CN115725186B - 一种高导热低密度低介电常数有机硅材料的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高导热低密度低介电常数有机硅材料的制备工艺，包括如下步骤：步骤S1：准备有机硅材料的原材料液态有机硅一、有机硅包覆处理后的氮化硼填料、催化剂一、抑制剂一；将有机硅材料的原材料置于真空高速分散机中真空分散均匀后，取出测试物料粘度；测试完成后，使用双辊压片机进行压片，并用120℃恒温烘箱固化20min后，取出冷却；然后对冷却后的压片进行测试相应性能。本发明利用氮化硼亲油疏水的特性，通过特殊包覆工艺对氮化硼进行表面处理，处理后的氮化硼表面为致密的有机硅包覆层，极大的提升氮化硼在有机硅体系中的填充量，制备出可连续化大批量生产的各向同性高导热，低介电常数的导热材料。

Description

一种高导热低密度低介电常数有机硅材料的制备工艺

技术领域

本发明涉及导热材料技术领域，特别涉及一种高导热低密度低介电常数有机硅材料的制备工艺。

背景技术

随着电子行业高速发展，可穿戴智能设备、无人飞行器和新能源汽车行业的迅速崛起，对导热材料的密度和介电常数提出了更为严苛的要求，高密度导热材料直接影响设备便捷性和内部结构的稳定性；高介电常数材料会干扰信号传递，降低电路的可靠性，并且限制了频率的进一步提高。常规的导热材料都有各自的缺陷，低介电常数在高导热的前提下难以兼顾，而通过定向排列工艺制备的低介电常数的高导热材料又因为特殊的生产工艺使导热性能具有各向异性，同时繁琐的生产工艺导致无法大批量生产，因此对于各向同性高导热，低介电常数材料的制备显得尤为迫切。

如专利CN112552688B中，使用甲苯为溶剂，在生产过程对环境以及作业人员的健康有危害的风险，且由于氮化硼特殊的晶型结构，导致氮化硼表面无常规导热材料有硅烷偶联剂可以结合的基团，所以硅烷偶联剂无法对氮化硼像对其他导热填料进行有效的包覆，填充量以及制成导热材料后的导热性能并无明显提升。

如专利CN110862576B和专利CN111393714B中提到的先将氮化硼表面羟基化和亲水化处理，需要用到氢氧化钠等强碱，实验过程的危险性以及废液处理都是较大的生产隐患。

如专利CN112552690B和CN112693090B中均采用挤出取向的方式，制备出的材料导热性能具有各向异性，且取向生产工艺繁琐，材料尺寸受模具约束，生产效率远低于常规压延生产工艺。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高导热低密度低介电常数有机硅材料的制备工艺。

为了实现上述目的，本发明提供一种高导热低密度低介电常数有机硅材料的制备工艺，包括如下步骤：

步骤S1：准备有机硅材料的原材料液态有机硅一、有机硅包覆处理后的氮化硼填料、催化剂一、抑制剂一，其中有机硅包覆处理后的氮化硼填料制备的具体工艺包括如下步骤：

步骤S101：准备液态有机硅、氮化硼填料、催化剂、去离子水、硅油乳化剂、抑制剂材料；

步骤S102:取液态有机硅、硅油乳化剂、催化剂、抑制剂置于搅拌速度为30r/min-90r/min的加热搅拌釜中，搅拌10min-30min，待充分搅匀后设置搅拌釜温度为40℃-60℃；

步骤S103：在料温达到40℃-60℃时，设置搅拌速度600r/min-1000r/min，并将150份-210份去离子水以1-2份/min的滴加速度，滴入搅拌釜中，得到有机硅包覆乳液，冷却备用；

步骤S104：取50份-150份包覆乳液于搅拌釜中，设置搅拌速度80-160r/min，在搅拌状态下将25份-75份氮化硼填料以5份-10份/次，每次加料间隔15min-25min的方式5次加完；

步骤S105：在第五次加料间隔15min-25min后，设置搅拌速度40r/min-80r/min，搅拌釜温度70℃-90℃，搅拌30min-90min后，抽滤并在100℃-140℃恒温烘箱烘干100min-150min，取出冷却后得到有机硅包覆处理的氮化硼填料备用；

步骤S2:将有机硅材料的原材料置于真空高速分散机中真空分散均匀后，取出测试物料粘度；

步骤S3：测试完成后，使用双辊压片机进行压片，并用110℃-130℃恒温烘箱固化15min-30min后，取出冷却；

步骤S4：然后对冷却后的压片进行测试相应性能。

优选的，所述步骤S1中的液态有机硅一选自乙烯基封端聚硅氧烷、氢封端聚甲基硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷中的一种或多种，所述乙烯基封端聚硅氧烷的粘度为50mPa·S～10000mPa·S，所述聚甲基氢硅氧烷的粘度为50mPa·S～200mPa·S，所述氢封端聚甲基硅氧烷的粘度为20mPa·S～100mPa·S。

