CN103087556A - 一种导热填料的表面处理方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导热填料的表面处理方法，其特征在于，其包括以下步骤：(1)分别称取硅烷偶联剂、有机溶剂和蒸馏水；(2)将有机溶剂和蒸馏水，依次加入硅烷偶联剂中，搅拌混合均匀后，滴入酸溶液，将混合溶液pH值调至3.5～5.5，然后在25℃条件下静置5～30分钟，备用；(3)称取导热填料，将制备的混合溶液加热至50～80℃，并保持温度，将导热填料加入到混合溶液中，回流搅拌2～6小时后，滤出导热填料；(4)将滤出的导热填料放入烤箱中，在80～120℃条件下，烘烤2～6小时，得到经表面处理的导热填料。本发明还公开了该导热填料制备制得导热硅胶片的应用，该硅胶片导热性能优异，综合性能好。
Description
技术领域
本发明涉及导热材料领域，具体涉及一种导热填料的表面处理方法，及其用于制备优异性能导热硅胶片的应用。
背景技术
目前国内生产的导热硅胶片存在两个突出的问题：要么是导热系数不够高，特别是在导热绝缘材料方面显得更加突出；要么是导热硅胶片的硬度过高，达不到国外产品的柔软度。影响这两个问题的主要方面是导热填料的添加使用量，但是这两个问题又是一个矛盾体。要提高导热系数就要多添加导热填料，结果是导热系数提高了，但是导热片的硬度却提高了，柔软度下降了；反过来要提高导热片的柔软度就必须少添加导热填料，那么导热系数就会下降。通过对导热填料进行表面处理可以有效地平衡这一矛盾体，在一定范围能够达到提高导热系数而不会降低材料的柔软度，甚至能够降低柔软度。
无机填料的表面处理一般都是使用偶联剂来做表面处理剂的，偶联剂是指能改善填料与高分子材料之间界面特性的一类物质。其分子结构种存在两种官能团：一种官能团可与高分子基体发生化学反应或至少有好的相容性；另一种官能团可与无机填料形成化学键。偶联剂可以改善高分子材料与填料之间的界面性能，提高界面的粘合性，改善填充或增强后的高分子材料的性能。目前常用于填料处理的偶联剂主要有：硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂等，应用最为广泛的当属硅烷偶联剂。偶联剂处理导热材料的方法可分为：干法处理和湿法处理。干法处理一般是直接把处理剂与无机填料混合，然后再与有机载体混合，甚至就直接把处理剂、无机填料和有机载体混合，这种处理方法比较简单，但是处理的效果也相对较差。湿法处理是把处理剂溶解于有机溶剂中形成一定浓度的有机处理液，然后再把无机填料加入有机处理液中，经过一定时间的处理后，过滤出无机填料，然后再烘干填料，最后才把无机填料添加到有机载体中。湿法处理的工艺和过程都比较复杂，但是其处理效果要优于干法处理。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足，提供一种导热填料的表面处理方法，采用硅烷偶联剂作为表面处理剂，运用湿法处理法，将硅烷偶联剂制成稀溶液，以利于与被处理表面进行充分接触。
本发明的目的还在于提供该导热填料制备导热硅胶片的应用。
本发明为实现上述目的所采用技术方案为：
一种导热填料的表面处理方法，其包括以下步骤：
(1)按比例分别称取硅烷偶联剂、有机溶剂和蒸馏水，其中所述的有机溶剂为95％乙醇、无水乙醇或异丙醇；
(2)将步骤(1)所称取的有机溶剂和蒸馏水，依次加入硅烷偶联剂中，搅拌混合均匀后，滴入酸溶液，将混合溶液pH值调至3.5～5.5，然后在25℃条件下静置5～30分钟，备用；
(3)称取导热填料，将步骤(2)制备的混合溶液加热至50～80℃，并保持温度，将导热填料加入到混合溶液中，回流搅拌2～6小时后，滤出导热填料；
(4)将步骤(3)滤出的导热填料放入烤箱中，在80～120℃条件下，烘烤2～6小时，得到经表面处理的导热填料。
所述各组份按以下重量百分比称取：
所述的硅烷偶联剂为16烷基三甲氧基硅氧烷、12烷基三甲氧基硅氧烷、8烷基三甲氧基硅氧烷、KH560、KH570、KH792、A151、A171中的一种。
