CN104497482A - 一种氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法。本发明的氮化铝填充导热环氧树脂是由以下质量份的原料：氮化铝 20~60份、硬脂酸 0.1~0.6份、环氧树脂 40~80份、芳香族胺类固化剂 10~30份、环氧树脂-丙二醇甲醚溶液100~300份、质量浓度2%的三氟化硼乙醚溶液5~10份，依次将氮化铝经过羟基化、环氧功能化等步骤制备而成。本发明通过将氮化铝表面进行环氧功能化，一方面可以防止其发生水解和氧化，另一方面也有利于在环氧树脂基体中的均匀分散，并且不需使用偶联剂，该制备方法所得到的导热环氧树脂稳定性好，导热率高，可用于电器、电子散热等领域。

Description

一种氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高分子材料的制备方法，具体是一种氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法，属于一种高分子复合材料技术领域。
背景技术
环氧树脂的介电性能、力学性能、粘接性能、耐腐蚀性能优异，固化收缩率和线胀系数小，尺寸稳定性好，工艺性好，综合性能佳，使其被广泛应用于电子电器领域。随着集成技术和组装技术的迅速发展，微电子和集成电路向高速度、高密度方向发展，电子设备的逻辑电路体积日益缩小，电子设备单位体积所产生的热量急剧增加，为确保电子元器件的正常运行，需要材料具备极高的导热能力，以保证积累的大量的热量迅速及时散发和传导。环氧树脂是热的不良导体，导热系数为0.2 W.m-1.K-1左右，适合高填充率填料的填充，因此在导热树脂领域得到广泛应用。
超细氮化铝（AIN）粉末是金属氮化物导热填充剂之一，具有较高的热导率、高的绝缘电阻、热膨胀系数小、热稳定性好、抗氧化性能强等特点，可在2100℃以上保持较高的力学强度和硬度，目前主要用在做高分子材料导热填料，在电子胶，导热塑料，LED散热，传热器上应用前景很广。因此，超细氮化铝（AIN）粉末可以作为导热填料加入环氧树脂中，在加入一定量时分散均匀，可形成良好的导热网络，制备导热环氧树脂。而氮化铝粉末极易吸收水分和氧，一但接触到水分和氧，会发生水解和氧化，失去其导热散热的特性，这也是目前制约氮化铝作为导热填料使用的一大难题，因此必须对其进行表面改性处理。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种以表面改性的纳米氮化铝为导热填料、环氧树脂为基体的导热环氧树脂制备方法。
本发明采用的技术方案如下：一种氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法，由以下质量份的原料：氮化铝 20~60份、硬脂酸 0.1~0.6份、环氧树脂 40~80份、芳香族胺类固化剂 10~30份、环氧树脂-丙二醇甲醚溶液100~300份、质量浓度2%的三氟化硼乙醚溶液5~10份，采用如下步骤制备：
（1）将20~60份氮化铝粉末在80~110℃干燥2~6h，加入到10wt%氢氧化钠溶液中，加热到 80~100℃，超声振荡分散20~40 min，而后过滤，用丙酮洗涤2次后在 50~70℃下干燥10~20h，得到羟基化的氮化铝；
（2）将步骤（1）得到的羟基化的氮化铝，加入100~300份环氧树脂-丙二醇甲醚溶液，再加入5~10份质量浓度2%的三氟化硼乙醚溶液，加热到 45~70℃，超声振荡分散1~5h，经过滤，用二氯甲烷洗涤2次后在 50~60℃下真空干燥4~8h，得到环氧功能化的氮化铝；
（3）将60~80份环氧树脂加热到100℃，而后将步骤（2）得到的20~60份环氧功能化的氮化铝和0.1~0.6份的硬脂酸加入，高速搅拌10~30min，再加入10~30份芳香族胺类固化剂，继续高速搅拌5min，浇铸到模具中，80~100℃固化2h，130~150℃固化4h，成型后得到氮化铝填充导热环氧树脂。
优选的，所述环氧树脂-丙二醇甲醚溶液中，环氧树脂与丙二醇甲醚的质量比为1:1。
优选的，所述氮化铝粉末粒径20~80nm。
优选的所述的环氧树脂为液态双酚A型环氧树脂。
