表面吸附咪唑-铜络合物的氮化硼高导热绝缘填料及绝缘散热环氧树脂组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及改性氮化硼高导热绝缘填料技术领域，具体涉及一种表面吸附咪唑-铜络合物的氮化硼高导热绝缘填料及绝缘散热环氧树脂组合物及其制备方法。
背景技术
绝缘材料是电气设备的关键基础材料，其性能直接影响设备运行的可靠性和使用寿命。电气设备运行过程中，由于电流热效应产生的热量必须通过绝缘层及时向外传导或散发出去，否则会导致温度升高，影响工作稳定性，严重时甚至发生故障或事故。现代电气设备趋于向高功率、小体积、轻量化方向发展，这种趋势的后果便是在有限的体积内产生了更多的热量，这些热量如果不能及时散失，将会严重影响设备运行的可靠性与稳定性。采用高导热绝缘材料是解决电气设备结构散热问题的最有效途径。环氧树脂在电气绝缘中的应用最为广泛，但纯环氧树脂材料的导热系数低（约0.20%20W(m•K)-1），越来越难以满足现代电气电子设备及时高效的散热要求，成为电气电子产业发展的主要技术瓶颈之一。
填充型导热绝缘环氧树脂制备工艺简单、生产成本较低，因此得到了广泛应用。常用的绝缘填料有氧化铝、氧化镁、氮化铝、氮化硼等。氮化硼不仅具有高导热系数（280%20W(m•K)-1）和高电击穿强度，并且具有与纯环氧树脂相当的高电阻率、低介电常数和介电损耗，是制备高导热绝缘环氧树脂的理想填料。尽管氮化硼具有很高的热导率，但实际上氮化硼填充环氧树脂的热导率提高却十分有限。例如：填料含量为28～34wt%的氮化硼/环氧树脂复合材料，其导热系数约为1.10-1.35%20W(m•K)-1，还不到纯氮化硼的0.5%，填料的高热导率优势未能充分发挥。这主要是由于复合材料中氮化硼填料之间未能紧密搭接而形成导热通路。
发明内容
为了解决现有氮化硼填料在环氧树脂基体中不能紧密搭接而形成导热通路，从而导致填料的高热导率优势不能充分发挥，复合体系热导率提高有限的技术缺陷，本发明提供了一种表面吸附咪唑-铜络合物的氮化硼高导热绝缘填料及绝缘散热环氧树脂组合物及其制备方法。
本发明采用的技术解决方案是：一种表面吸附咪唑-铜络合物的氮化硼高导热绝缘填料，所述的高导热绝缘填以氮化硼为基材，基材表面吸附咪唑-铜络合物。
一种表面吸附咪唑-铜络合物的氮化硼高导热绝缘填料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将氮化硼、铜盐经水浴超声、搅拌分散于乙醇；
（2）在加热、冷凝回流及水浴超声、搅拌条件下滴加咪唑化合物的乙醇溶液至步骤（1）得到的分散液中，然后继续反应；
（3）减压蒸馏去除乙醇，然后将产物真空干燥，得到表面吸附咪唑-铜络合物的氮化硼高导热绝缘填料。
所述的步骤（1）中氮化硼、铜盐以及乙醇的质量份数分别为50份、5.38份和200份。
所述的步骤（2）中咪唑化合物和乙醇的质量份数分别为13.12～17.60份和100份。
所述的步骤（2）中的加热温度为60℃，滴加完毕后的继续反应时间为4小时。
所述的步骤（3）中减压蒸馏温度和产物真空干燥温度均为60℃。
所述的铜盐为氯化铜，所述咪唑类化合物为1-甲基咪唑、2-甲基咪唑、1,2-二甲基咪唑、2-乙基咪唑和2-乙基-4-甲基咪唑中的一种或几种，所述的咪唑化合物与氯化铜的摩尔比为4:1。
一种绝缘散热环氧树脂组合物，包括环氧树脂基体和权利要求1所述的表面吸附咪唑-铜络合物的氮化硼高导热绝缘填料。
所述的表面吸附咪唑-铜络合物的氮化硼高导热绝缘填料在绝缘散热环氧树脂组合物中的质量占比为16.61～21.91%。如果继续增加填料占比，一方面则体系粘度太高，不利于操作，另一方面则咪唑化合物占比也相应提高，体系固化速度过快，可操作时间缩短。如添加量过低，一方面导热系数增加不明显，另一方面则咪唑化合物占比也相应降低，固化速率慢甚至固化不完全，产物力学性能差。
