一種聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜及其制備方法。聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜中氮化硼含量為1～40wt％，制備方法為在溶液中將氮化硼由表面改性劑改性，得到表面改性氮化硼；在溶液狀態下，將聚芳醚腈與表面改性氮化硼混合；混合后通過添加或蒸除溶劑的方法調節混合液濃度得到聚芳醚腈/氮化硼流延液；將流延液過濾后在干凈平整表面均勻流延成膜；揮發掉溶劑后獲得專利所述聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜。所得聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜具有良好的導熱、介電性能，復合薄膜制備工藝簡單、可靠，適于工業化大規模生產。
【專利說明】
一種聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜及其制備方法。本發明制備的聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜可用于介電材料領域，也可用于導熱材料領域。【背景技術】
[0002]聚芳醚腈屬于高性能絕熱、絕緣高分子材料。將其應用于航空航天、電子領域，就必須在保持其良好介電性能的同時還應具有良好的散熱性能。為達到上述目的，最為簡便的方法是通過與具有良好導熱、介電性能填料共混改性的方式制備聚芳醚腈復合材料。氮化硼是用于高性能絕熱、絕緣高分子復合材料的重要填料。氮化硼導熱率約為250?300W.mlT1，體積電阻率約為1015Q ? cm，可同時滿足電子工業中對高導熱、高電阻材料的需求。常見的氮化硼粉末為六方晶系晶體結構，與石墨晶格結構相似，因此也俗稱為白色石墨。關于聚合物/氮化硼復合材料的研究十分活躍，專利201510380884.2報道了氮化硼/聚酰亞胺復合材料的制備方法，專利201410607027.7報道了基于聚醚砜和氮化硼制備導熱環氧樹脂的方法，專利201310067260.6報道了超高分子量聚乙烯/氮化硼復合材料的方法，專利 201510267311.9報道了氮化硼/聚丙烯高分子復合材料的制備方法，專利201310253733.1 報道了氮化硼/橡膠復合材料的制備方法等。均不涉及聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜材料及其制備。
[0003]氮化硼為類石墨層狀鱗片結構，化學惰性，與聚芳醚腈界面相容性較差，不利于在聚芳醚腈中良好分散，影響氮化硼性能的發揮。如何對氮化硼進行合適的表面改性，以增強其與聚芳醚腈的界面相容性成為制備高性能聚芳醚腈/氮化硼復合材料的關鍵技術之一。 [〇〇〇4]聚芳醚腈屬于主鏈剛性聚合物，延展性較差。基于熔融共混技術的吹膜法或雙向拉伸法制膜技術均不適用于聚芳醚腈與無機填料共混薄膜的制備。專利201510380884.2采用流延成膜的方法制備氮化硼/聚酰亞胺復合薄膜，但未涉及采用溶液共混法制備聚芳醚腈與氮化硼復合薄膜。基于此，本發明采用表面改性劑對氮化硼進行表面改性，并通過溶液共混法制備出一種新型聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜。
【發明內容】
[0005]本發明目的在于克服聚芳醚腈難以同時具有高導熱性、高絕緣性的弊端，提供一種用途廣泛、性能優良、制備簡單、工藝可靠的絕緣導熱聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜及其制備方法。
[0006]為達到上述發明目的，本發明采取了如下技術方案:
[0007](1)在20?80°C條件下，將氮化硼、表面改性劑在溶劑中超聲條件下分散得0.1? 1.5小時，得到表面改性氮化硼；
[0008](2)在加熱回流攪拌條件下，將聚芳醚腈溶于溶劑中，溶解完全后倒入(1)所述表面改性氮化硼混合，混合后將該混合液至于超聲條件下，繼續回流攪拌〇.5?3.0小時得到聚芳醚腈/氮化硼混合液；
[0009] (3)通過添加溶劑或蒸除溶劑的方法調節步驟(2)所得聚芳醚腈/氮化硼混合液濃度得到聚芳醚腈/氮化硼流延液；
[0010] (4)在40?80°C條件下，將步驟(3)所述聚芳醚腈/氮化硼流延液過濾后在干凈平整表面均勻流延成膜；
