基于低温等离子体的无机填料高通量羟基化方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开基于低温等离子体的无机填料高通量羟基化方法和装置，方法步骤为：1)利用辊对辊装置带动传送带(1)移动，使平铺的待处理填料(3)移动到低温等离子体区；2)电源向位于聚酰亚胺传送带(1)上方的低温等离子体发生器(2)放电；3)等离子体发生器(2)受电后，在低温等离子体区产生大气压低温等离子体；4)所述大气压低温等离子体对位于等离子体区的待处理填料(3)进行处理，得到接枝

【技术实现步骤摘要】
基于低温等离子体的无机填料高通量羟基化方法和装置


[0001]本专利技术涉及材料处理领域，具体是基于低温等离子体的无机填料高通量羟基化方法和装置。

技术介绍

[0002]氮化硼、氮化铝、石墨烯等无机填料具备超高的热导率，且拥有较宽的带隙，因此是优良的导热电绝缘材料。在实际使用中，这些无机填料还具有很高的化学稳定性、耐热性、抗氧化性以及较低介电常数和介电损耗，因此以氮化硼、氮化铝、石墨烯等无机物为填料的聚合物基复合材料在电子封装中拥有广阔的应用前景。
[0003]高温等离子体温度过高，难以进行材料处理(如电弧放电等离子体、火花放电等离子体宏观温度超过2000℃，易破坏被处理物)。而常用的应用于材料处理的低温等离子体发生器大多包含昂贵的真空设备(如辉光放电等离子体、射频放电等离子体需要真空环境，因此加工面积难以扩大)，或稀有气体装置(如等离子体射流和介质阻挡放电需要体积庞大的气体存储设备，且不能处理粉末)。
[0004]低温等离子体可以产生大量的活性物质和温和的辐射，如过氧化氢(H2O2)、亚硝酸盐(NO2‑
)、臭氧(O3)和紫外线光子等，这在材料表面化学领域具有重要意义。因此，这种等离子体在生物医学和材料处理方面具有广阔的应用前景。近十年来，低温等离子体被广泛应用于材料的表面改性，并显示出相当实用的效果。但是，目前常用的低温等离子体发生器多需要笨重的配套装置，例如真空腔体或高温加热设备，因此具有一定的使用局限性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供基于低温等离子体的无机填料高通量羟基化方法，包括以下步骤：
[0006]1)将待处理填料平铺在传送带上。所述待处理填料为无机填料，包括氮化硼、氮化铝、氧化铝、石墨烯。
[0007]所述待处理填料颗粒平均粒径为1μm～5μm。
[0008]2)利用辊对辊装置带动传送带移动，使平铺的待处理填料移动到等离子体区。
[0009]所述辊对辊装置包括用于带动聚酰亚胺传送带移动的若干滚辊。
[0010]3)在处理温度T下，控制器向电源发送控制信号，令电源向位于聚酰亚胺传送带上方的等离子体发生器放电。
[0011]所述电源向等离子体发生器传输交流电或脉冲。
[0012]4)等离子体发生器受电后，在等离子体区产生大气压低温等离子体，放电功率记为P。
[0013]所述等离子体区为等离子体发生器与传送带之间的区域。
[0014]所述等离子体发生器沿空气表面介质阻挡放电。
[0015]5)所述大气压低温等离子体对位于等离子体区待处理填料进行处理，得到接枝
‑
OH基团(羟基)的填料。
[0016]所述控制器对等离子体区的当前放电功率p和放电功率P进行比较，若p>P，则降低电源的输出电压，若p＜P，则增加电源的输出电压。
[0017]在大气压低温等离子体对待处理填料进行处理过程中，温度测量装置监测等离子体区的温度t，并传输至控制器。所述控制器对等离子体区的温度t和处理温度T进行比较，若t>T，则利用冷却设备降低等离子体区的温度。
[0018]在大气压低温等离子体对待处理填料进行处理过程中，放电功率测量装置监测等离子体发生器的当前放电功率p，并传输至控制器。
[0019]基于低温等离子体的无机填料高通量羟基化方法所采用的装置，包括传送带、辊对辊装置、电源、等离子体发生器、控制器、温度测量装置和放电功率测量装置。
[0020]所述传送带用于盛放和传送无机填料粉末。
[0021]所述对辊装置带动传送带移动，令无机填料粉末移动到等离子体区域。
[0022]所述电源为等离子体发生器供电。
[0023]等离子体发生器在等离子体发生区产生大气压低温等离子体。所述大气压低温等离子体对位于等离子体区待处理填料进行处理，得到接枝
‑
OH基团(羟基)的填料。
[0024]所述温度测量装置监测等离子体区的温度t，并传输至控制器。所述控制器对等离子体区的温度t和处理温度T进行比较，若t>T，则利用冷却设备降低等离子体区的温度。
[0025]所述放电功率测量装置监测等离子体发生器的当前放电功率p，并传输至控制器。
