CN115926674B - 氮化硼接枝金纳米粒子复合填料及导热胶黏剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化硼接枝金纳米粒子复合填料，将金纳米粒子接枝在经过等离子体改性的氮化硼纳米管表面。本发明公开了氮化硼接枝金纳米粒子复合填料的制备方法，将等离子体改性的氮化硼纳米管在异丙醇中超声分散得到氮化硼纳米管溶液；将氮化硼纳米管溶液、去离子水与柠檬酸钠水溶液混合搅拌并加热至沸腾，搅拌下快速注入氯金酸水溶液并保持微沸，搅拌至溶液成酒红色后停止搅拌及加热，待冷却至室温。本发明解决了氮化硼纳米管间的界面热阻大，影响导热率的问题，制得的导热填料可提高导热胶黏剂的导热率。
Description
技术领域
本发明涉及一种导热填料及导热胶黏剂的制备方法，属于粘合剂技术领域。
背景技术
氮化硼是常用的导热填料，在材料基体中通过添加导热填料来提高导热性能。但是，众所周知，在高填料含量的情况下，填料之间的界面热阻也对热导率起着关键作用。
公开号为CN102786815A的中国专利通过强氧化剂采用水热制备工艺对六方相氮化硼纳米粉体进行改性，解决了BN与聚合物基体界面热阻很大的问题。公开号为CN113200527A的中国专利是利用羟基化修饰试剂对六方氮化硼改性，降低六方氮化硼的热阻。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种氮化硼接枝金纳米粒子复合填料，目的是解决氮化硼纳米管之间界面热阻大的问题，另外也解决氮化硼纳米管表面活性极差难以与其他纳米材料复合的问题，本发明提供了一种氮化硼接枝金纳米粒子复合填料的制备方法，以及提供一种导热胶黏剂的制备方法，目的是提高氮化硼纳米管与树脂的浸润性，提高胶黏剂的导热性。
本发明技术方案为：一种氮化硼接枝金纳米粒子复合填料，由金纳米粒子接枝在经过等离子体改性的氮化硼纳米管表面。
进一步地，所述金纳米粒子与所述等离子体改性的氮化硼纳米管的质量比为1∶1000～1∶100。
本发明的另一技术方案为：一种氮化硼接枝金纳米粒子复合填料的制备方法，包括步骤：将等离子体改性的氮化硼纳米管在异丙醇中超声分散得到氮化硼纳米管溶液；将氮化硼纳米管溶液、去离子水与柠檬酸钠水溶液混合搅拌并加热至沸腾，搅拌下快速注入氯金酸水溶液并保持微沸，搅拌至溶液成酒红色后停止搅拌及加热，待冷却至室温。
进一步地，所述等离子体改性的氮化硼纳米管由以下方法制得：将氮化硼纳米管加入到二甲基甲酰胺中搅拌后进行真空加热脱除二甲基甲酰胺，再将产物放入等离子体反应器中进行等离子体改性。
进一步地，所述等离子体改性时，所述等离子体反应器中压力为10～100Pa，采用惰性气体保护，工作电压24～48kv，工作频率5～10MHz，功率200～500W，处理时间1～10min。
进一步地，所述氮化硼纳米管的长度为10～30μm，直径50～200nm。
本发明的又一技术方案为：一种导热胶黏剂的制备方法，将所述氮化硼接枝金纳米粒子复合填料混入丙烯酸胶黏剂搅拌制得，所述氮化硼接枝金纳米粒子复合填料在所述丙烯酸胶黏剂中的质量分数为10%～50%。
与现有技术相比，本发明所提供的技术方案的优点在于：
本发明采用氮化硼纳米管与金纳米粒子复合，金纳米粒子可以连接氮化硼纳米管，提高填料间的堆积密度，从而形成更完整的热传导路径，将导热填料在材料体系中形成三维的导热通道，保证热量可以高效传递。同时，金纳米粒子在氮化硼纳米管之间建立 "桥梁"，以增强氮化硼纳米管之间的相互作用，可以大大减少氮化硼纳米管之间的界面热阻。氮化硼纳米管与金纳米粒子共同作用提高了作为导热填料添加后胶黏剂材料的导热率。
由于氮化硼纳米管表面活性极差，在未经处理前很难与其它纳米材料复合，本发明使用等离子体技术对氮化硼纳米管进行改性，使得氮化硼纳米管可以与金纳米粒子更好的复合。同时改性的氮化硼纳米管可以与树脂间有更好的浸润性，大大减小氮化硼纳米管与基材的界面热阻，良好的浸润性使氮化硼纳米管在树脂中更容易分散，有效提高导热率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本说明之后，本领域技术人员对本说明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围内。
首先是对氮化硼纳米管进行等离子体改性，选择长度为10～30μm，直径50～200nm的氮化硼纳米管，将氮化硼纳米管加入到二甲基甲酰胺中高速搅拌10～30min，随后将溶液放入真空烘箱100℃加热2～3h，用以除去二甲基甲酰胺。将所得产物放入等离子体反应器中，反应器中压力控制在10～100Pa，氩气保护，工作电压24～48kv，工作频率5～10MHz，功率200～500W，处理时间1～10min。
