有机膦酸金属盐@氮化硼/环氧复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种有机膦酸金属盐@氮化硼/环氧复合材料及其制备方法，具体包括以下步骤：采用不同的有机膦酸金属盐对氮化硼微片表面进行负载，形成不同的有机膦酸金属盐@氮化硼微片，并在此基础上制备有机膦酸金属盐@氮化硼/环氧复合材料，期望有机膦酸金属盐与氮化硼产生协同作用，获得兼具高导热和高阻燃特性的环氧复合材料。本发明专利技术工艺简单，易于工业化大规模生产，制备的有机膦酸金属盐@氮化硼/环氧复合材料不仅阻燃性能优异，而且导热系数高，可应用在干式变压器、高压供电器等工业化领域。领域。

【技术实现步骤摘要】
有机膦酸金属盐@氮化硼/环氧复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于材料
，尤其是涉及一种有机膦酸金属盐@氮化硼/环氧复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]环氧树脂具备优秀的机械性能、电绝缘性能、粘接性能以及加工性能，在表面涂层、胶粘剂、复合材料、电子电器等领域都有许多应用，在生产生活中处于难以代替的位置。其中，环氧树脂在工业的用途尤为广泛，常用于制作集成电路和电子器件的贴片胶、封装材料等。随着技术进步，电子元器件的集成密度越来越大，高频运行时会导致更多热量产生和积累；此外，高压供电等场合的器件由于需要承受高电压，也会产生大量的热。如果未能及时散热，这些器件和设备就会因热量集中而导致性能和使用寿命大幅下降，甚至有引发火灾的危险。所以在这些场合使用的环氧树脂需要具有合适的导热性能以更快散热，同时还需优异的阻燃性能以降低火灾风险。然而，未经改性的环氧树脂的极限氧指数仅能达到22％左右，在空气中易燃且离火后能够持续燃烧，释放大量烟雾，存在严重的火灾隐患；同时，环氧树脂的导热系数仅为0.2W/(m
·
K)左右,导热性能很差。因此，改善环氧树脂的阻燃性能和导热性能吸引了越来越多的关注，逐渐成为目前研究的热点。
[0003]六方氮化硼微片与石墨烯具有相类似的片层状结构，导热系数高，同时电绝缘和机械性能良好，被人们冠以“白色石墨烯”的美丽称谓，被认为是最具提升聚合物导热性能的纳米材料之一，有望替代碳材料在导热绝缘领域发挥作用。然而，氮化硼微片的阻燃性能较差，不能够单独作为阻燃剂来使用。因此，需要使用阻燃剂对氮化硼微片进行改性，增强其阻燃性能。有机膦酸金属盐不含有任何卤素元素，安全环保，不容易水解，能耐受高温，具备优异的阻燃性能。因此，将有机膦酸金属盐改性负载在氮化硼微片上，一方面既可以改善氮化硼微片本身阻燃性能差的缺点，另一方面又可以提高充分发挥氮化硼微片本身优异的导热性能。
[0004]专利CN111334001A公开了一种高导热的氮化硼改性环氧树脂绝缘材料及其制法，具体步骤是使用单宁酸对氮化硼进行修饰，二者之间通过物理吸附和化学共价键牢固地固定在一起，单宁酸中的酚羟基与乙二醇二缩水甘油醚中的环氧基团进行开环反应，再与环氧E44进行交联固化，使得氮化硼与环氧树脂有机结合，改善了纳米氮化硼与环氧树脂的形容性，从而提高环氧树脂的导热性能与绝缘性能。专利CN109777042公开了一种氨基三亚甲基膦酸金属盐/环氧树脂组合物及其制备方法，其包含有机膦酸金属盐的制备和在环氧树脂中的阻燃应用。但是这些专利技术只是单纯的考虑氮化硼的导热性能，或者有机膦酸金属盐的阻燃性能，并没有将氮化硼微片的导热性能与有机膦酸金属盐的阻燃性能有机结合起来。
[0005]专利CN111234462A公开了一种乙二胺四亚甲基膦酸金属盐/环氧树脂复合物，该复合物包括以下重量份含量的组分：双酚A型环氧树脂60
‑
80份，乙二胺四亚甲基膦酸金属盐3
‑
10份，固化剂20
‑
30份，通过将乙二胺四亚甲基膦酸制成乙二胺四亚甲基膦酸金属盐，
再与环氧树脂进行复合，制备出乙二胺四亚甲基膦酸金属盐/环氧树脂复合物，不仅具有优异的阻燃性能，而且还具有优异的力学性能影响。然而，此专利仅仅考虑了乙二胺四亚甲基膦酸金属盐在环氧树脂中的阻燃性能。乙二胺四亚甲基膦酸金属盐只能作为一种阻燃剂使用，对环氧树脂的导热性能贡献为零。目前，随着技术进步，电子元器件的集成密度越来越大，高频运行时会导致更多热量产生和积累；此外，高压供电等场合的器件由于需要承受高电压，也会产生大量的热。所以在这些场合使用的环氧树脂不仅需要良好的阻燃性能以降低火灾险，同时还需要具有合适的导热性能以更快散热。导热性能的欠缺严重影响了乙二胺四亚甲基膦酸金属盐在这些领域的应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决环氧树脂阻燃性能和导热性能差的缺点，提出一种有机膦酸金属盐@氮化硼/环氧复合材料及其制备方法，制备出的环氧复合材料阻燃性能优异，同时导热系数高。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种有机膦酸金属盐@氮化硼/环氧复合材料，其特征在于，包括以下重量份组分的原料：有机膦酸金属盐@氮化硼微片5～15份、固化剂20～24份，双酚A型环氧树脂补足至100份；优选地，有机膦酸金属盐@氮化硼微片为15份。