优选的，所述步骤S1中的催化剂一为二乙烯八甲基四硅氧烷铂络合物；

优选的，所述步骤S1中的抑制剂一为乙炔基环己醇。

优选的，所述步骤S101中的液态有机硅选自乙烯基封端聚硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷中的一种或多种，所述乙烯基封端聚硅氧烷的粘度为500mPa·S～15000mPa·S，所述聚甲基氢硅氧烷的粘度为50mPa·S～200mPa·S。

优选的，所述步骤S101中的氮化硼填料选自1μm～200μm球形氮化硼、0.5μm～100μm片状氮化硼中的一种或多种。

优选的，所述步骤S101中的催化剂为二乙烯八甲基四硅氧烷铂络合物；

优选的，所述步骤S101中的硅油乳化剂为市售乙烯基硅油乳化剂。

优选的，所述步骤S101中的抑制剂为乙炔基环己醇。

优选的，所述步骤S105中的机硅包覆处理的氮化硼填选自有机硅包覆处理后的1μm～200μm球形氮化硼、有机硅包覆处理后的0.5μm～100μm片状氮化硼中的一种多或多种。

采用本发明的技术方案，具有以下有益效果：将反应型有机硅进行乳化处理，形成反应型有机硅的水乳液，利用氮化硼亲油疏水的材料特性，分散在含有反应型有机硅的水乳液中，通过持续的分散过程，氮化硼被反应型有机硅包覆，包覆完成后控制温度可使反应型有机硅迅速交联，在氮化硼表面形成致密的有机硅薄膜层，经过抽滤洗涤干燥后作为导热填料，极大的提高了氮化硼在有机硅导热材料体系中的填充量，在后续制备导热材料的过程中有机硅导热材料采用均混压延成型工艺制备成片材，导热性能为各向同性。利用氮化硼亲油疏水的特性，通过特殊包覆工艺对氮化硼进行表面处理，处理后的氮化硼表面为致密的有机硅包覆层，极大的提升氮化硼在有机硅体系中的填充量，制备出可连续化大批量生产的各向同性高导热，低介电常数的导热材料。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进一步说明。

实施例1：

步骤1)先对氮化硼填料进行包覆预处理，方式如下：

取18份粘度为10000mPa·S的乙烯基封端聚硅氧烷，2份粘度为100mPa·S的聚甲基氢硅氧烷，3份乙烯基硅油乳化剂，0.1份二乙烯基八甲基四硅氧烷铂络合物，0.1份乙炔基环己醇于可加热搅拌釜中，搅拌速度60r/min，搅拌20min，充分搅匀后设置搅拌釜温度为50℃，在料温达到50℃时，设置搅拌速度800r/min，并将180份去离子水以1.5份/min的滴加速度，滴入搅拌釜中，得到有机硅包覆乳液，冷却备用。

取100份包覆乳液于搅拌釜中，设置搅拌速度120r/min，在搅拌状态下将50份氮化硼填料以10份/次，每次加料间隔20min的方式5次加完，第五次加料间隔20分钟后，设置搅拌速度60r/min，搅拌釜温度80℃，搅拌60min，抽滤并在120℃恒温烘箱固化120minm，冷却后得到有机硅包覆处理的氮化硼填料备用。

步骤2)制片

取100份粘度为500mPa·S的乙烯基封端聚硅氧烷，3份粘度为100mPa·S的聚甲基氢硅氧烷，2份粘度为50mPa·S的氢封端聚甲基硅氧烷，0.5份二乙烯基八甲基四硅氧烷铂络合物，0.1份乙炔基环己醇，60份粒径为120μm步骤1)中有机硅包覆处理后的球形氮化硼，40份粒径为5微米步骤1)中有机硅包覆处理后的片状氮化硼，于真空高速分散机中真空分散均匀，取出测试物料粘度，测完后双辊压片机压厚度1.0mm，2.0mm的片材，并在120℃恒温烘箱固化20min，取出冷却后并测试相应性能。

步骤3)测试

粘度采用Brookfield型号DV2THB数字粘度计，按ASTM D2857标准测试；

硬度采用TECLOCK型号GS-754G邵氏OO硬度计,按ASTM D2240标准测试；

密度采用METTLER TOLEDO密度天平，按ASTM D792标准测试；

介电常数采用无仪WY2851D介电常数测试仪，按ASTM D150标准测试；

导热系数采用瑞领LW9389热阻测试仪，按ASTM D5470标准测试；

测试数据见表1。

实施例2

与实施例1不同之处在于所用氮化硼填料为120份粒径为120μm有机硅包覆处理后的球形氮化硼，80份粒径为5μm有机硅包覆处理后的片状氮化硼。

测试数据见表1。

实施例3

与实施例1不同之处在于所用填料为30份粒径为120μm中有机硅包覆处理后的球形氮化硼，20份粒径为5微米中有机硅包覆处理后的片状氮化硼。

测试数据见表1。

实施例4

与实施例1不同之处在于所用填料为180份粒径为120μm有机硅包覆处理后的球形氮化硼，120份粒径为5微米有机硅包覆处理后的片状氮化硼。

测试数据见表1。

实施例5

与实施例1不同之处在于制片过程，使用双辊压片机压制为50mm厚的垫片，120℃恒温烘箱固化20min，取出冷却后沿垂直方向纵向切1.0mm，2.0mm厚度片材，再进行测试。测试数据见表1。

