一种高导热聚离子液体/氮化硼复合绝缘材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高导热聚离子液体/氮化硼复合绝缘材料及其制备方法。将聚离子液体单体、氮化硼粉末、交联剂和引发剂混合均匀，原位聚合而成，复合材料在获得高热导率的同时，具有高的机械强度、绝缘性和阻燃性，其中，聚离子液体的阴离子可调，通过改变分子间氢键作用力的大小，提高聚离子液体基体的本征热导率，聚离子液体的热导率远高于传统聚合物，同时，聚离子液体中阴离子有阻燃能力，使聚离子液体具有优异的阻燃性；其次，聚离子液体中的官能团还能与无机氮化硼填料材料形成氢键，使填料紧密结合，有效降低界面热阻，进一步提高复合材料的热导率。料的热导率。料的热导率。

【技术实现步骤摘要】
一种高导热聚离子液体/氮化硼复合绝缘材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于导热绝缘材料制备领域，涉及一种高导热聚离子液体/氮化硼复合绝缘材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]更小、更高功率密度是现代电子设备的发展方向，然而这导致了电子设备发热严重的问题，如果不能及时散热，将严重危害电子元器件的正常运行，甚至造成设备损坏。电子元器件的散热问题成为现阶段工业界和学术界的研究重点。目前，电子元器件散热通常采用自然、强制、制冷、热传导、液体和热隔离等。其中，传导技术具有优异的导热特性和等温特性，在应用中具有热流密度可变性、恒温特性优、快速适应环境等优点，在电气设备、电子元器件冷却以及半导体元件的散热方面中应用广泛。
[0003]为了实现电子器件中的快速热传导，需要散热性能优异的材料。理想的散热材料不仅需要具有高的导热性，还需具备良好的电绝缘、机械性能、耐热性，甚至阻燃性。金属或陶瓷材料具有高的热导率，但是其导电性或易脆性不适合用于电子器件的散热。与金属或陶瓷相比，聚合物材料具有明显的优势，包括绝缘性、可弯折性、质轻、易加工等。但是，聚合物材料的热导率低（通常在0.1
‑
0.3 W m
‑
1 K
‑1），限制了其应用。复合聚合物和高导热填料制备填充型导热材料，是开发散热材料最常见的方法。现有工艺仍然面对两个难题：一是聚合物热导率低；二是聚合物和陶瓷填料间相容性差，界面热阻大，阻碍了复合材料热导率的提高。因此，急需开发新型高导热聚合物。聚离子液体（polymer ionic liquid，PIL）是由离子液体聚合而成，兼具了离子液体的诸多特性（阻燃、稳定性高等）和聚合物可加工性。氮化硼（Boron Nitride，BN）是一种新型的二维材料，由硼元素和氮元素组成，具有高本征热导率、优异的化学稳定性和绝缘性。聚离子液体结构单元中含有大量官能团，能与BN填料形成氢键，有助于消除界面热阻。此外，聚离子液体的离子单元在受热的条件下可以发生离子交换，有助于热量的传输。本专利开发的聚离子液体具有远高于传统聚合物的热导率。将聚离子液体和BN填料相结合，能够取长补短，制备出高导热聚离子液体/氮化硼复合绝缘材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有填充型导热复合材料中的问题，提供一种具有高导热、绝缘性好、稳定性高和易制备等特点的复合材料及其制备方法。重点是合成了一种新型季铵盐型离子液体单体，离子液体单体与BN导热填料、交联剂、引发剂混合均匀，原位聚合形成复合导热材料。制备的复合导热材料具备以下特征：（1）聚离子液体结构单元中含有大量官能团，分子间易形成氢键，提高了聚离子液体的本征热导率；（2）聚离子液体侧基含有离子基团，在热的作用下，离子间发生交换反应，传递能量，有助于热量的传递；（3）季铵盐离子基团和BN中的N原子形成氢键，使聚合物和BN颗粒紧密结合，消除界面热阻，提高了复合材料的热导率；（4）BN颗粒具有宽的带隙，其绝缘性好，阻断了电子在复合材料中的运动，提高了电绝缘性；（5）聚离子液体和BN颗粒都具有阻燃性，赋予复合材料优异的阻燃性。本
方法适合大批量生产、不涉及有腐蚀性化学试剂的使用、且易于操作。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种高导热聚离子液体/氮化硼复合绝缘材料，包括以下质量百分之数的物质组成，氮化硼粉末0—70%，交联剂0.5
‑
1%，引发剂0.5
‑
1%，余量为聚离子液体单体；所述聚离子液体绝缘复合材料以聚离子液体为基体，以氮化硼（BN）粉末为填料；其制备方法是将聚离子液体单体、BN粉末、交联剂和引发剂混合均匀，原位聚合而成得到母料，所述母料在平板硫化机中热压成型，加工条件为温度100℃，压力12MPa，热压12h，即得所述高导热聚离子液体/氮化硼复合绝缘材料PIL/BN
‑
2。
