高长径比氮化硼，方法和含有所述高长径比氮化硼的组合物技术

一种包括高长径比氮化硼颗粒的多功能组合物，提供改进的性质，如热导率，电绝缘性，对湿气、蒸气和气体的阻隔，润滑，摩擦改性，光学性质，悬浮稳定性，和一种用于形成这样的组合物的系统和方法。所述高长径比氮化硼颗粒具有大于300的平均长径比。所述多功能组合物可包含聚合物材料、流体、金属、陶瓷、玻璃、其他非BN填料和高长径比氮化硼。还提供了用于制备这样的氮化硼颗粒和组合物的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年1月6日提交的题为“高长径比氮化硼，方法和含有所述高长径比氮化硼的组合物”的美国临时申请号61/923,974的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
本专利技术主题提供了高长径比氮化硼颗粒、含有所述高长径比氮化硼颗粒的组合物以及用于生产这样的颗粒和组合物的方法。本专利技术主题还提供了用于形成包含高长径氮化硼片的多功能组合物的方法，所述多功能组合物具有例如但不限于导热性、电绝缘性、阻气/湿气、光学材料、润滑/摩擦改性、晶体成核等特性。
技术介绍
各种电子和光电子设备的热管理由于缩小尺寸和增加的功能性的趋势(例如在个人手持式电子设备中)越来越具有挑战性。功率密度，以及因此需要被消散的热量密度已显著增加，这给在这些设备中提供良好的热管理带来重大挑战。小型化和更高性能处理器(诸如，例如，平板电脑(tablets)、智能电话等)的增加导致了热负载的大幅增加和可用来消散增加的热量的区域的减少。热管理问题在其他应用如LED、汽车中的电子元件、可再充电电池系统、用于混合动力车的电源逆变器等中也非常普遍。不充分或无效的热管理可对设备的性能和长期可靠性有强烈的和有害的影响。这些问题带来对具有比目前可用的材料导电性能更好的热管理材料的需求，如热界面材料、导热聚合物、LED封装材料等。目前可用的填料受限于其性能，且通常不足以满足这些增加的需求。当前氮化硼填料在复合系统、流体和固体中实现高性能中存在几个局限性。氮化硼具有感兴趣的众多特性，包括增强的热导率、电绝缘性、对各种波长包括光谱的透明性、对气体/湿气渗透的阻隔以及润滑和磨损、不粘特性、中子吸收和散射、深UV发射和提高机械性能的潜力。然而，相对于可能的替代填料，氮化硼的成本是非常高的。可使用更便宜的填料，如氧化铝、二氧化硅、氧化镁、氧化锌、金属粉末、玻璃、石墨等得到用于这些应用的成本更低的复合材料。然而，这些材料需要非常高的负载，导致其他不期望的性质，如硬且脆的组合物。在硬度(或柔软度)是性能标准时，如在模具粘合、热界面材料等中，解决热胀冷缩是重要的情况时这样的组合物可能不被使用。此外，这些填料与由六方氮化硼填充的体系提供的优点，如非磨蚀性、更高的性能和低的密度不能匹配。碳纳米管和石墨烯填料提高机械性能和表面光洁度。然而，这些材料是导电的和黑色的，因此在电绝缘性和色彩灵活性是重要的情况下是不理想的。经球磨形成的具有适度的高长径比氮化硼粉末具有差的产率，因此也是不合需要的。此外，目前市售的六方氮化硼粉末要求在复合材料和流体中的高固体负载以获得在性能如热导率上的显著改进。这些昂贵填料的这样的高负载增加了复合材料的成本，也不利地影响加工和机械性能。这些属性限制了h-BN在利基应用中的采用。
技术实现思路