对比例1

与实施例1区别在于未进行步骤1)，用未经包覆处理的氮化硼与有机硅直接制片测试相应参数；测试数据见表1。

对比例2

与实施例2区别在于未进行步骤1)，用未经包覆处理的氮化硼与有机硅直接制片测试相应参数；未经包覆处理的氮化硼无法与有机硅形成流体基料，无法制片，无法测试数据。

对比例3

与实施例3区别在于未进行步骤1)，用未经包覆处理的氮化硼与有机硅直接制片测试相应参数；测试数据见表1。

对比例4

与实施例4不同之处在于将所使用的的填料氮化硼换成氧化铝，以相同包覆工艺处理并使用相同粒径相同填充量制片。

实施例1-4与对比例1-4性能对比结果如下表1

表1

由上述实施例1-5与对比例1-4可知道，本发明利用氮化硼亲油疏水的特性，通过特殊包覆工艺对氮化硼进行表面处理，处理后的氮化硼表面为致密的有机硅包覆层，极大的提升氮化硼在有机硅体系中的填充量，制备出可连续化大批量生产的各向同性高导热，低介电常数的导热材料。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高导热低密度低介电常数有机硅材料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：准备有机硅材料的原材料液态有机硅一、有机硅包覆处理后的氮化硼填料、催化剂一、抑制剂一，其中有机硅包覆处理后的氮化硼填料制备的具体工艺包括如下步骤：

步骤S101：准备液态有机硅、氮化硼填料、催化剂、去离子水、硅油乳化剂、抑制剂材料；

步骤S102:取液态有机硅、硅油乳化剂、催化剂、抑制剂置于搅拌速度为30r/min-90r/min的加热搅拌釜中，搅拌10min-30min，待充分搅匀后设置搅拌釜温度为40℃-60℃；

步骤S103：在料温达到40℃-60℃时，设置搅拌速度600r/min-1000r/min，并将150份-210份去离子水以1-2份/min的滴加速度，滴入搅拌釜中，得到有机硅包覆乳液，冷却备用；

步骤S104：取50份-150份包覆乳液于搅拌釜中，设置搅拌速度80-160r/min，在搅拌状态下将25份-75份氮化硼填料以5份-10份/次，每次加料间隔15min-25min的方式5次加完；

步骤S105：在第五次加料间隔15min-25min后，设置搅拌速度40r/min-80r/min，搅拌釜温度70℃-90℃，搅拌30min-90min后，抽滤并在100℃-140℃恒温烘箱烘干100min-150min，取出冷却后得到有机硅包覆处理的氮化硼填料备用；

步骤S2:将有机硅材料的原材料置于真空高速分散机中真空分散均匀后，取出测试物料粘度；

步骤S3：测试完成后，使用双辊压片机进行压片，并用110℃-130℃恒温烘箱固化15min-30min后，取出冷却；

步骤S4：然后对冷却后的压片进行测试相应性能。

2.根据权利要求1所述的高导热低密度低介电常数有机硅材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤S1中的液态有机硅一选自乙烯基封端聚硅氧烷、氢封端聚甲基硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷中的一种或多种，所述乙烯基封端聚硅氧烷的粘度为50mPa·S～10000mPa·S，所述聚甲基氢硅氧烷的粘度为50mPa·S～200mPa·S，所述氢封端聚甲基硅氧烷的粘度为20mPa·S～100mPa·S。

3.根据权利要求2所述的高导热低密度低介电常数有机硅材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤S1中的催化剂一为二乙烯八甲基四硅氧烷铂络合物。

4.根据权利要求3所述的高导热低密度低介电常数有机硅材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤S1中的抑制剂一为乙炔基环己醇。

5.根据权利要求1所述的高导热低密度低介电常数有机硅材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤S101中的液态有机硅选自乙烯基封端聚硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷中的一种或多种，所述乙烯基封端聚硅氧烷的粘度为500mPa·S～15000mPa·S，所述聚甲基氢硅氧烷的粘度为50mPa·S～200mPa·S。

6.根据权利要求5所述的高导热低密度低介电常数有机硅材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤S101中的氮化硼填料选自1μm～200μm球形氮化硼、0.5μm～100μm片状氮化硼中的一种或多种。

7.根据权利要求6所述的高导热低密度低介电常数有机硅材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤S101中的催化剂为二乙烯八甲基四硅氧烷铂络合物。

8.根据权利要求7所述的高导热低密度低介电常数有机硅材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤S101中的硅油乳化剂为乙烯基硅油乳化剂。

9.根据权利要求8所述的高导热低密度低介电常数有机硅材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤S101中的抑制剂为乙炔基环己醇。

10.根据权利要求1所述的高导热低密度低介电常数有机硅材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤S105中的机硅包覆处理的氮化硼填选自有机硅包覆处理后的1μm～200μm球形氮化硼、有机硅包覆处理后的0.5μm～100μm片状氮化硼中的一种多或多种。