一种具有微纳米核壳结构的疏水导热材料的制备方法

摘要

本发明介绍了一种具有核壳结构的复合颗粒填充环氧树脂材料的制备方法。本发明首先采用溶胶凝胶的方法制备了不同粒径的微纳米颗粒。因其表面含有羟基，可以用含特殊官能团的有机物将纳米颗粒包覆在微米颗粒上，得到具有核壳结构的复合颗粒。再将复合颗粒填充到环氧树脂或有机硅树脂中，制备一种具有高导热性、超疏水性、良好耐热性和热机械性能的封装材料。与传统颗粒填充封装材料或热界面材料比较具有更多优良的性能。

主权项

一种具有微纳米核壳结构的疏水导热材料的制备方法，其特征在于：采用溶胶凝胶法合成核壳结构微纳米SiO2/Al2O3或微纳米SiO2/SiO2复合粒子，再将该复合粒子填充有机树脂而得到疏水导热材料，该方法包括以下步骤：(1)SiO2纳米粒子或Al2O3纳米粒子的合成SiO2纳米粒子的合成：在三口瓶中放入80‑120mL乙醇、5‑10mL氨水和1‑5mL水，机械搅拌均匀后，缓慢滴加正硅酸乙酯或正硅酸丙酯3‑8mL，继续搅拌反应；反应结束后，离心分离并洗涤，弃去上层废液，得到白色10nm‑200nm粒径的SiO2粒子，进行干燥备用；Al2O3纳米粒子的合成：称取6‑15g异丙醇铝溶于异丙醇中，并加入适量水和5‑15mL浓硝酸，搅拌反应；反应结束后，离心分离并洗涤，弃去上层废液，得到白色10nm‑100nm粒径的Al2O3粒子，进行干燥备用；(2)改性SiO2纳米粒子或改性Al2O3纳米粒子的合成改性SiO2纳米粒子的合成：将得到的SiO2纳米粒子加入到含硅烷偶联剂的二氯甲烷溶液中，硅烷偶联剂二氯甲烷溶液的体积浓度为50％，在搅拌的条件下反应8‑12h，得到改性的SiO2纳米粒子白色悬浮液，离心分离并洗涤，得到白色改性SiO2纳米粒子，干燥备用；改性Al2O3纳米粒子的合成：在80‑150mL乙醇溶剂中加入稀释的硅烷偶联剂溶液，硅烷偶联剂溶液与乙醇的体积比为1∶15‑25，并滴加酸调节溶液pH为2‑4，室温下水解2‑4h后；将纳米Al2O3加入到水解硅烷偶联剂溶液中，加热反应3‑8h后过滤，有机溶剂洗涤，得到改性Al2O3纳米粒子，真空干燥备用；(3)SiO2微米粒子的合成在反应容器中加入80‑100mL浓度为2‑8mol/L盐酸以及表面活性剂， 磁力搅拌均匀后，迅速倒入5‑15mL正硅酸乙酯或正硅酸丙酯，在40‑80℃下搅拌反应2‑50min，然后停止搅拌静置2‑24h后，过滤，用水洗涤，干燥，最终在600℃‑1000℃的空气氛围下煅烧除去未洗掉的表面活性剂，得到白色1‑10μm粒径的SiO2球形粒子；(4)核壳结构微纳米SiO2/SiO2或微纳米SiO2/Al2O3复合粒子的合成首先将1‑10μm粒径的SiO2球形粒子烘干以去掉粒子吸附的水分，然后在烧瓶中，加入1‑10μm粒径的SiO2球形粒子和异氰酸酯，倒入有机溶剂并滴加二月桂酸二丁基锡，通氮气除去水分，保护反应体系在无水条件下进行，搅拌加热反应1‑24h后结束反应，用有机溶剂洗涤，再将洗涤后的粒子分散到有机溶剂中形成悬浮液以进行下一步反应；将表面接枝了异氰酸根的1‑10μm粒径SiO2球形粒子悬浮液倒入反应容器中，加入改性SiO2纳米粒子或改性Al2O3纳米粒子，倒入有机溶剂并滴加催化剂，在通氮气的条件下加热反应6‑10h后结束反应，将反应产物用有机溶剂洗涤，以除去未反应的异氰酸酯，过滤，干燥；(5)疏水导热材料的制备将有机硅树脂或双酚A型环氧树脂E‑51与固化剂、催化剂和微纳米核壳结构复合粒子混合，常温下搅拌混合均匀，真空脱气泡，然后倒入涂有脱模剂且预热好的聚四氟乙烯模具中，在模具中流平后放入烘箱中在70‑90℃固化1‑3h，再升温至110‑130℃固化1‑2h，冷却到室温；其中，有机硅树脂或双酚A型环氧树脂E‑51的质量份数为100份，微纳米核壳结构复合粒子的质量份数为40‑80份。