本专利技术主题提供了高长径比氮化硼颗粒和包含这样的颗粒(在基体如聚合物、金属、陶瓷、流体等中)的组合物。由本专利技术主题所提供的高长径比氮化硼允许在组合物中的填料较低的负载且还提供了相比于现有填料提高的性能性质。这可以提供在相似的负载下比现有填料具有更低的成本性能比的材料。氮化硼的表面处理和功能化也使这些材料更容易处理，并且进一步增强这些材料/复合材料的性能。本专利技术主题提供了包含高长径比氮化硼颗粒的组合物。所述组合物提供了优异的导热性，也可表现出其他期望的性质，诸如，例如，保持电隔离，在复合材料中提高对潮湿和气体的阻隔，摩擦改性，机械和光学性能，或其两种或更多种的组合。高长径比六方氮化硼颗粒为片的形式。在一个方面，本专利技术主题提供了用于形成包含高长径比h-BN片的导热组合物的方法。在一个方面，本专利技术主题提供了一种生产导热组合物的方法。所述组合物包含聚合物基体和导热填料。在一个实施方案中，组合物中的导热填料是氮化硼。在一个实施方案中，氮化硼可选自具有随机取向的层的半晶状或乱层状氮化硼(称为t-BN)；具有结晶层状六方结构的氮化硼(称为h-BN)；片状氮化硼；氮化物团聚颗粒；或其组合。在一个实施方案中，氮化硼选自片状、乱层状形式，六边形形式，或者其两种或更多种的混合物。在另一个实施方案中，填料的组合被用来提供显示优异导热性的组合物。在又一个实施方案中，组合物包含功能化添加剂，所述功能化添加剂提供增加的热导率并使导热填料的浓度最小化。处理所述组合物的方法，例如均匀地分散填料、母料，还提供了生产具有高热导率的组合物的方法。在一个实施方案中，所述组合物在面内方向、通过面方向或两者提供了良好的导热性，即使在导热填料如氮化硼相对低的负载下。这使得导热组合物的生产以总显著降低的经营成本进行。在另一方面，本专利技术主题提供了一种包含聚合物材料和分散在聚合物材料中的高长径比填料的导热组合物，其中所述组合物具有约1W/mK或更高的面内热导率。在一个方面，用于生产导热组合物的方法包括分散在聚合物基体中的氮化硼填料材料。在一个实施方案中，氮化硼颗粒具有大于300的平均长径比。在一个实施方案中，氮化硼颗粒具有约305至约2500，约310至约2000，约325至约1500，约350至约1000，甚至约400至约800的平均长径比。在一个实施方案中，至少25％的氮化硼颗粒具有大于300的平均长径比。在一个实施方案中，氮化硼颗粒具有约5m2/g至约500m2/g，约10m2/g至约250m2/g，约15至约100m2/g，或约20m2/g至约100m2/g的表面积。在一个实施方案中，氮化硼颗粒具有约0.01至约2.5重量％的氧含量。在一个实施方案中，氮化硼颗粒至少包含具有小于7的石墨化指数的h-BN颗粒。在一个实施方案中，氮化硼颗粒包含结晶的或部分结晶的氮化硼颗粒。在一个实施方案中，所述方法使用机械剥离方法生产h-BN颗粒。在一个实施方案中，所述h-BN颗粒在机械剥离之前可预先处理，以增强对于剥离的敏感性。在一个实施方案中，氮化硼材料包含高长径比氮化硼颗粒和氮化硼团聚物。在一个实施方案中，高长径比BN可通过使用各种的基体系统、热固性材料、热塑性塑料或者这些的组合，无机材料中的金属、陶瓷、玻璃及其他，水性体系中的润滑脂、糊剂和悬浮体、流体、有机物或一种或多种的组合按配方制造。在一个实施方案中，h-BN被表面处理以提供在所述表面上的特定基团，其可然后与上述材料体系的任何一种或多种一起直接使用，或所述材料体系可额外地被功能化以与BN表面或表面处理的BN相兼容。在一个实施方案中，合适的填料，如陶瓷粉末(例如，氧化铝、二氧化硅、氮化铝、氧化锌、氧化镁等)、各种无机材料(例如，玻璃等)、纤维(例如，玻璃纤维、碳纤维、纤维素纤维、聚合物纤维、氧化铝纤维等)、金属粉末(例如，铜、铝、硼、硅等)、类金属、有机材料、石墨、石墨烯、金刚石/纳米金刚石可与h-BN粉末共混。在一个实施方案中，填料选自硼化物，如二硼化钛。在一个实施方案中，氮化硼负载小于1wt％。附图说明图1示出机械剥离之前氮化硼等级PT110的图像；图2示出机械剥离后表2的实施例1中氮化硼的图像；图3示出机械剥离后表2的实施例2中氮化硼的图像；图4示出机械剥离后表2的实施例3中氮化硼的图像；和图5示出机械剥离后表2的实施例4中氮化硼的图像；具体实施方式本专利技术主题提供了高长径比氮化硼颗粒和包含这样的颗粒的组合物。