一种绝缘散热环氧树脂组合物的固化物的制备方法，包括以下步骤：
（1）将环氧树脂基体和权利要求1所述的表面吸附咪唑-铜络合物的氮化硼高导热绝缘填料混合，经高速分散得绝缘散热环氧树脂组合物；
（2）将步骤（1）所得绝缘散热环氧树脂组合物在80℃、真空脱泡1小时，然后经150℃固化4小时，得所述的绝缘散热环氧树脂组合物的固化物。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种表面吸附咪唑-铜络合物的氮化硼高导热绝缘填料及绝缘散热环氧树脂组合物及其制备方法，本发明所提供的表面吸附咪唑-铜络合物的氮化硼高导热绝缘填料，添加到环氧树脂中，加热固化时，氮化硼表面原位形成的纳米铜发生烧结而使氮化硼之间紧密搭接，形成导热通路，从而提高了复合体系的导热性能，同时，由于填料表面纳米铜呈互不相连的离散分布，复合体系仍然保持良好的电绝缘性；本发明所提供的表面吸附咪唑-铜络合物的氮化硼高导热绝缘填料的制备方法，整个过程在封闭条件下进行，生产过程环保，且工艺简单，易于工业化生产；本发明所提供的表面吸附咪唑-铜络合物的氮化硼高导热绝缘填料，用于绝缘散热环氧树脂组合物，混合简便，粘度低，导热系数提高显著，且具有电绝缘性，可用于各类电气绝缘和电子封装材料。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
第一步：按重量计，将50份氮化硼、5.38份氯化铜经水浴超声、搅拌分散于200份乙醇；
第二步：按重量计，将17.6份2-乙基-4-甲基咪唑（咪唑与氯化铜的摩尔比为4:1）预先溶解于100份乙醇中，然后在60℃、冷凝回流及水浴超声、搅拌条件下滴加到第一步所制备的分散液中，滴加完毕后继续反应4小时；
第三步：将第二步所得反应液60℃减压蒸馏去除乙醇，然后将产物60℃真空干燥，得到表面吸附2-乙基-4-甲基咪唑-铜络合物的氮化硼高导热绝缘填料；
第四步：按重量计，将双酚A型环氧树脂（CYD-128）100份、第三步所得的表面吸附2-乙基-4-甲基咪唑-铜络合物的氮化硼高导热绝缘填料30份（实际含氮化硼20.55份、2-乙基-4-甲基咪唑7.23份、铜1.04份、氯1.18份），经高速分散得绝缘散热环氧树脂组合物；
第五步：将第四步所得绝缘散热环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经150℃/4小时固化，得绝缘散热环氧树脂固化物，用于导热系数及电阻率的测试分析。
对比实施例1
按实施例1所述的各组分配比：按重量计，将双酚A型环氧树脂（CYD-128）100份、氮化硼20.55份、2-乙基-4-甲基咪唑7.23份、纳米铜粉1.04份，经高速分散得绝缘散热环氧树脂组合物；然后将该组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，经150℃/4小时固化，得绝缘散热环氧树脂固化物，用于导热系数及电阻率的测试分析。
实施例2
第一步：按重量计，将50份氮化硼、5.38份氯化铜经水浴超声、搅拌分散于200份乙醇；
第二步：按重量计，将15.36份2-乙基咪唑或1,2-二甲基咪唑（咪唑与氯化铜的摩尔比为4:1）预先溶解于100份乙醇中，然后在60℃、冷凝回流及水浴超声、搅拌条件下滴加到第一步所制备的分散液中，滴加完毕后继续反应4小时；
第三步：将第二步所得反应液60℃减压蒸馏去除乙醇，然后将产物60℃真空干燥，得到表面吸附2-乙基咪唑-铜络合物或1,2-二甲基咪唑-铜络合物的氮化硼高导热绝缘填料；
第四步：按重量计，将双酚A型环氧树脂（CYD-128）100份、第三步所得的表面吸附2-乙基咪唑-铜络合物或1,2-二甲基咪唑-铜络合物的氮化硼高导热绝缘填料35份（实际含氮化硼24.74份、2-乙基咪唑或1,2-二甲基咪唑7.60份、铜1.26份、氯1.40份），经高速分散得绝缘散热环氧树脂组合物；
