一种多尺寸调控氧化铝的高导热聚硅氧烷复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于功能高分子复合材料领域，公开了一种多尺寸调控氧化铝的高导热聚硅氧烷复合材料及其制备方法和应用。制备方法包括以下步骤：将聚甲基氢硅氧烷和液晶单体溶于有机溶剂中，加热反应制备得到侧链液晶聚硅氧烷预聚物；选用不同尺寸的球形氧化铝混合分散于有机溶剂中，加入到侧链液晶聚硅氧烷预聚物中，加热挥发溶剂，在催化剂催化下进行硅氢加成反应制备复合膜，再经热压成型得到复合材料。本发明专利技术导热填料整体的导热性能优异，导热复合膜垂直方向的导热系数可以达到1.931W

【技术实现步骤摘要】
一种多尺寸调控氧化铝的高导热聚硅氧烷复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于功能高分子复合材料领域，尤其涉及一种多尺寸调控氧化铝的高导热聚硅氧烷复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着微电子技术的快速发展，芯片逐渐趋向微型化、集成化，计算速度也越来越快。与此同时，小体积芯片产生的大量热量，也降低了其操作稳定性和使用寿命。因此，电子设备的有效散热成为亟待解决的问题，研发高导热的热界面材料对电子领域材料的设计与拓展具有迫切的理论意义和实际应用价值。聚合物材料因其良好的机械性能、电绝缘性、方便耐用及易加工而受到人们的广泛关注，然而，聚合物的热导率并不好(约0.1
‑
0.4W
·
m
‑1K
‑1)。聚硅氧烷侧链液晶高分子聚合物由于有序结构的引入可以减少声子在传播过程中造成的散射，从而提高聚合物的热导率。其次，通过聚硅氧烷侧链液晶高分子聚合物中掺杂无机高导热粒子，得到具有优异导热性能的聚硅氧烷侧链液晶高分子复合膜，进而满足相关领域材料的需求。
[0003]Al2O3具有熔点高、硬度大、机械强度高、化学性能稳定等特点，α
‑
Al2O3热导率大约为33
‑
36W
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‑1K
‑1，体积电阻率约为10
10
Ω
·
cm，是良好的导热绝缘填料，在覆铜板(CCL)、电子封装(EMC)、热界面材料(TIMs)、发光二极管(LED)以及相变储能(PCMs)等领域具有广阔的应用前景。如专利CN 115449224 A提出一种以氧化铝为填料的导热吸波复合材料的制备方法，在高填充下所得导热吸波复合材料具有良好的导热性能、吸波性能和力学性能；专利CN 111925654A提供了一种氮化铝与氧化铝复配的导热硅胶材料的制备，通过合理复配氮化铝与氧化铝比例以及表面改性的处理，可以实现填料的高填充，导热系数可以达到15W
·
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‑1K
‑1以上。

