以许多方式变 化。不应认为这些变化脱离了本发明，所有这些修改都包含于本发明范围内。
1权利要求
一种金属涂覆填料，所述金属涂覆填料包括具有多个孔洞的多个多孔性填料颗粒；和涂覆于所述多孔性填料颗粒上以及所述多个孔洞内的多个金属颗粒。
2.如权利要求1所述的金属涂覆填料，其中所述多孔性填料颗粒包括硅质填料颗粒、非硅质填料颗粒或者其组合；和/或 所述金属颗粒包括金、银、钼、铜、铁、铝、钯、镍、钴、锌及其混合物。
3.如权利要求1所述的金属涂覆填料，其中所述多孔性填料颗粒包括硅质填料颗粒，所述硅质填料颗粒的元素组成包括约5重 量％ 约90重量％的硅，约0. 01重量％ 约25重量％的铝，约0. 001重量％ 约10重 量％的钾，约0. 001重量％ 约15重量％的钠，约0. 001重量％ 约10重量％的铁，约 0. 001重量％ 约5重量％的钙，和约0. 001重量％ 约5重量％的镁；和/或涂覆于所述多孔性填料颗粒上以及所述多个填料颗粒孔洞表面内的金属颗粒的重量 为所述多孔性填料颗粒的重量的约100% 约400%。
4.如权利要求1所述的金属涂覆填料，其中，所述多孔性填料颗粒包含 包括珍珠岩、蛭石、浮石、蒙脱石、沸石或其组合的硅质填料颗粒；和/或 包括陶瓷、多孔性金属或其组合的非硅质填料颗粒；和/或膨胀珍珠岩。
5.如权利要求1所述的金属涂覆填料，其中，所述多孔性填料颗粒包括 具有约5 μ m 约5mm的尺寸分布的膨胀珍珠岩；和/或具有约40% 约99%的孔隙率的膨胀珍珠岩。
6.如权利要求1所述的金属涂覆填料，所述金属涂覆填料进一步包括位于所述金属涂 覆填料上的第二金属涂层。
7.如权利要求6所述的金属涂覆填料，其中，所述第二金属涂层是与所述金属颗粒不 同的金属。
8.一种制品、导电浆料、材料或导热性和/或导电性可注射成型热塑性复合材料，其包 括前面任一项权利要求所述的金属涂覆填料。
9.一种材料，所述材料包括权利要求1 7中任一项所述的金属涂覆填料和基质材料， 所述基质材料包括粘合剂。
10.一种涉及制造金属涂覆填料的方法，该方法包括以下步骤 将有机二醇溶液和多个多孔性填料颗粒混合以获得支持混合物； 将金属盐溶液与所述支持混合物接触形成反应混合物；和将所述反应混合物加热到约50°C 约200°C的温度范围内的温度，由此所述金属盐溶 液中的金属阳离子被还原成金属颗粒并且排布在所述多孔性填料颗粒上和填料颗粒孔洞 表面上。
11.如权利要求10所述的方法，其中将有机二醇溶液和多个多孔性填料颗粒混合的步骤包括在约20°C 约200°C的温度 范围内的温度将所述有机二醇和多个多孔性填料颗粒混合；和/或将所述金属盐溶液与所述支持混合物接触的步骤包括在约50°C 约200°C的温度范 围内的温度搅拌所述金属盐溶液和所述支持混合物；和/或将所述金属盐溶液和所述支持混合物接触的步骤还包括以约30千赫 约40千赫对 所述反应混合物进行超声处理至少20分钟。
12.如权利要求10或11所述的方法，所述方法进一步包括将有机二醇溶液和涂覆有第一金属的多个金属涂覆填料颗粒混合以获得第二支持混 合物；将第二金属盐溶液与所述第二支持混合物接触形成第二反应混合物；和 将所述第二反应混合物加热到50°C 200°C的温度范围内的温度，由此所述第二金属 盐溶液中的金属阳离子被还原成金属颗粒并且排布在所述金属涂覆填料颗粒的表面上和 孔洞表面上。
13.如权利要求10或11所述的方法，所述方法进一步包括 分离所述金属涂覆填料；和/或将基质材料和所述金属涂覆填料混合，由此形成导电浆料。
14.如权利要求10或11所述的方法，所述方法进一步包括 将基质材料和所述金属涂覆填料混合，由此形成导电浆料；和 将所述导电浆料施用到基板的至少一个表面。
15.如权利要求10或11所述的方法，其中所述多孔性填料颗粒包括珍珠岩、蛭石、浮石、蒙脱石、沸石或其组合；和/或 所述多孔性填料颗粒包括膨胀珍珠岩颗粒；和/或 所述有机二醇包括乙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇或其组合；和/或 所述金属阳离子选自由 Cu+、Cu2+、[Cu (NH3) J2+、Ni2+、Pd2+、Pt2+、Al3+、Ag+、Au+、Au3+、Zn2+、 Cd2+、Fe2+、Fe3+及其组合组成的组；和/或所述金属盐溶液是硫酸铜、硫酸亚铁、硫酸钴、硫酸镍、醋酸亚铁、铜-铵络合物、硝酸 银、醋酸铜、醋酸钴、醋酸镍或它们的水合物；和/或所述多孔性填料颗粒的元素组成包括约5重量％ 约90重量％的硅，约0. 01重 量％ 约25重量％的铝，约0. 001重量％ 约10重量％的钾，约0. 001重量％ 约15重 量％的钠，约0. 001重量％ 约10重量％的铁，约0. 001重量％ 约5重量％的钙，和约 0. 001重量％ 约5重量％的镁。
全文摘要
本发明涉及利用高多孔性主体材料实现聚合物基质中金属填料均匀且更高负载的方法。公开了一种涉及制备金属涂覆填料的方法，所述方法包括将有机二醇溶液和多个多孔性填料颗粒以获得支持混合物；将金属盐溶液与所述支持混合物接触形成反应混合物；和将所述反应混合物加热到约50℃～约200℃的温度范围内的温度。所述金属盐溶液中的金属阳离子被所述有机二醇还原成金属颗粒并且排布在多孔性填料颗粒上和填料颗粒孔洞表面上。随后可以可选地将所述金属涂覆填料分离。还公开了包括金属涂覆填料的导电性和/或导热性制品及其制备方法。
文档编号C09J11/04GK101935472SQ201010239709
公开日2011年1月5日 申请日期2010年5月4日 优先权日2009年5月4日
发明者布金纳克雷·卡帕尼帕萨亚·钱德拉塞卡, 沙里尼·坎多尔, 阿德亚姆·斯里尼瓦萨·穆昆达 申请人:莱尔德电子材料(深圳)有限公司