[发明专利]一种表面有机改性的氮化硼粉体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种表面有机改性的氮化硼粉体，其颗粒表面上包覆有海因环氧树脂的交联聚合产物层，所述表面有机改性的氮化硼粉体中海因环氧树脂的交联聚合产物的含量按重量计为5～10wt.％。所述表面有机改性的氮化硼粉体是通过采用包含以下组分的原料来制备的：氮化硼20～30wt.％，海因环氧树脂1～3wt.％，有机胺固化剂0.1～2wt.％，余量为水。本发明的表面有机改性的氮化硼粉体与聚合物基体的相容性好，在基体中易分散，在47.5wt.％的高填充率下仍可保持较好的施工或加工流动性，所制备的环氧复合材料的热导率高达2.42W/m·K。

技术领域

本发明属于粉体表面处理和导热聚合物复合材料领域，涉及一种表面有机改性的氮化硼粉体、及其制备方法和在制备导热聚合物中的应用。

背景技术

氮化硼粉体因其高的热导率和良好的绝缘性，通过与高分子材料复合，能有效提高该高分子材料的导热性能，从而制备绝缘性导热高分子复合材料。这类材料不但克服了传统的解决电子设备散热方法的缺点，如在发热体与散热体之间垫一层绝缘的介质作为导热材料(如云母、氧化铍陶瓷等)所存在的导热性能差、机械性能低、价格高等缺点，而且具有高分子材料所有的轻质、易加工成型和抗疲劳性能优良等特点，对于提高电气及电子器件的精度和寿命具有重要意义。

用于高分子导热的氮化硼为六方晶系，是一种质地柔软的类石墨结构的白色粉末，其粉体颗粒的表面极性不均匀，原因是其粉体颗粒在微观上呈现出两类区域，一类区域是具有完整类石墨结构区所对应的低表面能区域，另一类区域是在颗粒边角处以及结构缺陷处由于存在氨基、酰胺基而具有较高的表面能的区域。在与高分子基体复合过程中，前一类区域难于被树脂浸润，导致基体与粉体界面间结合力弱，通常会产生微小间隙，这不但会降低其力学性能，而且也会严重影响其导热性；后一类区域由于极性高，粉体颗粒间的作用较强，导致粉体，特别是在高填充率情况时，在基体中易团聚而难以均匀分散，以及导致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。这种高粘度特性也限制了氮化硼粉体的添加量，对给定的聚合物，复合材料的热导率正比于添加量，因而制约了复合材料热导率的提高。

为改善氮化硼粉体与高分子基体的相容性，需要对氮化硼粉体颗粒表面进行有机化改性。中国专利CN 102093665B采用公开了一种硅烷偶联剂包覆氮化硼粉体的方法，即将氮化硼粉体置于浓度为0.5wt.％～2wt.％硅烷偶联剂的乙醇溶液中，通过偶联剂一端的活性基团与粉体表面氨基等的耦合反应，实现粉体表面的有机化改性；将所获得的改性粉体与环氧树脂复合，可制得热导率0.66W/m·K的导热绝缘浇注胶。此表面处理法对粉体与树脂的相容性有一定改善，但由于粉体表面官能团少，所能连接的硅烷偶联剂数目有限，加之硅烷偶联剂的有机链较短，难以获得对粉体表面的高包覆率。

中国专利CN102421701B、CN102421841B和CN 102421829B均公开了一种对六方氮化硼颗粒表面键合取代苯基的表面改性法，该取代苯基的结构为X-(C₆H₄)R¹-，其中X选自NH₂-、HO-、R²OC(O)-、R²C(O)O-、HSO₃-、NH₂CO-、卤素等；R¹为氢、烷基或烷氧基，R²为氢、烷基或取代或未取代的芳基。将改性粉体与聚酰亚胺胶料复合，即使当粉体添加量为50％质量份时，仍保持较好的施工流动性，所制得的浇铸薄膜的热导率可达1.38W/m·K。此法所能键合的取代苯基数，也即表面包覆率，同样受到粉体表面官能团数的限制，另外该取代基具有高极性基团，因此其改性粉体与如聚酰亚胺类的高极性基体有较好相容性，但并不适用于极性较低的基体。