[0026]所述控制器对等离子体区的当前放电功率p和放电功率P进行比较，若p>P，则降低电源的输出电压，若p＜P，则增加电源的输出电压。
[0027]所述控制器控制电源的放电电压。
[0028]本专利技术的技术效果是毋庸置疑的,本专利技术通过低温等离子体处理进行无机填料高通量羟基化，提供了一种无机填料功能化的新方法。该方法通过结合了辊对辊处理和直接通过空气激发的等离子体的装置来改善复合材料热传导能力，处理成本低，可在室温非真空下进行，同时还可以通入四氟化钛，氧气等其他气体以接枝不同的基团。
[0029]本专利技术方法操作简便，所需条件易于达成，经过等离子体高通量处理的无机填料质量好、接枝效果优越，整个过程不涉及溶剂，不产生有毒副产物，该装置可以方便地作为模块安装在工业装配线上。本专利将介质阻挡沿面放电低温等离子体和辊对辊处理装置结合，在露天条件下通过空气激发的低温等离子体实现了对无机填料的高通量功能化，进而改善了聚合物基复合材料的热导。这是一种通用的、环境友好的、可扩展的方法。
[0030]本专利技术的对驱动电源的要求低，103～109Hz的脉冲或交流电源皆可。
[0031]本专利技术与工业流水线兼容性好：超小型样机每小时的无机填料处理量可达500g，装置可直接安装于工业流水线。
[0032]本专利技术可通用且环境友好，本专利技术可在固、液体材料上有效接枝羟基，且是一种通用的(不受固体形状影响)、环境友好的(不涉及有毒溶剂且未生成对环境有害的副产物)填料功能化方法。
[0033]本专利技术可扩展性强，本专利技术通过改变处理装置所处的气氛环境，可以方便地接枝更多种类基团。
[0034]本专利技术使等离子体处理能够适用于工业高通量生产，本专利中所使用的沿面放电
低温等离子体无需真空或稀有气体激发，宏观温度小于70℃且放电稳定、均匀，与聚合物工业生产线的兼容性较高，可用于高通量生产。
[0035]本专利技术有望代替适用范围小、污染严重的传统功能化方法，一般的化学功能化方法仅能接枝一种基团或仅能处理一种填料，本装置可方便地通过改变装置内气氛以接枝不同的功能基团，且可处理所有固体填料。如通入四氟化碳气体，可以在氧化铝填料上接枝氟基团，从而显著提高聚合物的热稳定性、耐化学腐蚀性和抗氧化性及绝缘性。如果将气氛改为氮气，则可接枝
‑
NO2，它可以改变钛酸钡的极性和反应活性从而改变其亲水性。或是通入氧气以接枝
‑
O2，这种基团可以起到引发剂的作用，消耗自由基，阻碍聚合反应的发生。或通入氢气以达到原位还原、清洁的目的。此外，整个过程不涉及试剂且无有害、污染副产物产生。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于低温等离子体的无机填料高通量羟基化方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将所述待处理填料(3)铺在传送带(1)上。2)利用辊对辊装置带动传送带(1)移动，使平铺的待处理填料(3)移动到等离子体区；3)在处理温度T下，控制器向电源发送控制信号，令电源向位于聚酰亚胺传送带(1)上方的等离子体发生器(2)放电；4)等离子体发生器(2)受电后，在等离子体区产生大气压低温等离子体，放电功率记为P；5)所述大气压低温等离子体对位于等离子体区的待处理填料(3)进行处理，得到接枝羟基的填料。2.根据权利要求1所述基于低温等离子体的无机填料高通量羟基化方法，其特征在于，所述待处理填料(3)包括氮化铝、氧化铝、石墨烯。3.根据权利要求1所述基于低温等离子体的无机填料高通量羟基化方法，其特征在于，所述待处理填料(3)的平均粒径为1μm～5μm。4.根据权利要求1所述基于低温等离子体的无机填料高通量羟基化方法，其特征在于，所述辊对辊装置包括用于带动聚酰亚胺传送带(1)移动的若干滚辊。5.根据权利要求1所述基于低温等离子体的无机填料高通量羟基化方法，其特征在于，所述电源向等离子体发生器(2)传输交流电或脉冲。6.根据权利要求1所述基于低温等离子体的无机填料高通量羟基化方法，其特征在于，所述等离子体发生器(2)沿空气表面介质阻挡放电。7.根据权利要求1所述基于低温等离子体的无机填料高通量羟基化方法，其特征在于，所述等离子体区为等离子体发生器(2)与传送带(1)之间的区域。8.根据权利要求1所述基于低温等离子体的无机填料高通量羟基化方法，其特征在于，在大气压低温等离子体对待处理填料(3)进行处理过程中，温度测量装置监测等离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：余亮，董守龙，姚陈果，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：