[发明专利]一种含纳米铜的环氧树脂复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含纳米铜的环氧树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

用作埋入式电容器的聚合物基复合材料通常要求具有较高的介电常数、较低的介电损耗、良好的加工性能。然而聚合物基体的介电常数通常很低，而功能填料的选择是决定复合材料介电性能的关键。目前用于复合材料中的填料主要是高介电钛酸钡陶瓷材料，将其与聚合物进行复合形成两相复合材料，可以制备出介电常数较高的复合电介质材料。但是，这种方法很难进一步提高复合材料的介电常数，如果继续增加钛酸钡组分的含量，则使得复合材料的柔性及机械性能等受到很大的影响，并将增加复合材料的介电损耗。为了进一步提高复合材料的介电常数，对聚合物基体进行改性是提高复合材料介电性能的有效方法。例如：Ching-Ping Wong（United States Patent6544651）等在环氧基体中加入Co(acac)3盐，将基体的介电常数由3.5提高至6.0。改性过的聚合物作为新的基体，然后再填充陶瓷填料制备高介电复合材料。

将导电金属颗粒而非金属盐与聚合物复合，则由于内部微电容网络的形成而可以更显著地提高复合材料的介电常数。但这种复合材料的介电性能对于导电填料含量的变化及其敏感，因此难以实现对介电性能的有效控制。在这类材料中，由于无机金属颗粒在聚合物基体中容易发生团聚导致分散不均匀，宏观上将出现相分离现象，严重影响到复合材料的加工性能和介电性能。因此为了获得稳定的介电性能，如何将金属填料与聚合物基体实现均匀混合是获得良好性能的关键所在。目前通用的在超声作用下通过机械方法将填料与基体混合无法真正实现纳米微粒在聚合物基体中的均匀分散。因此，本发明拟利用原位法来制备金属/聚合物复合材料，旨在解决纳米微粒在聚合物基体中的分散性不均匀问题。与金属Ag相比，金属Cu成本低、适合大规模生产，在电子封装中具有重要的应用前景。因此开发能够原位法制备纳米铜/环氧复合材料的方法对于聚合物基体改性从而制备高介电复合电介质材料具有重要的实用价值。

发明内容

本发明实施例提供一种含纳米铜的环氧复合材料及其原位制备方法。

本发明实施例提供的制备方法如下：

在反应器皿中依次加入铜的前驱体、保护剂、多元醇还原剂及环氧树脂，升温至反应温度，经原位热还原反应后得到纳米铜的环氧复合浆料；将该浆料分散在有机溶剂中，加入固化剂，经搅拌、棒式涂膜、固化后，得到纳米铜的环氧树脂复合材料。

其中方法中所述的铜的前驱体为氧化铜、氧化亚铜、碳酸铜、碱式碳酸铜、氢氧化铜、乙酰丙酮铜中的一种或几种的混合物。所述的多元醇还原剂为乙二醇、1，2—丙二醇、1，3—丙二醇、1，4—丁二醇、新戊二醇、己二醇、丙三醇、二缩二乙二醇、一缩二丙二醇中的一种或几种的混合物。所述的保护剂为聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇（PEG）、油酸、油胺、正硅酸四乙酯、γ—氨丙基三乙氧基硅烷、γ—(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ—甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ—巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种的混合物。所述的环氧树脂基体为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂以及线型脂肪族类环氧树脂中的一种或几种的混合物。所述反应温度为100～400℃、所述原位热还原的反应时间为1～5h。所述的物料中铜的前驱体、还原剂、保护剂的物质量摩尔比为：铜的前驱体：还原剂：保护剂为1：（0.1～10）:（0.1～10）。所述的分散浆料的有机溶剂为无水乙醇、N，N—二甲基甲酰胺、丙酮、2—丁酮、甲基异丁酮、2—戊酮、2，4戊二酮中的一种或几种的混合物。所述的固化剂为四氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、双氰胺、2—甲基咪唑、三—（二甲胺基甲基）苯酚（DMP—30）中的一种或几种的混合物。所述的固化温度为100～250℃，固化时间为1h～10h。

根据本发明实施例所公开的方法制备的含纳米铜的环氧树脂复合材料，纳米铜在环氧基体中的尺寸分布为50nm～250nm，纳米铜微粒占环氧树脂基体的质量百分比为5～80%。所述的纳米铜/环氧树脂复合材料，在1kHz下其介电常数在4～100之间，介电损耗在0.02～0.1之间。

进一步地，如上所述的含纳米铜的环氧树脂复合材料中，还可以含有陶瓷颗粒，所述陶瓷颗粒为钛酸钡或者钛酸铜钙、或其它具有钙钛矿晶体结构的陶瓷颗粒，陶瓷颗粒的粒径在50～500nm之间，陶瓷质量占环氧基体质量的100%～500%。所述的含有纳米铜的金属/陶瓷/环氧树脂三相复合材料，其特征在于，1kHz下，其介电常数在10～100之间，介电损耗在0.02～0.1之间。