[发明专利]一种空心球形二氧化硅环氧树脂复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提出了一种空心球形二氧化硅环氧树脂复合材料的制备方法，包括：1）软模板法合成空心球形二氧化硅；2）高温处理调控空心球形二氧化硅的结构和强度；3）空心球形二氧化硅液相表面改性，和环氧树脂混合后，得到空心球形二氧化硅环氧树脂浆料；4）与固化剂混合，经过110‑180℃固化反应，即得空心球形二氧化硅环氧树脂复合材料。本发明制备的空心球形二氧化硅环氧树脂复合材料，有效提高了空心球形二氧化硅在环氧树脂中的相容性和分散性。固化后的复合材料具有较高的机械强度和玻璃化转变温度，可应用于线路板、基板、环氧塑封料等领域。该法工艺简单、成本低，适合大规模生产。

技术领域

本发明属于环氧塑封料生产技术领域，具体涉及一种空心球形二氧化硅环氧树脂复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着半导体、集成电路的迅速发展，陶瓷、金属、玻璃等封装难以适应工业化的要求，而且成本较高。环氧塑封料作为新一代的非气密性封装填料，便于自动化，提高封装效率，降低成本。而环氧塑封料中需要低介电常数、低热膨胀系数、高表面强度的无机填料以满足其发展需求。

由于空心球形二氧化硅具有低介电常数、低热膨胀系数，所以引起了研究者的青睐。空心球形二氧化硅由于外壳具有疏松多孔结构，导致其表面结构不稳定，强度不够，将其作为环氧塑封料的填料，加入环氧树脂中得到的空心球形二氧化硅环氧树脂复合材料的机械强度提升有限。另外，空心球形二氧化硅比表面积大，表面羟基多、反应活性高，在环氧基体中分散不均匀、易团聚；这些都会对二氧化硅/环氧树脂复合材料应用于环氧塑封料时的综合性能产生不利影响。

发明内容

本发明目的在于解决上述背景技术中所提出的问题，提供一种空心球形二氧化硅环氧树脂复合材料；其通过高温处理提高空心球形二氧化硅的结构强度；通过表面改性制备稳定分散的二氧化硅/环氧树脂复合浆料。

本发明还提供了上述空心球形二氧化硅环氧树脂复合材料的制备方法及其应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种空心球形二氧化硅环氧树脂复合材料的制备方法，其包括如下步骤：

1）软模板法合成空心球形二氧化硅：在碱性溶液中，正硅酸四乙酯(TEOS)、表面活性剂和硅烷偶联剂于20-80℃水解缩合反应2-8h，然后升温至110-200℃水热反应5-18h，得到空心球形二氧化硅溶液，固液分离、烘干、研磨；

2）高温处理：将步骤1）所得产物于400-800℃（优选为450-600℃）高温处理5-10h，得到空心球形二氧化硅粉体；

3）空心球形二氧化硅的表面改性：将步骤2）所得空心球形二氧化硅粉体分散于置换溶剂中，再加入表面修饰剂于30-80℃反应1-10h，获得表面修饰空心球形二氧化硅溶液；

4）制备空心球形二氧化硅环氧树脂浆料：向步骤3）所得表面修饰空心球形二氧化硅溶液中加入环氧树脂，然后于20-60℃反应2-8h，再减压蒸馏至无溶剂馏出，得到空心球形二氧化硅环氧树脂浆料；

5）制备空心球形二氧化硅环氧树脂复合材料：将步骤4）所得空心球形二氧化硅环氧树脂浆料与固化剂混料，再于110-180℃固化反应2-8h，即得空心球形二氧化硅环氧树脂复合材料。

具体的，步骤1）中，所述碱性溶液是将碱溶于乙醇水溶液中获得；所述碱为三乙醇胺、二乙醇胺等中的一种或两种。

具体的，步骤1）中，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、十二烷基氯化铵、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）等中的一种或多种；表面活性剂与正硅酸四乙酯的质量比优选可以为1：（2-40）。

具体的，步骤1）中，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）、γ-巯丙基三甲氧基硅烷（KH590）、二甲基二乙氧基硅烷、六甲基二硅氮烷等中的一种或者多种；硅烷偶联剂与TEOS质量比优选可以为1：（5-50）。