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合物，其包含具有大于300的平均长径比的氮化硼颗粒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.06 US 61/923,9741.一种组合物，其包含具有大于300的平均长径比的氮化硼颗粒。2.权利要求1所述的组合物，其中所述氮化硼颗粒具有约305至约2500的平均长径比。3.权利要求1所述的组合物，其中至少25％的所述氮化硼颗粒具有大于300的平均长径比。4.权利要求1所述的组合物，其中所述氮化硼颗粒具有0.1微米至5毫米范围的x-y尺寸。5.权利要求1所述的组合物，其中所述氮化硼颗粒具有约0.1μm至500μm的平均粒度。6.权利要求1所述的组合物，其中所述氮化硼颗粒包含具有小于7的石墨化指数的h-BN颗粒。7.权利要求1所述的组合物，其中所述氮化硼颗粒具有约0.05至约5重量％的氧含量。8.权利要求1所述的组合物，其中所述氮化硼颗粒具有约5m2/g至约500m2/g的表面积。9.权利要求1所述的组合物，其中所述氮化硼颗粒选自半晶状或乱层状氮化硼、六方氮化硼或其两种或更多种的组合。10.权利要求1所述的组合物，其中所述氮化硼颗粒选自乱层状氮化硼、片状六方氮化硼、团聚的氮化硼颗粒或其两种或更多种的组合。11.权利要求1所述的组合物，其中所述组合物进一步包含选自热固性材料、热塑性材料或其组合的聚合物。12.权利要求11所述的组合物，其中所述组合物包含约0.1wt％至75wt％的总氮化硼负载。13.权利要求1所述的组合物，其中所述组合物进一步包含填料；所述填料选自氮化硼；二氧化硅；玻璃纤维；氧化锌；氧化镁；二氧化钛；氧化钇；氧化铪；碳酸钙；滑石；云母；硅灰石；氧化铝；氮化铝；金属粉末，如铝、铜、青铜、黄铜；碳的纤维或晶须，石墨，碳化硅，氮化硅，氧化铝，氮化铝，氧化锌；纳米级纤维，选自碳纳米管/纳米纤维，纤维素纤维，石墨烯，氮化硼纳米管/纳米纤维，氧化锌纳米管/纳米纤维；属于碱和碱土金属元素的氧化物；过渡金属氧化物；来自后过渡金属的氧化物；来自类金属的氧化物；来自镧系和锕系元素的氧化物；复合氧化物；属于过渡元素的碳化物；属于类金属元素的碳化物；属于镧系元素和锕系元素的碳化物；属于过渡元素的氮化物；属于后过渡元素的氮化物；属于类金属元素氮化物；属于镧系元素和锕系元素的氮化物，金属，类金属，碳；或这些材料任何两种或更多种的组合。14.权利要求1所述的组合物，其中所述组合物在25wt％BN或更低的负载下具有至少0.3W/mK的通过平面的热导率。15.权利要求1所述的组合物，其中所述组合物在25wt％BN或更低的负载下具有至少0.3W/mK的面内热导率。16.权利要求1所述的组合物，其中所述组合物具有约0.3W/mK至30W/mK的通过平面的热导率。17.权利要求1所述的组合物，其中所述组合物具有约0.3W/mK至30W/mK的面内热导率。18.权利要求1所述的组合物，其中所述组合物进一步包含选自油、水、有机物或其两种或更多种的组合的流体，具有或不具有其他BN和非BN填料。19.权利要求1所述的组合物，其中所述组合物进一步包含金属或金属/其合金的组合，具有或不具有其他BN和非BN填料。20.权利要求1所述的组合物，其中所述组合物进一步包含选自陶瓷、硼化物、玻璃或其两种或更多种的组合的无机基体，具有或不具有其他BN和非BN填料。21.权利要求1所述的组合物，其中所述组合物进一步包含选自纤维素、...

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿浩，阿南德·穆鲁加亚，向北，钱德拉谢卡尔·拉曼，林冈颐，
申请(专利权)人：莫门蒂夫性能材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US