[發(fā)明專利]一種表面改性球形SiO2顆粒的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810020040.7
• 申請日: 2008-03-20
• 公開（公告）號: CN101250317A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳明清;倪忠斌;張明;胡穎;福田治義;水谷繼南
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學(xué);長瀨精細(xì)化工(無錫)有限公司
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K9/04;C08K3/36;C08K5/09;C08K5/18;C09K3/10
• 代理公司: 無錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 時(shí)旭丹;劉品超

技術(shù)領(lǐng)域

一種表面改性球形SiO₂顆粒的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，屬于無機(jī)顆粒的化學(xué)改性及電子器件封裝材料領(lǐng)域。通過在環(huán)氧樹脂中填充表面改性的球形SiO₂顆粒，得到性能優(yōu)異的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。用該技術(shù)不僅可以降低固化過程中的體積收縮率，同時(shí)提高了固化復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性和熱傳導(dǎo)性能，由于改性的球形SiO₂顆粒與環(huán)氧樹脂間的親合性得到明顯改善，提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單一性質(zhì)的材料已不能滿足人們的需要，復(fù)合化是現(xiàn)代材料的發(fā)展趨勢。通過兩種或多種材料的功能復(fù)合、性能互補(bǔ)和優(yōu)化，可以制備出性能優(yōu)異的復(fù)合材料。有機(jī)和無機(jī)材料的復(fù)合化是目前研究較多的領(lǐng)域，它綜合了無機(jī)物硬度高、尺寸穩(wěn)定和有機(jī)物韌性好等各自優(yōu)點(diǎn)，其性質(zhì)不僅取決于單一組份的性質(zhì)，更取決于兩相的形貌和兩相間的微觀接觸。對于一般的復(fù)合材料而言，分散在聚合物基中的無機(jī)組份尺寸通常在微米級以上，這就造成了兩相間的微觀接觸較差。如果制備出的材料是一種無機(jī)物界面能與聚合物達(dá)到分子水平上的復(fù)合，其性能就會大幅度的提升。

環(huán)氧樹脂自上世紀(jì)出現(xiàn)以來，日益受到人們的重視，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、建筑、航空、航天、兵器等行業(yè)，在電子工業(yè)領(lǐng)域，環(huán)氧樹脂被廣泛應(yīng)用作電子封裝材料。環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的機(jī)械性能、電性能、粘接性能、耐熱性、耐溶劑性以及易成型加工、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，然而由于環(huán)氧樹脂具有三維立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分子鏈間缺少滑動，碳-碳鍵、碳-氫鍵、碳-氧鍵鍵能較小，較高的表面能，帶有一些羥基等使其內(nèi)應(yīng)力較大，使其固化物仍然存在著質(zhì)脆、沖擊強(qiáng)度低以及容易產(chǎn)生應(yīng)力開裂的缺點(diǎn)，限制了它在復(fù)雜環(huán)境下的使用。

近年來已有研究在環(huán)氧樹脂中填充大量的二氧化硅，使環(huán)氧樹脂聚合物網(wǎng)絡(luò)與無機(jī)相在分子水平上復(fù)合，降低固化過程中的體積收縮，提高封裝材料的尺寸穩(wěn)定性和熱傳導(dǎo)性能。但由于作為填充物的二氧化硅其表面呈親水性，極性強(qiáng)，容易吸水和團(tuán)聚，填充到封裝材料中會影響材料的電性能和力學(xué)性能。本發(fā)明就是通過改善球形SiO₂顆粒表面的疏水性，使之與環(huán)氧樹脂之間在微觀接觸面上的相容性提升，使制備的復(fù)合材料的各種性能得到大幅度提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種球形SiO₂顆粒的表面改性及其環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備；本發(fā)明創(chuàng)新之處在于結(jié)合環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)，選擇合適的烯類單體接枝到球形SiO₂顆粒的表面，改善其表面的疏水性，使改性后的球形SiO₂顆粒與環(huán)氧樹脂間在微觀接觸面的相容性提升，使制備的復(fù)合材料的各種性能得到大幅度提高；另外，本發(fā)明在制備表面改性的球形SiO₂顆粒時(shí)，采用的是高分子聚合法，其操作流程較簡單，制備效率較高。本發(fā)明通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證由該技術(shù)制備的復(fù)合材料的力學(xué)性能得到大幅度提升，具有較大的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種表面改性球形SiO₂顆粒的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法：本發(fā)明首先在酸性條件下利用帶不飽和雙鍵的硅烷偶聯(lián)劑與二氧化硅表面上的羥基發(fā)生縮合反應(yīng)；進(jìn)而在自由基引發(fā)劑的引發(fā)下，使改性導(dǎo)入的不飽和雙鍵與疏水性單體在顆粒表面原位發(fā)生自由基共聚反應(yīng)，制備表面具有疏水性聚合物鏈的改性球形SiO₂顆粒；然后將改性的球形SiO₂顆粒按一定的配比分散在雙酚A型環(huán)氧樹脂中，并加入化學(xué)計(jì)量的固化劑，混合均勻，制備成環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，用作電子器件封裝材料。

(1)球形SiO₂顆粒的表面改性：采用單分散的微米級球形SiO₂顆粒，將20～50重量份的球形SiO₂顆粒、5～12重量份的硅烷偶聯(lián)劑和4～8重量份的酸在200重量份的乙醇中混合均勻，置于反應(yīng)釜中，在攪拌速度為1000～1600r/min、溫度為60～90℃的條件下反應(yīng)0.5～1.5小時(shí)；

然后再向反應(yīng)釜中加入2～6重量份的疏水性單體，0.05～1重量份的偶氮二異丁腈或過氧化二苯甲酰引發(fā)劑，在攪拌速度為300～500r/min、溫度為60～90℃的條件下繼續(xù)反應(yīng)3～5小時(shí)，待溶液冷卻至室溫后，抽濾，干燥，制備得到表面改性的球形SiO₂顆粒；