[0011] (5)將步驟(4)所得流延膜采用逐步升溫的方式揮發掉溶劑獲得專利所述聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜。[0〇12]步驟(1)所述的氮化硼粒徑范圍為10?100nm，最優為20?50nm。表面改性劑為酸酞型聚芳醚腈(酚酞與對苯二酚摩爾比為1:1 )、異丙醇基鋁酸酯偶聯劑、y -氨丙基三甲氧基硅烷偶聯劑中的一種或多種。表面改性劑用量為氮化硼質量的1?1 Owt %。當表面改性劑含酚酞型聚芳醚腈時，用量為氮化硼質量的5?10wt%最佳；當表面改性劑含異丙醇基鋁酸酯偶聯劑或T-氨丙基三甲氧基硅烷偶聯劑時，用量為氮化硼質量的1?3wt%最佳。[0〇13] 步驟(1)、(2)、⑶所述的溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一種或多種，步驟(1)、(2)、(3)中所述溶劑可以相同也可以不同。[〇〇14]步驟(1)、(2)所述的超聲條件為水浴超聲，超聲功率為50?300W。步驟(2)所述的聚芳醚腈為酚酞啉型聚芳醚腈。
[0015]步驟(3)所述的聚芳醚腈/氮化硼流延液濃度為每100mL溶液中固含量為1?10克， 優選為l〇〇mL溶液中固含量為3?5克。
[0016]步驟(4)所述的表面可以是單塊的玻璃表面，也可以是連續傳送的鋁帶、聚合物表面。
[0017]步驟(5)所述的逐步升溫起始溫度為40?80°C，終了溫度為140?180°C，可以是階梯式升溫也可以是連續式升溫。
[0018]所述聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜中氮化硼含量為1?40wt%。[〇〇19]與已有技術相比，本發明具有如下突出優點:
[0020] (1)本發明所制備的聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜具有介電與導熱性能可控、薄膜厚度可控、合成工藝簡單的優點。
[0021] (2)本發明所制備的聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜可廣泛應用于航空航天、電子等領域需要同時具有良好介電、耐熱性能的薄膜材料。【具體實施方式】[〇〇22]以下結合具體實施例來對本發明作進一步說明，但本發明所要求保護的范圍并不局限于實施例所涉及的范圍。[〇〇23] 實施例1[〇〇24]在25°C條件下，將1克粒徑為5mi的氮化硼、0.05克酚酞型聚芳醚腈、0.03克異丙醇基鋁酸酯偶聯劑加入l〇ml N，N-二甲基甲酰胺溶劑中，在80瓦超聲水浴中分散1.5小時，得到表面改性氮化硼。在加熱回流攪拌條件下，將1.40克酚酞啉型聚芳醚腈溶于30mL N，N-二甲基甲酰胺溶劑中，溶解完全后倒入表面改性氮化硼混合，混合后將該混合液至于超聲水浴中繼續回流攪拌1.5小時，得到聚芳醚腈/氮化硼混合液。向混合液補加10?20mL N，N-二甲基甲酰胺溶劑，并調節溫度至80°C，過濾后去除雜質后，在干凈平整的玻璃表面均勻流延成膜。將流延膜放入烘箱中，依次在80 °C、100 °C、120 °C、140 °C各烘1小時，烘除溶劑后，緩慢降至室溫后經清水沖洗脫膜，獲得厚度為20-30wii的聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜。薄膜拉伸強度為44.5MPa，200kHz介電常數為4.7。[〇〇25] 實施例2[〇〇26]在25°C條件下，將0.5克粒徑為1.5wii的氮化硼、0.005克異丙醇基鋁酸酯偶聯劑加入10mL N，N-二甲基乙酰胺溶劑中，在120瓦超聲水浴中分散0.5小時，得到表面改性氮化硼。在加熱回流攪拌條件下，將2.25克酚酞啉型聚芳醚腈溶于30mL N，N-二甲基甲酰胺溶劑中，溶解完全后倒入表面改性氮化硼混合，混合后將該混合液至于超聲水浴中繼續回流攪拌1.5小時，得到聚芳醚腈/氮化硼混合液。向混合液補加10?20mL N，N-二甲基甲酰胺溶劑，并調節溫度至80°C，過濾后去除雜質后，在干凈平整的玻璃表面均勻流延成膜。將流延膜放入烘箱中，依次在80°C、100°C、120°C、140°C各烘1小時，烘除溶劑后，緩慢降至室溫后經清水沖洗脫膜，獲得厚度為20-30M1的聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜。