一种细菌纤维素/氮化硼复合高导热柔性薄膜材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种细菌纤维素/氮化硼复合高导热柔性薄膜材料及其制备方法，属于导热材料技术领域。本发明专利技术通过改性剂对氮化硼填料进行表面改性处理，并在细菌纤维素分散液中均匀分散、交联键合，进一步抽滤得到薄膜；经热压处理后，将细菌纤维素碳化，使其导热性能大幅度提升，同时消除薄膜空隙，在氮化硼和碳化细菌纤维素之间构筑导热通路，获得具备高导热性能的薄膜；将经有机溶剂稀释的环氧树脂均匀喷涂在导热薄膜的表面，经热压处理，环氧树脂与氮化硼、碳化细菌纤维素表面的不饱和基团反应交联，提升了导热薄膜表面的韧性和力学性能，从而得到细菌纤维素/氮化硼复合高导热柔性薄膜材料。材料。材料。

【技术实现步骤摘要】
一种细菌纤维素/氮化硼复合高导热柔性薄膜材料及制备方法


[0001]本专利技术属于导热材料
，具体涉及一种细菌纤维素/氮化硼复合高导热柔性薄膜材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着电子器件向着微型化、轻薄化和高度集成化方向发展，其核心区域数以百亿的晶体管数量意味着封装电路板中的电子元器件将会产生更多的热量，若这部分热不能及时传导就会迅速积累，从而引起器件内部温度急剧上升，造成热失效，甚至发生爆炸等危险事故。热界面材料可以用于填充热源和散热器之间的空隙，及时将热量传导出来，从而满足热管理要求。高热导率的界面材料由于填料填充体积的增加，有机基体之间的交联密度下降，导致拉伸强度低、易脆、不耐弯折等缺点。为了满足可折叠电子设备内部产生的热管理迫切需求，研发具有导热性能优良、机械强度好的复合柔性薄膜热界面材料具有重要意义。
[0003]细菌纤维素(BC)是一种超高长径比、尺寸均一和具有强韧性的天然材料，自身具有超长的晶区结构，其力学强度远远超过一般植物纤维，是理想的增强材料，广泛应用于医疗、化妆品、特种纸等领域。同时其纤维表面富含羟基与羧基等官能团，利于填料与基体之间交联键合，因此细菌纤维素的高效利用成为研究热点。但是细菌纤维素属于生物高分子聚合物，自身热导率较低，限制了其在导热材料方面的应用，如何将细菌纤维素与高导热填料之间进行交联复合，提高材料的强度和导热能力，制备出一种导热性能优良，机械强度稳定导热复合材料成为研究方向。
[0004]氮化硼(BN)是一种二维陶瓷材料，其面内方向热导率接近300W
·
m
‑1·
K
‑1，且电绝缘，通常采用抽滤、压延、纺丝、涂布和热压等方法制备BN/聚合物复合材料以实现填料的排布，以提升面内热导率，例如专利CN112552681A和CN110258170A，但是所得到的氮化硼仅仅沿着水平方向定向排布，其与基体材料之间存在较大的界面热阻，且得到的复合材料韧性差、机械强度低。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种细菌纤维素/氮化硼复合高导热柔性薄膜材料及制备方法，选取特定范围内的自生物发酵得到的细菌纤维素和氮化硼进行复配，采用改性剂对氮化硼表面改性处理，提升填料与有机介质间相容性和分散性，并使其表面具有可以与细菌纤维素、环氧树脂反应的不饱和基团。通过真空抽滤的方法获得氮化硼与细菌纤维素薄膜，并采用热压方法将纤维素碳化并实现薄膜内部导热网路的构建，进一步提升薄膜密实度和导热性能。经有机溶剂稀释的的环氧树脂喷涂于薄膜表面，最后热压固化交联，进一步提升薄膜材料的韧性和表面强度，得到高热导率柔性复合材料。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种细菌纤维素/氮化硼复合高导热柔性薄膜材料，原料以重量百分比计包括：氮
化硼30～60％，细菌纤维素10～50％，改性剂2～10％，环氧树脂3～10％，固化剂1～5％，所有原料的重量百分比之和为100％；
[0008]所述改性剂选自多巴胺、3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3
‑
氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N
‑
β
‑
(氨乙基)γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、3
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷或N
‑
β
‑
(氨乙基)γ
‑
氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或几种；
[0009]所述环氧树脂选自有机硅环氧树脂、丙烯酸酯环氧树脂、二聚酸环氧树脂中的一种或几种；
[0010]所述固化剂选自乙二胺、三乙胺、三乙醇胺、二乙烯三胺中的一种或几种。
[0011]一种细菌纤维素/氮化硼复合高导热柔性薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S01.将氮化硼粉体在真空环境下加热干燥，得到干燥粉体；
