[发明专利]一种氧化镁粉体表面有机改性的方法

说明书

技术领域

本发明属于粉体表面处理和导热性复合材料领域，涉及一种氧化镁粉体表面有机改性的方法以及通过该方法获得的表面有机改性氧化镁粉体及其在制备导热性复合材料中的应用。

背景技术

氧化镁粉体作为导热填充剂与聚合物复合，能显著改善所制得的聚合物复合材料的导热性能，同时因其优越的电绝缘性和相对低廉的价格，在电绝缘性导热要求的电子电器领域受到广泛关注。然而，氧化镁的无机粉体颗粒表面极性高，粉体颗粒间的作用较强，与有机聚合物的相容性差，常常导致以下问题：(1)粉体在聚合物中易团聚而难以均匀分散，且有机与无机界面处易存在空隙，由此降低了所制得的复合材料的力学性能和导热性能；(2)在复合过程中，混合物的粘度高，流动性差，增加了加工或施工的难度；(3)复合过程的高粘度特性也限制了氧化镁粉体的添加量，对给定的聚合物和粉体，由于复合材料的热导率正比于添加量，由此也限制了高导热复合材料的获得。

为改善氧化镁粉体与聚合物的相容性，需要对氧化镁粉体颗粒的高极性表面进行有机化改性。中国专利CN101981130B采用己基三乙氧基硅烷等硅烷偶联剂对氧化镁粉体表面有机改性，将此改性氧化镁与聚异丁烯复合，其添加量可达60％质量分数，所获得的材料热导率为1.2W/m·K，同时还保持低硬度。然而，此方法处理过程中通常存在现粉体颗粒间的团聚现象，需要在处理完结之后对粉体进行过筛处理，增加了工艺成本；同时，为帮助偶联剂在粉体中的分散，通常需要用有机溶剂将偶联剂稀释至10～20％的质量百分比浓度，这给工作环境和安全都带来不利影响。

已公开的研究文献对氧化镁的表面有机改性的技术方案主要采用表面活性剂，其改性机理是通过表面活性剂上亲水基团与无机粉体表面的物理作用，吸附于粉体颗粒表面，实现亲油基团对粉体表面的包覆。目前所采用表面活性剂主要以脂肪酸类离子活性剂为主，如硬脂酸钙、硬脂酸锌、油酸钠等，其工艺包含液相法和干法，前者是在粉体的悬浮液中加入处理剂，通过过滤获得改性粉体；而后者是将处理剂直接或者用溶剂分散后加入粉体，进行高速搅拌混合。这两种处理法均可以增大粉体在树脂中的添加量，尤其是对室温工艺制备的液体胶粘剂，可明显降低胶的粘度，提供良好的施工流动性。然而，由于表面活性剂与粉体之间仅有物理作用力，结合不够紧密，所制得的液体胶粘剂易出现返粘现象，特别是对需要加热的工艺过程，更会导致处理剂解吸附，使得在复合过程中的胶液或熔体的流动性降低，从而影响复合材料的加工和制品的品质。

发明内容

本发明的目的在于增强填料与有机基体的结合力，实现粉体在有机物基体中的大量填充和改善有机物高分子材料的导热性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一方面，本发明提供一种氧化镁粉体的表面有机改性方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将水、氧化镁粉体、阴离子表面活性剂、单体、自由基引发剂在不使所述单体聚合的温度下混匀，以形成所述氧化镁粉体在水相中的分散液，

其中氧化镁粉体的中位粒径为1～100μm，阴离子表面活性剂与氧化镁的质量比为1～5:100；

(2)在不使所述单体聚合的温度下，将步骤(1)得到的所述混匀的分散液在搅拌速率8～20转/分钟下搅拌8～15小时，以形成在所述氧化镁粉体与水相的界面上的界面胶束，且使所述单体进入并溶于所述界面胶束内部；

(3)通过加热至70～80℃，使所述单体在所述界面胶束内聚合，以得到表面有机改性的氧化镁粉体。

优选地，所述氧化镁粉体的中位粒径为1～40μm。优选地，所述氧化镁粉体与水的质量比为1:1～1:5，优选为1:1～1:4。

优选地，阴离子表面活性剂选自硬脂酸、硬脂酸钠、硬脂酸钾、硬脂酸锌、硬脂酸铝、辛烷基磺酸钠、十二烷基磺酸钠、丁二酸二辛基磺酸钠、对十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种；优选地，所述阴离子表面活性剂为硬脂酸钾、辛烷基磺酸钠或十二烷基磺酸钠。阴离子表面活性剂通过与氧化镁表面的羟基的相互作用，吸附在氧化镁粉体表面，在水中形成定向于粉体表面的胶束，由此在胶束内单体的聚合产物可以均匀定向形成包覆粉体颗粒的有机层。阴离子表面活性剂的用量受两方面因素的限制，首先其用量应高于粉体对其吸附达到稳定状态所需要的量；其次阴离子表面活性剂在水相中的浓度(即未吸附在粉体与水相的界面上的表面活性剂的浓度)应低于临界胶束浓度(阴离子表面活性剂在水中缔合形成胶束的最低浓度)，这样可确保界面胶束的形成，而避免水相中出现胶束。根据所用粉体的中位粒径及其用量，可以粗略估计粉体的总表面积，由此推算出表面活性剂用量，进而选择单体和引发剂的用量。