[發明專利]一種表面有機改性的氮化硼粉體及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410462210.2
• 申請日: 2014-09-11
• 公開（公告）號: CN105461963B
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 黃超亮;姜宏偉;趙念
• 申請（專利權）人: 佛山市三水金戈新型材料有限公司
• 主分類號: C08K9/10
• 分類號: C08K9/10;C08G59/50;C08G59/26;C08K3/38;C08L23/00;C08L63/00;C08L67/00;C08L77/02;C08L83/06
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 郭廣迅

本發明公開了一種表面有機改性的氮化硼粉體，其顆粒表面上包覆有海因環氧樹脂的交聯聚合產物層，所述表面有機改性的氮化硼粉體中海因環氧樹脂的交聯聚合產物的含量按重量計為5～10wt.％。所述表面有機改性的氮化硼粉體是通過采用包含以下組分的原料來制備的：氮化硼20～30wt.％，海因環氧樹脂1～3wt.％，有機胺固化劑0.1～2wt.％，余量為水。本發明的表面有機改性的氮化硼粉體與聚合物基體的相容性好，在基體中易分散，在47.5wt.％的高填充率下仍可保持較好的施工或加工流動性，所制備的環氧復合材料的熱導率高達2.42W/m·K。

技術領域

本發明屬于粉體表面處理和導熱聚合物復合材料領域，涉及一種表面有機改性的氮化硼粉體、及其制備方法和在制備導熱聚合物中的應用。

背景技術

氮化硼粉體因其高的熱導率和良好的絕緣性，通過與高分子材料復合，能有效提高該高分子材料的導熱性能，從而制備絕緣性導熱高分子復合材料。這類材料不但克服了傳統的解決電子設備散熱方法的缺點，如在發熱體與散熱體之間墊一層絕緣的介質作為導熱材料(如云母、氧化鈹陶瓷等)所存在的導熱性能差、機械性能低、價格高等缺點，而且具有高分子材料所有的輕質、易加工成型和抗疲勞性能優良等特點，對于提高電氣及電子器件的精度和壽命具有重要意義。

用于高分子導熱的氮化硼為六方晶系，是一種質地柔軟的類石墨結構的白色粉末，其粉體顆粒的表面極性不均勻，原因是其粉體顆粒在微觀上呈現出兩類區域，一類區域是具有完整類石墨結構區所對應的低表面能區域，另一類區域是在顆粒邊角處以及結構缺陷處由于存在氨基、酰胺基而具有較高的表面能的區域。在與高分子基體復合過程中，前一類區域難于被樹脂浸潤，導致基體與粉體界面間結合力弱，通常會產生微小間隙，這不但會降低其力學性能，而且也會嚴重影響其導熱性；后一類區域由于極性高，粉體顆粒間的作用較強，導致粉體，特別是在高填充率情況時，在基體中易團聚而難以均勻分散，以及導致在復合過程中混合物的粘度高，流動性差，增加了加工或施工的難度。這種高粘度特性也限制了氮化硼粉體的添加量，對給定的聚合物，復合材料的熱導率正比于添加量，因而制約了復合材料熱導率的提高。

為改善氮化硼粉體與高分子基體的相容性，需要對氮化硼粉體顆粒表面進行有機化改性。中國專利CN 102093665B采用公開了一種硅烷偶聯劑包覆氮化硼粉體的方法，即將氮化硼粉體置于濃度為0.5wt.％～2wt.％硅烷偶聯劑的乙醇溶液中，通過偶聯劑一端的活性基團與粉體表面氨基等的耦合反應，實現粉體表面的有機化改性；將所獲得的改性粉體與環氧樹脂復合，可制得熱導率0.66W/m·K的導熱絕緣澆注膠。此表面處理法對粉體與樹脂的相容性有一定改善，但由于粉體表面官能團少，所能連接的硅烷偶聯劑數目有限，加之硅烷偶聯劑的有機鏈較短，難以獲得對粉體表面的高包覆率。

中國專利CN102421701B、CN102421841B和CN 102421829B均公開了一種對六方氮化硼顆粒表面鍵合取代苯基的表面改性法，該取代苯基的結構為X-(C₆H₄)R¹-，其中X選自NH₂-、HO-、R²OC(O)-、R²C(O)O-、HSO₃-、NH₂CO-、鹵素等；R¹為氫、烷基或烷氧基，R²為氫、烷基或取代或未取代的芳基。將改性粉體與聚酰亞胺膠料復合，即使當粉體添加量為50％質量份時，仍保持較好的施工流動性，所制得的澆鑄薄膜的熱導率可達1.38W/m·K。此法所能鍵合的取代苯基數，也即表面包覆率，同樣受到粉體表面官能團數的限制，另外該取代基具有高極性基團，因此其改性粉體與如聚酰亞胺類的高極性基體有較好相容性，但并不適用于極性較低的基體。