[發(fā)明專利]雙粒徑分布的球形納米二氧化硅材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410088864.3
• 申請日: 2014-03-11
• 公開（公告）號: CN103864082A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫蓉;郭倩;朱朋莉;李剛
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳先進技術(shù)研究院
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州華進聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米粉體材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種雙粒徑分布的球形納米二氧化硅材料及其制備方法。

背景技術(shù)

納米二氧化硅球形粉體由于熱膨脹系數(shù)低，同時具有高耐熱、高耐濕及高介電等優(yōu)越性能，目前已被廣泛用做填料填充到聚合物和樹脂基體中以降低復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)。復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)的大小與納米二氧化硅填料的填充量有關(guān)，納米二氧化硅的填充量越高，復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)越低。但隨著納米二氧化硅填充量的增大，復(fù)合體系的粘度也隨之相應(yīng)升高，限制了納米二氧化硅填充量的進一步提高。同時，單一粒度的球形二氧化硅顆粒在堆積時往往產(chǎn)生很多空隙，導(dǎo)致堆積不緊密，堆積效率低。根據(jù)級配理論，對于多種離散粒徑的顆粒進行堆積時，當(dāng)粒徑滿足一定條件時，小顆粒就能夠剛好填充到大顆粒堆積的空隙中，從而提高顆粒的堆積密度和堆積效率。如果在復(fù)合材料中能提高球形粉體的堆積效率(填充密度)，則一方面能降低成本和線性膨脹系數(shù)，另一方面由于堆積中“小球助推，大球助流”的作用，也有利于降低塑封料的熔融粘度，從而提高其流動性能。

因此通過將不同粒徑分布的球形粉體相互摻雜可以促使填料接近理想密堆積狀態(tài)，提高堆積效率，從而提高填充量降低膨脹系數(shù)。但納米二氧化硅由于具有較大的比表面積而極易發(fā)生團聚，僅將兩種不同粒徑大小的單分散球形納米二氧化硅顆粒進行機械地物理混合難以達(dá)到理想的混合效果和堆積狀態(tài)。因此，原位制備出含有不同粒徑分布的納米二氧化硅對提高球形粉體在復(fù)合材料中填充密度進而進一步提高復(fù)合材料的熱機械性能具有重要意義。

制備納米二氧化硅的方法主要有干法和濕法。干法主要包括氣相法，濕法主要包括溶膠-凝膠法、微乳液法、沉淀法。目前人們往往致力于通過改進各種制備方法來進一步改善所制備的單一尺寸二氧化硅的粒度均一性，而關(guān)于一步法制備具有雙粒徑分布的球形納米二氧化硅材料的報道尚未發(fā)現(xiàn)，目前的研究忽視了雙粒徑分布單分散納米二氧化硅作為填料使用時的有異性和重要性。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要提供一種雙粒徑分布的球形納米二氧化硅材料的制備方法，以原位制備雙粒徑分布的球形納米二氧化硅材料，用以提高球形納米二氧化硅在復(fù)合材料中的填充密度，從而提高電子封裝的復(fù)合材料的熱機械性能。

進一步，提供一種由上述雙粒徑分布的球形納米二氧化硅材料的制備方法制備的雙粒徑分布的球形納米二氧化硅材料。

一種雙粒徑分布的球形納米二氧化硅材料的制備方法，包括如下步驟：

配制含有硅前驅(qū)體的醇溶液；

配制含有水和催化劑的醇溶液；及

將所述含有硅前驅(qū)體的醇溶液和所述含有水和催化劑的醇溶液混合得到混合物，將所述混合物于25℃～60℃的下攪拌反應(yīng)4小時～10小時，分離純化得到所述雙粒徑分布的球形納米二氧化硅材料。

在其中一個實施例中，所述含有硅前驅(qū)體的醇溶液中，硅前驅(qū)體的濃度為0.1mol/L～1.0mol/L。

在其中一個實施例中，所述硅前驅(qū)體為正硅酸四乙酯、四甲氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷，戊基三乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷或四丁氧基硅烷。

在其中一個實施例中，所述含有水和催化劑的醇溶液中，所述水的濃度為5.0mol/L～10.0mol/L，所述催化劑的濃度為0.5mol/L～2.0mol/L。

在其中一個實施例中，所述催化劑為氨水、尿素、二乙胺、三乙胺、賴氨酸或精氨酸。

在其中一個實施例中，所述將所述含有硅前驅(qū)體的醇溶液和所述含有水和催化劑的醇溶液混合得到混合物的步驟具體為：在攪拌條件下，同時將所述含有硅前驅(qū)體的醇溶液和所述含有水和催化劑的醇溶液同時注入反應(yīng)器中，得到混合物。

在其中一個實施例中，注入所述含有硅前驅(qū)體的醇溶液的速率為0.5mL/min～5mL/min，注入所述含有水和催化劑的醇溶液的速率為0.5mL/min～50mL/min。

在其中一個實施例中，所述含有硅前驅(qū)體的醇溶液和所述含有水和催化劑的醇溶液中，醇溶劑均為無水甲醇、無水乙醇、異丙醇、正丙醇、正丁醇、異丁醇或戊醇。

一種上述雙粒徑分布的球形納米二氧化硅材料的制備方法制備的雙粒徑分布的球形納米二氧化硅材料，所述雙粒徑分布的球形納米二氧化硅材料包括小粒徑球形納米二氧化硅和大粒徑球形納米二氧化硅，所述小粒徑球形納米二氧化硅的粒徑為50納米～100納米，所述大粒徑球形納米二氧化硅的粒徑為250納米～500納米。