所述的导热填料是金属粉末、金属氧化物、氮化物其中的一种或几种。
所述的金属粉末为银粉、铝粉或铜粉，金属氧化物为氧化镁、氧化铝或氧化锌，氮化物为氮化铝、氮化硼或氮化硅。
所述导热填料的应用，以下组份按质量份数比例，将18份粘度为400mPa·S的乙烯基硅油，加入80份处理过的导热填料中，搅拌均匀，然后依次加入0.1份抑制剂、1.6份交联剂和0.3份催化剂，混合均匀后真空脱泡，然后放在模具中，在150℃条件下硫化成型，制得导热硅胶片。
所述的抑制剂为50％的乙炔环己醇溶液。
所述的交联剂为0.1％含氢硅油和0.2％含氢硅油的混合液。
所述的催化剂为的铂金催化剂。
由于应用的有机载体是硅橡胶，所以本发明主要是采用硅烷偶联剂作为表面处理剂，处理方法选用湿法处理。硅烷偶联剂是以下式所表示的一类有机硅化合物，其特点是分子中具有2种以上不同的反应基团。
通式：Y-R-Si-X3
R：烷基或芳基；
X：甲氧基、乙氧基、氯基等；
Y：有机反应基(乙烯基、环氧基、氨基、巯基等)。
X所表示的水解性基团能与有机材料化学结合，故硅烷偶联剂在无机材料和有机材料的界面起着桥梁作用，因而被广泛用于复合材料的改性。
湿法处理法需将硅烷偶联剂酸成稀溶液，以利与被处理表面进行充分接触。所用溶剂多为水、醇或水醇混合物，并以不含氟离子的水及价廉无毒的乙醇、异丙醇为宜。除氨烃基硅烷外，由其他硅烷配制的溶液均需加入醋酸作水解催化剂，并将pH值调至3.5-5.5。长链烷基及苯基硅烷由于稳定性较差，不宜配成水溶液使用。为了达到较好的处理效果，需要先让偶联剂水解一定的时间后在把无机填料加入有机稀溶液中处理一定时间。在实际应用过程中，处理剂的种类、处理剂的浓度、处理的温度、处理的时间以及干燥的温度都会影响到无机填料的处理效果。本发明直接把处理过的导热填料应用在导热硅橡胶的生产中，通过对比导热硅橡胶的硬度和导热系数来检验处理的效果，导热硅橡胶的导热系数越高、硬度越低就说明处理的效果越好。
本发明的有益效果是：本发明采用硅烷偶联剂作为表面处理剂，运用湿法处理法，将硅烷偶联剂制成稀溶液，以利于与被处理表面进行充分接触。采用该方法处理的导热填料所制得的导热硅胶片，导热系数更高，硬度系数更低，且不会应为某一系数的升高，而使另一系数降低，综合性能好。
本发明提供的方法及产品，易于生产，且可降低生产成本，同时，降低有害物质的排放，有利于环保。
具体实施方式
实施例1：本实施例提供的导热填料的表面处理方法，其包括以下步骤：
(1)按比例分别称取硅烷偶联剂、有机溶剂和蒸馏水，其中所述的有机溶剂为95％乙醇、无水乙醇或异丙醇；
(2)将步骤(1)所称取的有机溶剂和蒸馏水，依次加入硅烷偶联剂中，搅拌混合均匀后，滴入酸溶液，将混合溶液pH值调至3.5～5.5，然后在25℃条件下静置5～30分钟，备用；
(3)称取导热填料，将步骤(2)制备的混合溶液加热至50～80℃，并保持温度，将导热填料加入到混合溶液中，回流搅拌2～6小时后，滤出导热填料；
(4)将步骤(3)滤出的导热填料放入烤箱中，在80～120℃条件下，烘烤2～6小时，得到经表面处理的导热填料。
所述各组份按以下重量百分比称取：
所述的硅烷偶联剂为16烷基三甲氧基硅氧烷、12烷基三甲氧基硅氧烷、8烷基三甲氧基硅氧烷、KH560、KH570、KH792、A151、A171中的一种。
所述的导热填料是金属粉末、金属氧化物、氮化物其中的一种或几种。
所述的金属粉末为银粉、铝粉或铜粉，金属氧化物为氧化镁、氧化铝或氧化锌，氮化物为氮化铝、氮化硼或氮化硅。
上述导热填料的应用，以下组份按质量份数比例，将18份粘度为400mPa·S的乙烯基硅油，加入80份处理过的导热填料中，搅拌均匀，然后依次加入0.1份抑制剂、1.6份交联剂和0.3份催化剂，混合均匀后真空脱泡，然后放在模具中，在150℃条件下硫化成型，制得导热硅胶片，该产品导热性能优异。
所述的抑制剂为50％的乙炔环己醇溶液。
所述的交联剂为0.1％含氢硅油和0.2％含氢硅油的混合液。
所述的催化剂为的铂金催化剂。
实施例2：本实施例提供一种导热填料的表面处理方法及应用，其方法步骤与实施例1基本相同，其不同之处在于：
