[發明專利]一種導熱環氧樹脂及其制備方法

有效

• 申請號: 201410739699.3
• 申請日: 2014-12-08
• 公開（公告）號: CN104497497B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 梁浩;解芳;羅付生;肖定書;馮穎
• 申請（專利權）人: 惠州學院
• 主分類號: C08L63/02
• 分類號: C08L63/02;C08K9/04;C08K7/00;C08G18/76;C08G18/48;C08G59/50
• 代理公司: 廣州市南鋒專利事務所有限公司44228
• 代理人: 劉廣生

技術領域

本發明涉及一種高分子復合材料及其制備方法，具體是一種導熱環氧樹脂及其制備方法，屬于高分子復合材料技術領域。

背景技術

環氧樹脂具有高的交聯結構，熱導率為0.2 W.m^-1.K^-1左右，是熱的不良導體，具有良好的工藝性能及可加工性，適合高填充率填料的填充，因此在導熱樹脂領域得到廣泛應用。但環氧樹脂存在易脆、抗沖擊性差的缺點，使其在一些需要電子器件散熱且對力學性能有一定要求的場合的應用受到限制。

碳納米管抗拉強度達50～200GPa，是最強的纖維；具有優異的軸向導電性，是很好的一維量子導線；碳納米管具有非常大的長徑比，因而其沿著長度方向的熱交換性能很高，導熱性能遠遠優于金屬材料，如單壁碳納米管的室溫熱導率理論上高達6600W.m^-1.K^-1。因此，選用高熱傳導率的碳納米管作為環氧樹脂的填料，不僅可以大幅度地提高環氧樹脂的熱傳導率，還有可能利用碳納米管高的強度和彈性模量提高復合材料整體的力學性能。

申請號為CN201010155479.8的中國專利公開了“一種填充碳納米管各向同性高性能導熱膠粘劑”，該專利為了改善環氧樹脂的性能，添加了15～25％的環氧樹脂韌性改性劑，但增韌劑的加入對材料的其他性能必然會產生影響；申請號為CN201110329520.3的中國專利公開了“一種碳納米管填充型大功率LED用高導熱導電固晶膠粘劑”，該方法為了增強碳納米管與基體樹脂的結合，使用了1~2%的偶聯劑，但硅烷偶聯劑可發生水解析出低分子物，從而增加孔隙度，縮小有效粘接面積；同時由于水分子的殘留及偶聯劑本身的聚合等也會構成材料缺陷出現，產生內應力，使材料強度降低。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種以表面接枝聚氨酯預聚體的碳納米管為導熱填料，環氧樹脂為基體的導熱環氧樹脂及其制備方法。

本發明的技術方案如下：一種導熱環氧樹脂，是由多元醇、甲苯二異氰酸酯、碳納米管、酰氯化試劑、乙二胺、環氧樹脂、芳香族胺類固化劑，采用以下步驟制備，所述的原料份數除特殊說明，均為質量份數：

（1）將脫水的多元醇和甲苯二異氰酸酯（TDI）按照OH:NCO=1:2的比例加入到三口瓶中，通入氮氣，將反應物攪拌均勻，在溫度為80℃下反應4±0.5h，得到聚氨酯預聚體；

（2）將0.5~3.0份碳納米管放入濃H₂SO₄和HNO₃的混合液中，在超聲波振蕩和機械攪拌作用下，處理2~6h，然后用大量去離子水洗滌至中性；濃H₂SO₄和HNO₃的混合液中H₂SO₄和HNO₃體積比為3:1；

（3）將步驟（2）處理后的碳納米管加入20~60份酰氯化試劑中，在超聲振蕩下加熱到60℃，回流24h，之后減壓蒸餾除去多余的酰氯化試劑；

（4）將步驟（3）得到的碳納米管加入30~60份的乙二胺中，120℃磁力攪拌反應96h，過濾，用無水乙醇洗去過量的乙二胺，70℃真空干燥，得到氨基化的碳納米管；

（5）將步驟（4）得到的碳納米管加入步驟（1）得到的聚氨酯預聚物中，超聲振蕩加熱到80℃，反應 8~12h，過濾，用乙醇洗滌，得到表面接枝聚氨酯預聚體的碳納米管；

（6）將60~80份環氧樹脂加熱到100℃，而后將步驟（5）得到的碳納米管加入，高速攪拌10~30min，再加入8~30份芳香族胺類固化劑，繼續高速攪拌5min，澆鑄到模具中，80~100℃固化2h，130~150℃固化4h，成型后得到導熱環氧樹脂材料。

所述的碳納米管為粒徑50~200nm，長度10~50μm的多壁碳納米管。

所述的環氧樹脂為液態雙酚A型環氧樹脂，可以為環氧樹脂E-51、E-44、E-42、E-54中的至少一種。

所述的芳香族胺類固化劑為二胺基二苯砜、二胺基二苯甲烷、間苯二胺中的至少一種。

所述的多元醇可以為聚醚多元醇N210、N220、N303中的至少一種。

所述的甲苯二異氰酸酯可以為TDI-80/20、TDI-100、TDI-65/35中的至少一種。

所述的酰氯化試劑為氯化亞砜、草酰氯中的至少一種。