[发明专利]一种导热填料的表面改性方法及其应用

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种导热填料的表面改性方法及其应用。

二、背景技术

高分子材料多为绝缘体，且耐化学腐蚀性及加工工艺性能优良，但其多为热的不良导体，采用导热绝缘无机粉末填料填充后，可大大提高材料的导热性能。然而，无机填料与基体之间的界面相容性一般较差，填料粒子在基体中易团聚，难以均匀分散；此外填料粒子表面较难被树脂基体润湿，导致两者界面处存在空隙，增加了高分子复合材料的界面热阻。

以往的文献报道大都是采用偶联剂对填料表面进行处理，改善填料的吸附、润湿和分散性能，从而提高复合材料导热性能。例如，张晓辉用偶联剂处理Al₂O₃，并填充环氧胶粘剂，发现材料比没有经过处理直接填充Al₂O₃的材料导热效果提高10％。

三、发明内容

本发明旨在提供一种导热填料的表面改性方法及其应用，以采用萘环结构的异氰酸酯作为表面处理剂，将导热填料表面接枝上共轭结构使之与聚合物基体界面热阻降低，以提高聚合物的导热性能。

本发明以NDI(1，5-萘二异氰酸酯，C₁₂H₆N₂O₂)作为导热填料的表面改性剂，在导热填料表面引入共轭结构，有利于材料内的电子运动，从而降低填料与高分子基体之间的界面热阻，更有利于导热通路的形成，进一步提高填充型导热高分子复合材料的导热性能。

本发明导热填料的表面改性方法，包括如下步骤：

向三口烧瓶中依次加入高温活化后的5～10质量份导热填料、0.5～1质量份NDI、75～150质量份的溶剂以及催化剂(催化剂能催化加速NDI和填料表面羟基的接枝反应)，超声处理不少于20min，然后于60～85℃回流搅拌2～6h，冷却后抽滤，用溶剂反复洗涤以除去其中过量的NDI，40～60℃真空干燥6～8h，研磨后即得改性导热填料。

所述导热填料为氮化硼、氮化硅、氮化铝或氧化铝，所述导热填料的粒径为10nm～100μm。

所述催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡或异辛酸铅。

所述溶剂为甲苯或二甲苯等不参与反应的有机溶剂。

所述催化剂的添加量为NDI质量的5-10％。

所述高温活化是将导热填料在160℃下恒温干燥2h。

以本发明方法制备得到的改性导热填料，适用于环氧树脂或聚氨酯基体，以提高该聚合物基体的导热性能。

将本发明改性导热填料加入热固性树脂中，固化后得到具有导热性能的热固性树脂材料，改性导热填料添加的质量为热固性树脂质量的5-100％。

所述热固性树脂为环氧树脂或聚氨酯。

改性导热填料以分散到合成热固性树脂的液态原料组份中的形式加入或者以分散到液态的热固性树脂预聚物中的形式加入。

本发明制备的改性导热填料根据聚合物基体导热系数的要求可以在10wt％-100wt％范围内变化。

本发明通过对导热填料进行表面处理，一方面可以润湿填料与聚合物基体的接触面降低界面热阻，另一方面在聚合物基体和导热填料之间引入类晶体结构，随着导热填料填充量的增加，整个复合材料类晶体结构也随之增加，类晶体结构区域的无序排列使树脂表现为宏观各向同性；类晶体结构通过共价键与内部非晶态结构连接，使它们的界面模糊，增加了相容性；由于中间基团是高有序的，有利于形成类晶结构，从而抑制声子散射，提高了热导率。第三方面，通过引入共轭结构，可以产生电子-声子相互作用，促进声子传递，有利于提高导热性能。

目前采用引入共轭型化合物处理增加材料的类晶结构的方式还没有在相关专利和文献中报道过。

本发明应用的聚合物基体多为环氧树脂和聚氨酯基体，通过对比相同质量分数的未处理的填料，和已公开的硅烷偶联剂的方法处理填料来检验处理的效果，复合材料的导热系数越高就说明本处理方法的效果越好。

本发明对导热填料表面处理后，填充环氧树脂和聚氨酯基体，制备出高导热复合材料，降低了填料的填充量，节约了制备高导热复合材料、粘接剂的生产成本，且处理流程简单，化学试剂用量少，对环境污染小，使之具备了生产方便，性能优越，价格低廉的特点，进一步提升了其在电子，电气封装等领域的应用。

四、附图说明

图1是本发明表面改性方法的反应示意图。

五、具体实施方式

实施例1(以环氧树脂为基体)

1、表面改性