[0009]进一步地，所述有机膦酸金属盐选自有机膦酸锌、有机膦酸铝、有机膦酸锆、有机膦酸镍、有机膦酸铜、有机膦酸铁、有机膦酸镁、有机膦酸钙中的一种或多种。
[0010]进一步地，所述有机膦酸金属盐与氮化硼微片的质量之比为1:5～1:1。
[0011]进一步地，所选固化剂选自杂环胺类固化剂、芳香族胺类固化剂、酸酐类固化剂或脂环胺类固化剂中的一种或多种。
[0012]进一步地，所述的有机膦酸金属盐@氮化硼微片通过以下方法制备得到：将活化剂处理过的氮化硼微片水溶液、有机膦酸水溶液和金属硝酸化合物加入到反应器中，均匀搅拌反应后，将产物过滤、水洗和干燥，得到有机膦酸金属盐@氮化硼微片。
[0013]进一步地，活化剂处理氮化硼微片具体为，将活化剂与氮化硼微片共同混合于水中，所述活化剂选自硅烷偶联剂(KH550、KH560、KH570)、钛酸酯偶联剂、羟甲基纤维钠、聚多巴胺、十二氨基苯磺酸钠或聚乙烯基吡咯烷酮中的一种或者多种，所述氮化硼微片与活化剂的质量比为20：1，使用活化剂对氮化硼微片进行处理，使之在氮化硼表面出现一系列的活化点，为有机膦酸金属盐在氮化硼表面的生长增加成功的几率。
[0014]进一步地，所述有机膦酸选自苯基膦酸、植酸、氨基三亚甲基膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、己二胺四甲叉膦酸、乙二胺四亚甲基膦酸中的一种或多种。
[0015]进一步地，所述金属硝酸化合物选自硝酸锌、硝酸铝、硝酸锆、硝酸镍、硝酸铜、硝酸铁、硝酸镁或硝酸钙中的一种或多种。
[0016]进一步地，所述有机膦酸和金属硝酸化合物的摩尔比是1:1～1:10，反应温度为25～95℃，反应时间为1～24h，pH为1～10。
[0017]一种有机膦酸金属盐@氮化硼/环氧复合材料的制备方法，按照配比称取双酚A型环氧树脂、有机膦酸金属盐@氮化硼微片和固化剂，均匀搅拌后放入聚四氟乙烯模具，分不同温度段和时间段进行固化，固化温度为100℃～150℃，固化时间为2～5h。
[0018]与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0019]本专利技术在环氧树脂中加入有机膦酸盐@氮化硼微片，通过控制反应条件，进而调节表面改性的有机膦酸金属盐与氮化硼微片的质量比，进一步，将有机膦酸金属盐@氮化硼微片加入到环氧树脂中，制备出的环氧复合材料兼具高导热系数和优异的阻燃性能。有机膦酸盐是采用了有机多元膦酸与金属离子配位而制得的阻燃添加剂，有机含膦阻燃剂受热时可促进基体材料迅速发生碳化而生成碳层，同时金属离子能够促进碳化的形成。同时氮化硼微片本身是耐高温的无机导热填料，会起到一定的物理屏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机膦酸金属盐@氮化硼/环氧复合材料，其特征在于，包括以下重量份组分的原料：有机膦酸金属盐@氮化硼微片5～15份、固化剂20～24份，双酚A型环氧树脂补足至100份。2.根据权利要求1所述的一种有机膦酸金属盐@氮化硼/环氧复合材料，其特征在于，所述有机膦酸金属盐选自有机膦酸锌、有机膦酸铝、有机膦酸锆、有机膦酸镍、有机膦酸铜、有机膦酸铁、有机膦酸镁、有机膦酸钙中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的一种有机膦酸金属盐@氮化硼/环氧复合材料，其特征在于，所述有机膦酸金属盐与氮化硼微片的质量之比为1:5～1:1。4.根据权利要求1所述的一种有机膦酸金属盐@氮化硼/环氧复合材料，其特征在于，所选固化剂选自杂环胺类固化剂、芳香族胺类固化剂、酸酐类固化剂或脂环胺类固化剂中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种有机膦酸金属盐@氮化硼/环氧复合材料，其特征在于，所述的有机膦酸金属盐@氮化硼微片通过以下方法制备得到：将活化剂处理过的氮化硼微片水溶液、有机膦酸水溶液和金属硝酸化合物加入到反应器中，均匀搅拌反应后，将产物过滤、水洗和干燥，得到有机膦酸金属盐@氮化硼微片。6.根据权利要求5所述的一种有机膦酸金属盐@氮化硼/环氧复合材料，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王正洲，陈强，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：