[0006]所述聚离子液体单体为自制2
‑
（三甲氨基盐阳离子）甲基丙烯酸乙酯离子液体，包括阳离子和阴离子，其中阳离子为三甲氨基盐阳离子（N
+
），阴离子包括碘阴离子（I
‑
）、四氟硼酸阴离子（BF4‑
）、六氟磷酸阴离子（PF6‑
）、双氟磺酰亚胺阴离子（FSI
‑
）以及双三氟甲基磺酰亚胺锂（TFSI
‑
）；所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA），所述引发剂为偶氮二异丁腈（AIBN）。
[0007]优选地，所述的所述高导热BN填料直径为10微米、20微米和30微米中的一种或几种。
[0008]优选地，所述的聚离子液体单体的制备包括以下步骤：A. 2
‑
（二甲氨基）甲基丙烯酸乙酯的离子化：将2
‑
（二甲氨基）甲基丙烯酸乙酯与碘甲烷反应，制备碘离子化[2
‑
（三甲氨基盐）甲基丙烯酸乙酯]+
[I]‑
；B. [2
‑
（三甲氨基盐）甲基丙烯酸乙酯]+
[I]‑
的阴离子交换反应：将[2
‑
（三甲氨基盐）甲基丙烯酸乙酯]+
[I]‑
溶解，加入相应质量的锂盐进行阴离子置换反应，萃取、减压蒸馏后，得到聚合单体；优选地，步骤A中，2
‑
（二甲氨基）甲基丙烯酸乙酯与碘甲烷的摩尔比为3:4，所用溶剂为三氯甲烷，溶液浓度为0.25 g/mL，氮气氛围，反应温度为60 o
C，反应时间为12小时，反应结束后减压蒸馏除去溶剂，得到白色粉末碘离子化[2
‑
（三甲氨基盐）甲基丙烯酸乙酯]+
[I]‑
。
[0009]优选地，步骤B中，步骤B中，将[2
‑
（三甲氨基盐）甲基丙烯酸乙酯]+
[I]‑
溶解在去离子水中，溶液浓度为0.25 g/mL,加入锂盐（LiBF4、LiPF6、LiFSI或LiTFSI）与[2
‑
（三甲氨基盐）甲基丙烯酸乙酯]+
[I]‑
的摩尔比为1.5:1，进行阴离子置换反应，萃取、减压蒸馏后，得到聚合单体为白色粘液，聚合单体的阴离子为BF4‑
、PF6‑
、FSI
‑
和TFSI
‑
中的一种。
[0010]所述，聚合单体、BN粉末、引发剂和交联剂的质量比为89:10:0.5:0.5、78:20:1:1、69:30:0.5:0.5、58:40:1:1、49:49:1:1、40:59:0.5:0.5和30:68:1:1。
[0011]所述聚合物单体首先与BN粉末、交联剂、引发剂混合，混合方式采用行星混合仪混合，制备前驱体；随后，采用原位聚合的方式制备复合绝缘材料。
[0012]优选的，采用行星混合的条件为2000转、20分钟。
[0013]所述原位聚合的条件为100 o
C、12小时，即得所述高导热聚离子液体/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高导热聚离子液体/氮化硼复合绝缘材料，其特征在于：包括以下质量百分之数的物质组成，氮化硼粉末0—70%，交联剂0.5
‑
1%，引发剂0.5
‑
1%，余量为聚离子液体单体；所述聚离子液体单体为自制2
‑
（三甲氨基盐阳离子）甲基丙烯酸乙酯离子液体，包括阳离子和阴离子，其中阳离子为三甲氨基盐阳离子（N
+
），阴离子包括碘阴离子（I
‑
）、四氟硼酸阴离子（BF4‑
）、六氟磷酸阴离子（PF6‑
）、双氟磺酰亚胺阴离子（FSI
‑
）以及双三氟甲基磺酰亚胺锂（TFSI
‑
）其中的一种或者多种组合；所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA），所述引发剂为偶氮二异丁腈（AIBN）。2.一种高导热聚离子液体/氮化硼复合绝缘材料其制备方法，其特征在于：聚合物单体首先与氮化硼粉末、交联剂、引发剂混合，混合方式采用行星混合仪混合，制备前驱体；随后，采用原位聚合而成得到母料，所述母料在平板硫化机中热压成型，加工条件为温度100℃，压力12MPa，热压12h，即得所述高导热聚离子液体/氮化硼复合绝缘材料PIL/BN
‑
2。3.根据权利要求1所述的高导热聚离子液体/氮化硼复合绝缘材料，其特征在于：所述氮化硼直径为10微米、20微米和30微米中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的高导热聚离子液体/氮化硼复合绝缘材料，其特征在于：所述的聚离子液体单体的制备包括以下步骤：2
‑
（二甲氨基）甲基丙烯酸乙酯的离子化：将2
‑
（二甲氨基）甲基丙烯酸乙酯与碘甲烷反应，制备碘离子化[2
‑
（三甲氨基盐）甲基丙烯酸乙酯]
+
[I]
‑
；[2
‑
（三甲氨基盐）甲基丙烯酸乙酯]
...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐中华，李洪飞，
申请(专利权)人：杭州蓝碳新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：