[发明专利]一种具有微纳米核壳结构的疏水导热材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有核壳结构的微纳米复合颗粒的合成及其填充环氧树脂或有机硅中，制备超疏水、高导热的性能优良材料的制备方法。属于化工材料领域。

背景技术

核壳结构粒子的制备实现人们对材料结构、组成的设计、组合和优化，一直是材料科学领域的研究热点，因此，核壳结构微球已经受到越来越多的关注。核壳结构的壳不仅可以改善核的物理和化学性质，同时壳层纳米粒子的表面效应、量子尺寸效应以及其他各种与尺寸相关的物理效应使核壳结构材料具有了许多特殊的性质(例如，改善的化学和热稳定性，更高的比表面积，不同的磁力学和光学性质)。将两种性质相同或不同的纳米粒子与微米粒子制成复合粒子，都将有效地避免单一纳米粒子的团聚问题，而且还可以充分发挥纳米粒子的优异性，提高其使用效果。

从导热通路观点出发，可以设法以一种很大粒径的微米粒子为形成导热通路的载体，将纳米粒子通过吸附或其它物理或化学方式和大粒径微米粒子复合，即将纳米粒子复合在大粒径粒子表面。在大粒子表面形成一高导热的纳米粒子层，大粒子可以是导热粒子，也可以是低导热或不导热，当然最好能导热。这样形成的具有核壳结构的复合粒子可以大大节约和降低纳米粉体用量，还可充分发挥纳米粒子的高热导率，提高导热性能。

从超疏水仿生设计观点出发，超疏水表面由于具有巨大的实用价值和广阔的应用前景，人工制备超疏水表面可用于汽车车窗、建筑物的玻璃窗以及玻璃外墙的防污，材料的表面超疏水化可抑制微生物在物体表面的粘附，抑制聚合物表面的凝血现象，用于输水、输油管壁可降低液体阻力等。而超疏水表面的研究涉及到化学、植物学、材料学、工程力学等多门学科。对自然界中的具有超疏水、自清洁功能的荷叶研究结果表明，荷叶表面的超疏水性能有两个原因：荷叶表面的蜡状物和特殊结构。荷叶表面有序分布着平均直径为5～9μm的乳突，并且每个乳突表面分布有直径124nm的绒毛。荷叶表面特殊的微-纳米的多尺度结构和低表面能的蜡状物使得荷叶表面的静止接触角达到160°，而滚动角只有2°。目前，制备类似荷叶表面结构的涂层的方法有模板法、光刻法、化学沉积法、自组装等。因此，根据前人的工作和自然界超疏水现象，超疏水自清洁表面通过结合疏水的化学物质与表面的粗糙度来制备。

现在已经发展起来了许多技术和方法从溶液中制备核壳结构微球。比如物理、化学沉淀、溅射、熔胶凝胶、喷射后高温分解、发泡、分散聚合等。目前，一般采用多步复合的方法合成二氧化硅包覆二氧化钛中空核壳结构材料，如Imhof[A.F.Demirors，A.Blaaderen and A.Imhof，Synthesis of Eccentric Titania-Silica Core-Shell and Composite Particles，Chem.Mater.，Vol.21，No.6，2009]报道了通过先合成二氧化钛微球，再在表面包覆二氧化硅得到核壳结构材料，然后利用二氧化钛与二氧化硅在加热条件下收缩率的不同，通过烧结得到二氧化硅包覆二氧化钛中空核壳结构材料；Ikeda[S.Ikeda，Y.Ikoma，H.Kobayashi，et.al.，Encapsulation of titanium(IV)oxide particles in hollow silica for size-selective photocatalytic reactions，Chem.Commun.，2007，3753-3755]报道了通过在二氧化钛表面先包覆一层通过有机物烧结产生的碳层，再在碳层表面包覆二氧化硅层，然后通过高温烧结除去碳层得到二氧化硅包覆二氧化钛中空核壳结构材料。中国专利CN102463105A也公布了一种一步合成二氧化硅包覆二氧化钛中空核壳结构材料。

本发明首先采用溶胶凝胶的方法制备了微纳米颗粒。因其表面含有羟基，可以用含特殊官能团的有机物将纳米颗粒包覆在微米颗粒上，得到具有核壳结构的复合颗粒。

从国内外专利发表来看，虽然有微纳米核壳结构复合颗粒的制备方法的报道，如舒宏纪等人报道了一种高疏水性、高导热性和高粘附性界面涂料的发明专利(CN1284525A)，在有机硅树脂溶液中，加入经疏水化处理的固体微粒和硅偶联剂，制备一种供制冷-空调系统翅片式蒸发器表面处理用的高疏水性界面涂料。但针对耐湿和高导热需求的材料，采用具有微纳米核壳结构填充有机树脂的制备和应用未见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单易控，效果良好，可操作性强的核壳结构微纳米复合颗粒合成，进而填充环氧树脂或有机硅树脂制备超疏水、高导热复合材料的方法。