导热填料的表面处理方法，其包括以下步骤：
(1)称取16烷基三甲氧基硅氧烷2g、95％乙醇196g，蒸馏水2g；
(2)将步骤(1)所称取的95％乙醇和蒸馏水，依次加入16烷基三甲氧基硅氧烷中，搅拌混合均匀后，滴入冰醋酸稀溶液，将混合溶液pH值调至5.5，然后在25℃条件下静置20分钟，备用；
(3)称取200g中位粒径45微米和5微米的氧化铝，按质量比6∶4混合，将步骤(2)制备的混合溶液加热至60℃，并保持温度，将氧化铝混合物加入到混合溶液中，回流搅拌2小时后，滤出氧化铝混合物；
(4)将步骤(3)滤出的氧化铝混合物放入烤箱中，在120℃条件下，烘烤3小时，得到经表面处理的导热填料。
根据上述的经表面处理的导热填料的应用，以下组份按质量份数比例，将18份粘度为400mPa·S的乙烯基硅油，加入80份处理过的导热填料中，搅拌均匀，然后依次加入0.05份50％的乙炔环己醇溶液作为抑制剂、0.7份0.1％含氢硅油和0.9份0.2％含氢硅油作为交联剂和0.3份5000ppm的铂金催化剂，混合均匀后真空脱泡，然后放在模具中，在150℃条件下硫化成型，制得导热硅胶片。
实施例3：本实施例提供的导热填料的表面处理方法及应用，其方法步骤与实施例1、2基本相同，其不同之处在于：
导热填料的表面处理方法，其包括以下步骤：
(1)称取KH7924g、无水乙醇146g，蒸馏水10g；
(2)将步骤(1)所称取的无水乙醇和蒸馏水，依次加入KH792中，搅拌混合均匀后，滴入冰醋酸稀溶液，将混合溶液pH值调至4.8，然后在25℃条件下静置10分钟，备用；
(3)称取200g氮化铝，将步骤(2)制备的混合溶液加热至50℃，并保持温度，将氮化铝加入到混合溶液中，回流搅拌6小时后，滤出氮化铝；
(4)将步骤(3)滤出的氮化铝放入烤箱中，在110℃条件下，烘烤2小时，得到经表面处理的导热填料。
根据上述的经表面处理的导热填料的应用，以下组份按质量份数比例，将18份粘度为400mPa·S的乙烯基硅油，加入80份处理过的导热填料中，搅拌均匀，然后依次加入0.05份50％的乙炔环己醇溶液作为抑制剂、0.7份0.1％含氢硅油和0.9份0.2％含氢硅油作为交联剂和0.3份5000ppm的铂金催化剂，混合均匀后真空脱泡，然后放在模具中，在150℃条件下硫化成型，制得导热硅胶片。
实施例4：本实施例提供一种导热填料的表面处理方法及应用，其方法步骤与实施例1、2、3基本相同，其不同之处在于：
导热填料的表面处理方法，其包括以下步骤：
(1)称取12烷基三甲氧基硅氧烷3g、异丙醇192g，蒸馏水5g；
(2)将步骤(1)所称取的异丙醇和蒸馏水，依次加入12烷基三甲氧基硅氧烷中，搅拌混合均匀后，滴入稀硫酸，将混合溶液pH值调至3.5，然后在25℃条件下静置30分钟，备用；
(3)称取200g氧化镁，将步骤(2)制备的混合溶液加热至80℃，并保持温度，将氧化镁加入到混合溶液中，回流搅拌3小时后，滤出氧化镁；
(4)将步骤(3)滤出的氧化镁放入烤箱中，在100℃条件下，烘烤5小时，得到经表面处理的导热填料。
根据上述的经表面处理的导热填料的应用，以下组份按质量份数比例，将18份粘度为400mPa·S的乙烯基硅油，加入80份处理过的导热填料中，搅拌均匀，然后依次加入0.05份50％的乙炔环己醇溶液作为抑制剂、0.7份0.1％含氢硅油和0.9份0.2％含氢硅油作为交联剂和0.3份5000ppm的铂金催化剂，混合均匀后真空脱泡，然后放在模具中，在150℃条件下硫化成型，制得导热硅胶片。
实施例5：本实施例提供一种导热填料的表面处理方法及应用，其方法步骤与实施例1、2、3、4基本相同，其不同之处在于：
导热填料的表面处理方法，其包括以下步骤：
(1)称取KH5604g、95％乙醇196g，蒸馏水2g；
(2)将步骤(1)所称取的95％乙醇和蒸馏水，依次加入KH560中，搅拌混合均匀后，滴入稀盐酸，将混合溶液pH值调至4.0，然后在25℃条件下静置5分钟，备用；
(3)称取200g中位粒径45微米和5微米的氧化铝，按质量比6∶4混合，将步骤(2)制备的混合溶液加热至70℃，并保持温度，将氧化铝混合物加入到混合溶液中，回流搅拌4小时后，滤出氧化铝混合物；