在以下的各实施例中具体选用长度为25μm，直径80nm氮化硼纳米管将氮化硼纳米管加入到二甲基甲酰胺中高速搅拌20min，随后将溶液放入真空烘箱100℃加热2h，用以除去二甲基甲酰胺。将所得产物放入等离子体反应器中，反应器中压力控制在70Pa，氩气保护，工作电压48kv，工作频率8MHz，功率400W，处理时间8min得到等离子体改性的氮化硼纳米管。
实施例1，等离子改性氮化硼纳米管和异丙醇在烧杯中混合，超声处理24小时后得到氮化硼纳米管 (0.5 mg/mL)的分散体。将氮化硼纳米管溶液、去离子水与柠檬酸钠水溶液放入烧杯中混合，搅拌速度为400转/分钟加热至沸腾，搅拌下快速注入氯金酸水溶液。调节热源使反应体系保持微沸，搅拌数分钟，溶液从浅黄色变成无色、灰色，最后变成酒红色，移去热源，停止搅拌冷却至室温，得到氮化硼接枝金纳米粒子复合填料于4℃避光保存。其中控制氯金酸水溶液的添加量使金纳米粒子与氮化硼纳米管的质量比达到1∶500。
将氮化硼接枝金纳米粒子复合填料按质量分数占比25%混入丙烯酸胶黏剂中高速搅拌10min，搅拌速度10000r/min制得导热胶黏剂。
实施例2至实施例5则基于实施例1得到的氮化硼接枝金纳米粒子复合填料，将氮化硼接枝金纳米粒子复合填料分别按质量分数占比10%、30%、40%、50%混入丙烯酸胶黏剂中高速搅拌10min，搅拌速度10000r/min制得导热胶黏剂。
实施例6至实施例9中基于实施例1，在制备氮化硼接枝金纳米粒子复合填料时保持柠檬酸钠和氯金酸水溶液的比例不变，同步调整柠檬酸钠和氯金酸水溶液的添加量，使金纳米粒子与氮化硼纳米管的质量比分别达到1∶100、1∶300、1∶800和1∶1000。
对比例1为纯丙烯酸胶黏剂。
对比例2为使用长度为25μm，直径80nm氮化硼纳米管，按质量分数占比25%混入丙烯酸胶黏剂中高速搅拌10min，搅拌速度10000r/min制得导热胶黏剂。
对比例3，将长度为25μm，直径80nm氮化硼纳米管，放入等离子体反应器中，反应器中压力控制在70Pa，氩气保护，工作电压48kv，工作频率8MHz，功率400w，处理时间8min，得到改性氮化硼纳米管，再将改性氮化硼纳米管按质量分数占比25%混入丙烯酸胶黏剂中高速搅拌10min，搅拌速度10000r/min制得导热胶黏剂。
对比例4将金纳米粒子按质量分数占比0.05%混入丙烯酸胶黏剂中高速搅拌10min，搅拌速度10000r/min制得导热胶黏剂。
测试上述各实施例和对比例的导热率，热导率测试方法参照ASTME1461标准执行，结果如表1所示。
表1为各实施例及各对比例的导热系数测试结果
高导热胶黏剂多数应用在电子设备、LED、电子封装等领域中时，其必须还要具有优异的电绝缘性能。最后，通过高阻仪测试了丙烯酸胶黏剂的体积电阻率来分析丙烯酸导热胶带的电绝缘性能，测试上述实施例1和各对比例的体积电阻，体积电阻测试参照GB/T1410-1989执行，结果如表2所示。
表2为实施例1及各对比例的体积电阻测试结果
从上述结果可以看出，本发明制得的胶黏剂体积电阻率明显高于电绝缘体的临界标准（109 
·cm）。
Claims (3)
1.一种导热胶黏剂的制备方法，其特征在于，将氮化硼接枝金纳米粒子复合填料混入丙烯酸胶黏剂搅拌制得，所述氮化硼接枝金纳米粒子复合填料在所述丙烯酸胶黏剂中的质量分数为10%～50%，所述氮化硼接枝金纳米粒子复合填料由金纳米粒子接枝在经过等离子体改性的氮化硼纳米管表面，所述金纳米粒子与所述等离子体改性的氮化硼纳米管的质量比为1∶1000～1∶300，所述氮化硼接枝金纳米粒子复合填料由以下方法制得：
将等离子体改性的氮化硼纳米管在异丙醇中超声分散得到氮化硼纳米管溶液；将氮化硼纳米管溶液、去离子水与柠檬酸钠水溶液混合搅拌并加热至沸腾，搅拌下快速注入氯金酸水溶液并保持微沸，搅拌至溶液成酒红色后停止搅拌及加热，待冷却至室温；
其中所述等离子体改性的氮化硼纳米管由以下方法制得：将氮化硼纳米管加入到二甲基甲酰胺中搅拌后进行真空加热脱除二甲基甲酰胺，再将产物放入等离子体反应器中进行等离子体改性，所述等离子体改性时，所述等离子体反应器中压力为10～100Pa，采用氩气保护，工作电压24～48kv，工作频率5～10MHz，功率200～500W，处理时间1～10min。
2.根据权利要求1所述的导热胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述氮化硼纳米管的长度为10～30μm，直径50～200nm。
3.根据权利要求1所述的导热胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述金纳米粒子直径15～80nm。
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