所述环氧树脂可以是型号E-51、E-44、E-42、E-20、E-21的环氧树脂中的至少一种。
所述硬脂酸优选为十八烷酸，分子式C18H36O2。
所述芳香族胺类固化剂为二胺基二苯砜、二胺基二苯甲烷、间苯二胺中的至少一种。
本发明相对于现有技术的有益效果如下：本发明使用表面环氧功能化的纳米氮化铝作为导热填料，制备氮化铝填充导热环氧树脂；氮化铝表面的环氧功能化一方面可以防止其发生水解和氧化，另一方面也有利于在环氧树脂基体中的均匀分散，并且不需使用偶联剂。本发明方法所得到的导热环氧树脂稳定性好，导热率高，可用于电器、电子散热等领域。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。
实施例1采用以下步骤实现本发明：
（1）将25份氮化铝粉末（粒径20~80nm）在90℃干燥3h，加入到10wt%氢氧化钠溶液，加热到 85℃，超声振荡分散25 min，而后过滤，用丙酮洗涤2次后在 55℃下干燥10h，得到羟基化的氮化铝；
（2）将步骤（1）得到的羟基化的氮化铝，加入125份E-44环氧树脂-丙二醇甲醚溶液中（环氧树脂：丙二醇甲醚质量比=1:1），再加入5份质量浓度2%的三氟化硼乙醚溶液，加热到 50℃，超声振荡分散3h，过滤，用二氯甲烷洗涤2次后在 50℃下真空干燥5h，得到环氧功能化的氮化铝；
（3）将75份E-44环氧树脂加热到100℃，而后将步骤（2）得到的25份环氧功能化的氮化铝和0.2份的十八烷酸加入，高速搅拌20min，再加入28份二胺基二苯砜固化剂，继续高速搅拌5min，浇铸到模具中，85℃固化2h，130℃固化4h，成型后得到氮化铝填充导热环氧树脂，导热系数为0.91 W.m-1.K-1。
实施例2 采用以下步骤实现本发明：
（1）将30份氮化铝粉末在85℃干燥4h，加入到10wt%氢氧化钠溶液，加热到 80℃，超声振荡分散20 min，而后过滤，用丙酮洗涤2次后在60℃下干燥12h，得到羟基化的氮化铝；
（2）将步骤（1）得到的羟基化的氮化铝，加入150份E-21环氧树脂-丙二醇甲醚溶液中（环氧树脂：丙二醇甲醚质量比=1:1），再加入7份质量浓度2%的三氟化硼乙醚溶液，加热到 45℃，超声振荡分散2h，过滤，用二氯甲烷洗涤2次后在55℃下真空干燥4h，得到环氧功能化的氮化铝；
（3）将70份E-21环氧树脂加热到100℃，而后将步骤（2）得到的30份环氧功能化的氮化铝和0.3份的硬脂酸加入，高速搅拌30min，再加入22份间苯二胺固化剂，继续高速搅拌5min，浇铸到模具中，90℃固化2h，145℃固化4h，成型后得到氮化铝填充导热环氧树脂，导热系数为1.02 W.m-1.K-1。
实施例3 采用以下步骤实现本发明：
（1）将40份氮化铝粉末（粒径20~80nm）在95℃干燥2h，加入到10wt%氢氧化钠溶液，加热到90℃，超声振荡分散35min，而后过滤，用丙酮洗涤2次后在 50~70℃下干燥12~20h，得到羟基化的氮化铝；
（2）将步骤（1）得到的羟基化的氮化铝，加入200份E-42环氧树脂-丙二醇甲醚溶液中（环氧树脂：丙二醇甲醚质量比=1:1），再加入8份质量浓度2%的三氟化硼乙醚溶液，加热到 70℃，超声振荡分散2h，过滤，用二氯甲烷洗涤2次后在60℃下真空干燥6h，得到环氧功能化的氮化铝；
（3）将60份E-42环氧树脂加热到100℃，而后将步骤（2）得到的40份环氧功能化的氮化铝和0.4份的十八烷酸加入，高速搅拌15min，再加入18份二胺基二苯甲烷固化剂，继续高速搅拌5min，浇铸到模具中，100℃固化2h，150℃固化4h，成型后得到氮化铝填充导热环氧树脂，导热系数为1.18W.m-1.K-1。
实施例4 采用以下步骤实现本发明：
（1）将50份氮化铝粉末在100℃干燥5h，加入到10wt%氢氧化钠溶液，加热到90℃，超声振荡分散40 min，而后过滤，用丙酮洗涤2次后在 50~70℃下干燥12~20h，得到羟基化的氮化铝；
（2）将步骤（1）得到的羟基化的氮化铝，加入100~300份E-20环氧树脂-丙二醇甲醚溶液中（环氧树脂：丙二醇甲醚质量比=1:1），再加入10份质量浓度2%的三氟化硼乙醚溶液，加热到 60℃，超声振荡分散4h，过滤，用二氯甲烷洗涤2次后在 50℃下真空干燥4h，得到环氧功能化的氮化铝；