第五步：将第四步所得绝缘散热环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经150℃/4小时固化，得绝缘散热环氧树脂固化物，用于导热系数及电阻率的测试分析。
对比实施例2
按实施例2所述的各组分配比：按重量计，将双酚A型环氧树脂（CYD-128）100份、氮化硼24.74份、2-乙基咪唑或1,2-二甲基咪唑7.60份、纳米铜粉1.26份，经高速分散得绝缘散热环氧树脂组合物；然后将该组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，经150℃/4小时固化，得绝缘散热环氧树脂固化物，用于导热系数及电阻率的测试分析。
实施例3
第一步：按重量计，将50份氮化硼、5.38份氯化铜经水浴超声、搅拌分散于200份乙醇；
第二步：按重量计，将13.12份1-甲基咪唑或2-甲基咪唑（咪唑与氯化铜的摩尔比为4:1）预先溶解于100份乙醇中，然后在60℃、冷凝回流及水浴超声、搅拌条件下滴加到第一步所制备的分散液中，滴加完毕后继续反应4小时；
第三步：将第二步所得反应液60℃减压蒸馏去除乙醇，然后将产物60℃真空干燥，得到表面吸附1-甲基咪唑-铜络合物或2-甲基咪唑-铜络合物的氮化硼高导热绝缘填料；
第四步：按重量计，将双酚A型环氧树脂（CYD-128）100份、第三步所得的表面吸附1-甲基咪唑-铜络合物或2-甲基咪唑-铜络合物的氮化硼高导热绝缘填料40份（实际含氮化硼29.20份、1-甲基咪唑或2-甲基咪唑7.66份、铜1.48份、氯1.66份），经高速分散得绝缘散热环氧树脂组合物；
第五步：将第四步所得绝缘散热环氧树脂组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，然后经150℃/4小时固化，得绝缘散热环氧树脂固化物，用于导热系数及电阻率的测试分析。
对比实施例3
按实施例3所述的各组分配比：按重量计，将双酚A型环氧树脂（CYD-128）100份、氮化硼29.20份、1-甲基咪唑或2-甲基咪唑7.66份、纳米铜粉1.48份，经高速分散得绝缘散热环氧树脂组合物；然后将该组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，经150℃/4小时固化，得绝缘散热环氧树脂固化物，用于导热系数及电阻率的测试分析。
对比实施例4
按重量计，将双酚A型环氧树脂（CYD-128）100份、2-乙基-4-甲基咪唑4份、氮化硼35份，经高速分散得绝缘散热环氧树脂组合物；然后将该组合物在80℃真空条件下脱泡1小时，经150℃/4小时固化，得绝缘散热环氧树脂固化物，用于导热系数及电阻率的测试分析。
各实施例所制备的绝缘散热环氧树脂组合物的粘度以及绝缘散热环氧树脂固化物的导热系数及体积电阻率见表1。
由表1结果可以看出，实施例1与对比实施例1的填料含量基本相同，但实施例1的导热系数明显大于对比实施例1、实施例1的体积电阻率大于对比实施例1、实施例1的粘度略小于对比实施例1。实施例2与对比实施例2、实施例3与对比实施例3的情况基本类似。对比实施例4的填料含量为25.18wt%，其导热系数为0.96W(m•K)-1；实施例3的填料含量为21.91wt%，其导热系数达1.82W(m•K)-1，是前者的1.9倍。实施例3的体积电阻率虽然小于对比实施例4，但仍具有良好的电绝缘性。实施例3的粘度小于对比实施例4，说明工艺性能更好，更适合用于各类电气电子产品的绝缘封装处理。
表1%20绝缘散热环氧树脂组合物的粘度以及
绝缘散热环氧树脂固化物的导热系数和体积电阻率
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
