[發明專利]一種多巴胺改性玻璃纖維復合氮化鋁的制備方法

在審

• 申請號: 201711079221.2
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN107857487A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 李強
• 申請（專利權）人: 大連理工高郵研究院有限公司
• 主分類號: C03C25/70
• 分類號: C03C25/70;C03C25/54;C03C25/16;C08G73/06;C08K9/08;C08K7/14
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明屬于材料領域，涉及一種具有高導熱性的改性玻璃纖維的制備方法，具體涉及一種多巴胺改性玻璃纖維復合氮化鋁的制備方法。

背景技術

玻璃纖維(GF)是一種一維結構的無機填料，主要成分為氧化鋁、氧化鈣、氧化硅等氧化物，以氧化硅等無機物或廢舊玻璃球為原料，在超過1000℃的高溫狀態下經熔融、拉絲、上油、集束、烘干等工藝制備而成。玻璃纖維除具有優良的力學性能外，還具有耐高溫、電絕緣、耐腐蝕、吸濕低、抗氧化、伸長小等一系列優于其他人造高分子纖維的性能，當其加入到聚合物基體時，其作為骨架能夠有效的承擔應力和載荷，從而可以顯著提高聚合物基體的力學性能和耐熱性能。比如帶玻纖導熱硅膠片就是含玻璃纖維的復合材料，是一種高性高抗拉伸的超薄型導熱材料，使用波纖以后產品韌性好、結實，增強高剪切強度，但是玻纖的摻入量過高，則會影響韌性，抗沖擊能力減弱，并且也會嚴重影響材料的導熱性，如果玻纖摻入量過低，則又無法滿足合適的物理性能。因此，對玻璃纖維本身進行改性，使其具有一定的導熱性，同時滿足玻璃纖維復合的導熱材料所需要的物理性能和導熱性的要求。

在自然界中，海洋貽貝粘合蛋白含有大量的一種特殊的氨基酸被稱為3,4-二羥基苯丙氨酸，即多巴胺(DOPA)，由于能夠使貽貝粘附各種表面的神奇能力而引起了極大的關注。多巴胺在有氧堿性水相環境下能夠在材料表面自發氧化聚合形成聚多巴胺涂層。多巴胺發生氧化自聚合的方式，首先是多巴胺中所含的兒茶酚氧化為苯醌，然后繼續與胺及其他兒茶酚醌類反應生成聚多巴胺涂層。聚多巴胺涂層的兒茶酚和醌為功能基團，對多種材料都具有共價連接的能力，且反應條件簡單，不需要提前對載體進行任何表面預處理。針對多巴胺對材料表面的改性研究，現如今已有大量資料記載，如通過沉積多巴胺在聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯等材料的微孔膜表面，疏水聚合物膜的表面親水性能夠得到明顯的改善，并且通過選擇合適的反應條件，使膜水通量得到提高。再比如改性PE、PTEF等材料通過采用聚多巴胺的氧化自聚合反應，改性后材料表面和成骨細胞之間的相容性明顯變好。

氮化鋁因其具有高導熱率對于單晶，其理論值為320W/(m·K)，其實際值仍可達100～280W/(m·K)，相當于氧化鋁的5～10倍、還具有高強度、高體積電阻率、高絕緣耐壓、低介電損耗，熱膨脹系數與硅匹配等優良特性，已成為目前最有希望的新一代高導熱陶瓷電子基板和封裝材料。

專利106349697A公開了一種LED用玻璃纖維增強型高導熱硅橡膠熱界面材料，由以下重量份的原料組成：硅橡膠基體55 70份，氮化鋁22 32份，多巴胺1626份，20mmol/L的硝酸銀溶液2035份，羥基硅油1 3份，雙2,5硫化劑2 5份，去離子水適量，Tris HCl緩沖溶液適量，乙烯基三乙氧基硅烷1 3份，玻璃纖維6 13份，空心玻璃微珠26份。本發明使用多巴胺在氮化鋁表面氧化聚合形成緊密附著的聚多巴胺層，同時在包覆氮化鋁的聚多巴胺層表面負載銀納米粒子，復配填充硅橡膠，提高硅橡膠熱界面材料的高導熱散熱性能，同時具有良好的柔順性、撕裂強度和電絕緣性能。在該專利中介紹到，在氮化鋁表面形成緊密附著的聚多巴胺層，有效防止氮化鋁發生水解，保障氮化鋁優異的熱導率，提高硅橡膠熱界面材料的高導熱散熱性能。但是經理論和實際操作可知，此處根本無法實現，因為氮化鋁的水解反應迅速，而多巴胺自發氧化聚合形成聚多巴胺層則需要十幾到二十幾個小時，此時氮化鋁已經發生了水解，氮化鋁表面會形成氧化鋁層，驗證影響氮化鋁的導熱性。另外，該專利也沒有對玻璃纖維的導熱改性提供任何的啟示意義。

發明內容

針對以上現有技術的不足，本發明提出一種多巴胺改性玻璃纖維復合氮化鋁的制備方法，利用多巴胺對玻璃纖維表面進改性，從而附著氮化鋁微粒，以此提高玻璃纖維的導熱性。

本發明所述的一種多巴胺改性玻璃纖維復合氮化鋁的制備方法，其特征在于：玻璃纖維經多巴胺水溶液進行表面改性形成聚多巴胺涂層，然后用噴槍噴涂改性氮化鋁懸濁液至玻璃纖維表面。

其中，優選方案如下：

所述的多巴胺水溶液的制備方法為：將多巴胺加入到去離子水中配制成2g/L的多巴胺水溶液，用Tris-HCl對其PH調節至8.5即可。

所述的玻璃纖維經過預處理，所述的預處理方法為：將玻璃纖維在500～600℃條件下燒灼1～2h，然后用去離子水洗滌2～3次，干燥備用。預處理的作用是將玻璃纖維表面的有機物和本身的涂覆物去除。

所述的玻璃纖維為無堿玻璃纖維，直徑12μm～23μm。