(4)将步骤(3)滤出的氧化铝混合物放入烤箱中，在80℃条件下，烘烤6小时，得到经表面处理的导热填料。
根据上述的经表面处理的导热填料的应用，以下组份按质量份数比例，将18份粘度为400mPa·S的乙烯基硅油，加入80份处理过的导热填料中，搅拌均匀，然后依次加入0.05份50％的乙炔环己醇溶液作为抑制剂、0.7份0.1％含氢硅油和0.9份0.2％含氢硅油作为交联剂和0.3份5000ppm的铂金催化剂，混合均匀后真空脱泡，然后放在模具中，在150℃条件下硫化成型，制得导热硅胶片。
对比例：将18份粘度为400mPa·S的乙烯基硅油，加入80份未处理过的导热填料中，搅拌均匀，然后依次加入0.05份50％的乙炔环己醇溶液作为抑制剂、0.7份0.1％含氢硅油和0.9份0.2％含氢硅油作为交联剂和0.3份5000ppm的铂金催化剂，混合均匀后真空脱泡，然后放在模具中，在150℃条件下硫化成型，制得对比导热硅胶片。
实验结果对比如表1所示，本发明产品性能明显优异于对比例：
表1实施例2至5及对比例导热系数与硬度参数
但以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非用以局限本发明的专利范围，故凡运用本发明说明书内容所作的等效变化，均包含在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种导热填料的表面处理方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)按比例分别称取硅烷偶联剂、有机溶剂和蒸馏水，其中所述的有机溶剂为95％乙醇、无水乙醇或异丙醇；
(2)将步骤(1)所称取的有机溶剂和蒸馏水，依次加入硅烷偶联剂中，搅拌混合均匀后，滴入酸溶液，将混合溶液pH值调至3.5～5.5，然后在25℃条件下静置5～30分钟，备用；
(3)称取导热填料，将步骤(2)制备的混合溶液加热至50～80℃，并保持温度，将导热填料加入到混合溶液中，回流搅拌2～6小时后，滤出导热填料；
(4)将步骤(3)滤出的导热填料放入烤箱中，在80～120℃条件下，烘烤2～6小时，得到经表面处理的导热填料。
2.根据权利要求1所述的导热填料的表面处理方法，其特征在于，所述各组份按以下重量百分比称取：
3.根据权利要求1所述的导热填料的表面处理方法，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为16烷基三甲氧基硅氧烷、12烷基三甲氧基硅氧烷、8烷基三甲氧基硅氧烷、KH560、KH570、KH792、A151、A171中的一种。
4.根据权利要求1所述的导热填料的表面处理方法，其特征在于，所述的酸溶液为冰醋酸、盐酸或硫酸的稀溶液。
5.根据权利要求1所述的导热填料的表面处理方法，其特征在于，所述的导热填料是金属粉末、金属氧化物、氮化物其中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的导热填料的表面处理方法，其特征在于，所述的金属粉末为银粉、铝粉或铜粉，金属氧化物为氧化镁、氧化铝或氧化锌，氮化物为氮化铝、氮化硼或氮化硅。
7.一种根据权利要求1至6之一所述导热填料的应用，其特征在于，以下组份按质量份数比例，将18份粘度为400mPa·S的乙烯基硅油，加入80份处理过的导热填料中，搅拌均匀，然后依次加入0.1份抑制剂、1.6份交联剂和0.3份催化剂，混合均匀后真空脱泡，然后放在模具中，在150℃条件下硫化成型，制得导热硅胶片。
8.根据权利要求7所述导热填料的应用，其特征在于，所述的抑制剂为50％的乙炔环己醇溶液。
9.根据权利要求7所述导热填料的应用，其特征在于，所述的交联剂为0.1％含氢硅油和0.2％含氢硅油的混合液。
10.根据权利要求7所述导热填料的应用，其特征在于，所述的催化剂为的铂金催化剂。
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