技术实现思路

[0004]为了弥补现有技术的缺陷和不足，本专利技术的首要目的在于提供一种多尺寸调控氧化铝的高导热聚硅氧烷复合材料的制备方法；该方法利用液晶聚合物作为基体，多尺寸球形氧化铝填料协同提升聚硅氧烷复合膜的导热性能，通过调控不同填料配比，在最佳配比下填入不同粒径的球形氧化铝，添加至体系后能够有效形成稳定的导热通道，该复合材料在90wt％氧化铝填充下表现出1.931W
·
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‑1K
‑1的高垂直热导率，有效提高了聚硅氧烷复合薄膜材料的导热性能，提供了一种开发先进热界面材料的有效途径，能够满足先进电子等新兴领域的产品对高性能热界面材料的巨大需求。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的多尺寸调控氧化铝的高导热聚硅氧烷复合材料。
[0006]本专利技术的再一目的在于提供上述多尺寸调控氧化铝的高导热聚硅氧烷复合材料的应用。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种多尺寸调控氧化铝的高导热聚硅氧烷复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将聚甲基氢硅氧烷和液晶单体溶于有机溶剂中，加热反应制备得到侧链液晶聚硅氧烷预聚物；
[0010](2)选用不同尺寸的球形氧化铝混合分散于有机溶剂中，加入到步骤(1)所得侧链液晶聚硅氧烷预聚物中，加热挥发溶剂，在催化剂催化下进行硅氢加成反应制备复合膜，再经热压成型得到多尺寸调控氧化铝的高导热聚硅氧烷复合材料。
[0011]步骤(1)所述聚甲基氢硅氧烷的分子量在2000～3000之间；所述液晶单体为4
’‑
(5
‑
己烯基氧基)联苯
‑4‑
甲腈、4,4
’‑
二正(烯己氧基)联苯、4
‑
烯丙氧基苯甲酸
‑4’‑
羟基苯氰酯和4
‑
烯丙氧基苯甲酸
‑4’‑
羟基苯甲氧基酯中的一种以上；所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、甲苯、丙酮、四氢呋喃中的一种或多种混合液；所述加热反应的温度为80
‑
120℃，时间为0.5
‑
2h。
[0012]步骤(2)所述不同尺寸的球形氧化铝包括第一粒径球形氧化铝和第二粒径球形氧化铝，其中，所述第一粒径球形氧化铝的平均粒径尺寸5
‑
10μm，第二粒径球形氧化铝的平均粒径尺寸为20
‑
60μm，第一粒径球形氧化铝和第二粒径球形氧化铝的质量比为6：4。
[0013]所述第一粒径球形氧化铝的平均粒径尺寸5μm，第二粒径球形氧化铝的平均粒径尺寸为40μm。
[0014]步骤(2)所述球形氧化铝为气相氧化铝、微米级氧化铝。
[0015]步骤(2)所述侧链液晶聚硅氧烷预聚物和不同尺寸的球形氧化铝的质量比分别为1:(0.3
‑
0.9)。
[0016]步骤(2)所述催化剂为铂系催化剂，催化剂在使用时用异丙醇进行稀释；所述硅氢加成反应是在惰性气体保护下进行，在60
‑
120℃下反应0.5
‑
2h；所述加热挥发溶剂的挥发温度为40
‑
85℃；所述热压成型的条件是在90
‑
190℃热压50
‑
60min。
[0017]所述催化剂为KP32催化剂；所述硅氢加成反应是在90℃反应0.5h。
[0018]一种由上述的制备方法制备得到的多尺寸调控氧化铝的高导热聚硅氧烷复合材料。
[0019]上述的多尺寸调控氧化铝的高导热聚硅氧烷复合材料用作电子封装及电子器件散热材料的应用。
[0020]本专利技术的机理是：
[0021]本专利技术利用液晶聚合物作为基体，多尺寸球形氧化铝填料可协同提升聚硅氧烷复合膜的导热性能，通过调控不同填料配比，在最佳配比下填入不同粒径的球形氧化铝，小尺寸颗粒“桥接”大尺寸填料，多种粒径填料互相配合紧密的堆积在树脂基体内部，热流通过热阻较小的填料网络迅速转移，形成高效的导热网络。导热填料整体的导热性能优异，并且在添加至体系后能够有效形成稳定的导热通道，从而可以有效提高聚硅氧烷复合薄膜材料的导热性能。
[0022]本专利技术对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
[0023]本专利技术采用本征型和填充型两种制备工艺相结合的新方法，从结构设计出发，制备高导热绝缘侧链型液晶高分子膜复合材料；合成侧链液晶聚硅氧烷(SCLCPs)，为声子传递提供完整的分子链网络，并赋予SCLCPs高有序度和优异的绝缘性能。采用多尺寸球形氧
化铝填料可协同提升复合聚硅氧烷的导热性能，通过调控不同填料配比，在最佳配比下填入不同粒径的球形氧化铝，适量的小尺寸颗粒“桥接”大尺寸填料在SCLCPs基体有助于形成导热网络，实现聚合物基体与无机导热填料的协同提升效应，赋予侧链本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多尺寸调控氧化铝的高导热聚硅氧烷复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将聚甲基氢硅氧烷和液晶单体溶于有机溶剂中，加热反应制备得到侧链液晶聚硅氧烷预聚物；(2)选用不同尺寸的球形氧化铝混合分散于有机溶剂中，加入到步骤(1)所得侧链液晶聚硅氧烷预聚物中，加热挥发溶剂，在催化剂催化下进行硅氢加成反应制备复合膜，再经热压成型得到多尺寸调控氧化铝的高导热聚硅氧烷复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述聚甲基氢硅氧烷的分子量在2000～3000之间；所述液晶单体为4
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(5
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己烯基氧基)联苯
‑4‑
甲腈、4,4
’‑
二正(烯己氧基)联苯、4
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烯丙氧基苯甲酸
‑4’‑
羟基苯氰酯和4
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烯丙氧基苯甲酸
‑4’‑
羟基苯甲氧基酯中的一种以上；所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、甲苯、丙酮、四氢呋喃中的一种或多种混合液；所述加热反应的温度为80
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120℃，时间为0.5
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2h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述不同尺寸的球形氧化铝包括第一粒径球形氧化铝和第二粒径球形氧化铝，其中，所述第一粒径球形氧化铝的平均粒径尺寸5
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10μm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴昆，郑小乐，战瑛洁，
申请(专利权)人：中科院广州化学有限公司国科广化南雄新材料研究院有限公司国科广化精细化工孵化器南雄有限公司，
类型：发明
国别省市：