[0013]S02.将改性剂加至分散液中，待混合均匀后加入步骤S01中得到的干燥粉体，经过超声处理和高速搅拌后，使用去离子水和无水乙醇的混合液洗涤并过滤，最后冷冻干燥得到改性后的氮化硼粉末，其表面具有不饱和基团可以与细菌纤维素、环氧树脂进行交联反应；
[0014]S03.将步骤S02中得到的改性后的氮化硼粉末与细菌纤维素的去离子水分散液共混，置于真空搅拌机中搅拌均匀，得到氮化硼和细菌纤维素混合溶液，随后在真空抽滤装置中进行固液分离，得到薄膜结构；
[0015]S04.将薄膜进行平板热压，高温下细菌纤维素产生碳化，导热性能大幅提升，同时在压力作用下可以挤出多余气体和消除空隙，在氮化硼和纤维素之间构筑导热通路，得到高性能的导热薄膜；
[0016]S05.将经有机溶剂稀释的低粘度环氧树脂和固化剂的混合物，喷涂于薄膜表面，经热压后氮化硼和碳化细菌纤维导热表面不饱和基团与环氧树脂固化交联，提升导热薄膜的韧性，得到高热导率柔性导热复合材料。
[0017]进一步地，步骤S01中，将氮化硼粉体放入真空干燥箱，加热温度范围为50～300℃，处理6～12h，得到干燥粉体。
[0018]进一步地，步骤S01中，氮化硼粉体填料粒径为0.5～30μm。当填料粒径低于优选值，薄膜热量传递路径中，相同尺度下填料的数量更多，则构成的两相界面就越多，导致声子散射严重，薄膜导热性能急剧下降，同时，由于填料粒度过小，难以固定于细菌纤维素构筑的立体网络中，容易产生脱落等现象；当填料粒径大于优选值，搅拌分散过程容易发生弯曲折叠，影响成膜及导热性能。
[0019]进一步地，步骤S02中，分散液选自去离子水、无水乙醇、异丙醇或丙酮中的一种或几种。
[0020]进一步地，步骤S02中，改性剂溶液的质量浓度为2～10％、pH为7～10。
[0021]进一步地，步骤S02中，超声处理的时间为0.5～2h，搅拌的时间为6～48h，超声的温度为20～40℃，搅拌的温度为20～80℃，冷冻干燥的时间为24～48h。
[0022]进一步地，步骤S03中，所述细菌纤维素直径为50～300nm、长度为20～100μm。当细菌纤维素直径低于优选值，由于比表面积迅速增加，所形成的立体网络骨架结构声子散射严重，热传导性能下降明显，同时力学强度较差，制备的薄膜容易产生断裂等缺陷。当细菌纤维素直径高于优选值，容易发生缠绕和弯折，影响膜的导热性能和力学强度。
[0023]进一步地，步骤S03中，真空搅拌机转速为1800～2500rpm，搅拌时间为5～10min。
[0024]进一步地，步骤S03中，真空抽滤装置的抽滤膜为孔径为0.5～15μm的尼龙膜，抽滤时间为3～6h，直至薄膜完全脱除溶液。当滤膜孔径低于优选值，会显著降低过滤速率，制备的薄膜溶液脱除时间延长，出现薄膜中心湿、四周干并造成薄膜褶皱；当滤膜孔径高于优选值，过滤孔径过大，虽然过滤速率显著提高，但存在损失氮化硼和纤维素固体的情况，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种细菌纤维素/氮化硼复合高导热柔性薄膜材料，其特征在于：原料以重量百分比计包括：氮化硼30～60%，细菌纤维素10～50%，改性剂2～10%，环氧树脂 3～10%，固化剂1～5%，所有原料的重量百分比之和为100%；所述改性剂选自多巴胺、3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3
‑
氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N
‑
β
‑
（氨乙基）γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、3
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷或N
‑
β
‑
（氨乙基）γ
‑
氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或几种；所述环氧树脂选自有机硅环氧树脂、丙烯酸酯环氧树脂、二聚酸环氧树脂中的一种或几种；所述固化剂选自乙二胺、三乙胺、三乙醇胺、二乙烯三胺中的一种或几种。2.权利要求1所述细菌纤维素/氮化硼复合高导热柔性薄膜材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S01.将氮化硼粉体在真空环境下加热干燥，得到干燥粉体；S02.将改性剂加至分散液中，待混合均匀后加入步骤S01中得到的干燥粉体，经过超声处理和高速搅拌后，使用去离子水和无水乙醇的混合液洗涤并过滤，最后冷冻干燥得到改性后的氮化硼粉末；S03.将步骤S02中得到的改性后的氮化硼粉末与细菌纤维素的去离子水分散液共混，置于真空搅拌机中搅拌均匀，得到氮化硼和细菌纤维素混合溶液，随后在真空抽滤装置中进行固液分离，得到薄膜结构；S04.将薄膜进行平板热压，得到高性能的导热薄膜；S05.将经有机溶剂稀释的低粘度环氧树脂和固化剂的混合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：李石琨，刘斌，淮秀兰，贾潇，邓亚民，杜军，徐翠，
申请(专利权)人：中科南京未来能源系统研究院，
类型：发明
国别省市：