（3）将50份E-20环氧树脂加热到100℃，而后将步骤（2）得到的50份环氧功能化的氮化铝和0.6份的硬脂酸加入，高速搅拌10min，再加入15份芳香族胺类固化剂，继续高速搅拌5min，浇铸到模具中，95℃固化2h，145℃固化4h，成型后得到氮化铝填充导热环氧树脂，导热系数为1.15 W.m-1.K-1。
实施例5 采用以下步骤实现本发明：
（1）将60份氮化铝粉末在110℃干燥3h，加入到10wt%氢氧化钠溶液，加热到 95℃，超声振荡分散30min，而后过滤，用丙酮洗涤2次后在 50~70℃下干燥12~20h，得到羟基化的氮化铝；
（2）将步骤（1）得到的羟基化的氮化铝，加入100~300份E-51环氧树脂-丙二醇甲醚溶液中（环氧树脂：丙二醇甲醚质量比=1:1），再加入10份质量浓度2%的三氟化硼乙醚溶液，加热到 50℃，超声振荡分散5h，过滤，用二氯甲烷洗涤2次后在 50℃下真空干燥8h，得到环氧功能化的氮化铝；
（3）将40份E-51环氧树脂加热到100℃，而后将步骤（2）得到的60份环氧功能化的氮化铝和0.6份的硬脂酸加入，高速搅拌25min，再加入10份芳香族胺类固化剂，继续高速搅拌5min，浇铸到模具中，80℃固化2h，135℃固化4h，成型后得到氮化铝填充导热环氧树脂，导热系数为1.22 W.m-1.K-1。

Claims (7)

1.一种氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法，其特征在于：由以下质量份的原料：氮化铝 20~60份、硬脂酸 0.1~0.6份、环氧树脂 40~80份、芳香族胺类固化剂 10~30份、环氧树脂-丙二醇甲醚溶液100~300份、质量浓度2%的三氟化硼乙醚溶液5~10份，采用如下步骤制备：
（1）将20~60份氮化铝粉末在80~110℃干燥2~6h，加入到10wt%氢氧化钠溶液中，加热到 80~100℃，超声振荡分散20~40 min，而后过滤，用丙酮洗涤2次后在 50~70℃下干燥10~20h，得到羟基化的氮化铝；
（2）将步骤（1）得到的羟基化的氮化铝，加入100~300份环氧树脂-丙二醇甲醚溶液，再加入5~10份质量浓度2%的三氟化硼乙醚溶液，加热到 45~70℃，超声振荡分散1~5h，经过滤，用二氯甲烷洗涤2次后在 50~60℃下真空干燥4~8h，得到环氧功能化的氮化铝；
（3）将60~80份环氧树脂加热到100℃，而后将步骤（2）得到的20~60份环氧功能化的氮化铝和0.1~0.6份的硬脂酸加入，高速搅拌10~30min，再加入10~30份芳香族胺类固化剂，继续高速搅拌5min，浇铸到模具中，80~100℃固化2h，130~150℃固化4h，成型后得到氮化铝填充导热环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法，其特征在于：所述环氧树脂-丙二醇甲醚溶液中，环氧树脂与丙二醇甲醚的质量比为1:1。
3.根据权利要求1所述的氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法，其特征在于：所述氮化铝粉末粒径20~80nm。
4.根据权利要求1所述的氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法，其特征在于：所述的环氧树脂为液态双酚A型环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法，其特征在于：所述环氧树脂为型号E-51、E-44、E-42、E-20、E-21的环氧树脂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法，其特征在于：所述硬脂酸为十八烷酸。
7.根据权利要求1所述的氮化铝填充导热环氧树脂的制备方法，其特征在于：所述芳香族胺类固化剂为二胺基二苯砜、二胺基二苯甲烷、间苯二胺中的至少一种。
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