薄膜拉伸強度為 60 ? OMPa，200kHz 介電常數為4 ? 8。[〇〇27] 實施例3[〇〇28]在25°C條件下，將0.25克粒徑為lMi的氮化硼、0.005克丫-氨丙基三甲氧基硅烷偶聯劑加入l〇ml N-甲基吡咯烷酮溶劑中，在160瓦超聲水浴中分散0.5小時，得到表面改性氮化硼。在加熱回流攪拌條件下，將2克酚酞啉型聚芳醚腈溶于30mL N，N-二甲基甲酰胺溶劑中，溶解完全后倒入表面改性氮化硼混合，混合后將該混合液至于超聲水浴中繼續回流攪拌1.5小時，得到聚芳醚腈/氮化硼混合液。向混合液補加10?20mL N，N-二甲基甲酰胺溶劑，并調節溫度至80°C，過濾后去除雜質后，在干凈平整的玻璃表面均勻流延成膜。將流延膜放入烘箱中，依次在80°C、100°C、120°C、140°C各烘1小時，烘除溶劑后，緩慢降至室溫后經清水沖洗脫膜，獲得厚度為20-30M1的聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜。薄膜拉伸強度為 63.6MPa，200 kHz介電常數為5.1。
[0029] 實施例4[〇〇3〇]在25°C條件下，將0.2克粒徑為2mi的氮化硼、0.001克異丙醇基鋁酸酯偶聯劑加入 10mL N-甲基吡咯烷酮溶劑中，在300W超聲水浴中分散0.5小時，得到表面改性氮化硼。在加熱回流攪拌條件下，將2克酚酞啉型聚芳醚腈溶于30mL N-甲基吡咯烷酮溶劑中，溶解完全后倒入表面改性氮化硼混合，混合后將該混合液至于超聲水浴中繼續回流攪拌1.5小時，得到聚芳醚腈/氮化硼混合液。向混合液補加10?20mL N，N-二甲基甲酰胺溶劑，并調節溫度至80°C，過濾后去除雜質后，在干凈平整的玻璃表面均勻流延成膜。將流延膜放入烘箱中， 依次在80°(:、100°(:、120°(:、140°(:各烘1小時，烘除溶劑后，緩慢降至室溫后經清水沖洗脫膜，獲得厚度為20-30_的聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜。薄膜拉伸強度為66.8MPa，200kHz介電常數為3.7。
【主權項】
1.一種聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜，其特征在于薄膜中氮化硼含量為1?40wt%。2.根據權利要求1所述的聚芳醚腈/氮化硼復合薄膜，其特征在于制備方法包括如下步 驟:(1)在20?80°C條件下，將氮化硼、表面改性劑在溶劑中超聲條件下分散得0.1?1.5小 時，得到表面改性氮化硼；(2)在加熱回流攪拌條件下，將聚芳醚腈溶于溶劑中，溶解完全后倒入(1)所述表面改 性氮化硼混合，混合后將該混合液至于超聲條件下，繼續回流攪拌0.5?3.0小時得到聚芳 醚腈/氮化硼混合液；(3)通過添加溶劑或蒸除溶劑的方法調節步驟(2)所得聚芳醚腈/氮化硼混合液濃度得 到聚芳醚腈/氮化硼流延液；(4)在40?80°C條件下，將步驟(3)所述聚芳醚腈/氮化硼流延液過濾后在干凈平整表 面均勻流延成膜；(5)將步驟(4)所得流延膜采用逐步升溫的方式揮發掉溶劑獲得專利所述聚芳醚腈/氮 化硼復合薄膜。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于步驟(1)所述的氮化硼為六方晶系氮化硼粉 末，粒徑范圍0 ? 5?5ym。4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于步驟(1)所述的表面改性劑為酚酞型聚芳醚 腈(酚酞與對苯二酚摩爾比為1:1)、異丙醇基鋁酸酯偶聯劑、T -氨丙基三甲氧基硅烷偶聯 劑中的一種或多種。5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于步驟(1)、(2)、(3)所述的溶劑為N，N-二甲基 甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一種或多種，步驟(1)、(2)、(3)中所述溶 劑可以相同也可以不同。6.根據權利要求2所述的方法，其特征在于步驟(1)所述的表面改性劑用量為氮化硼質 量的1?10wt%。當表面改性劑含酸酞型聚芳醚腈時，用量為氮化硼質量的5?10wt%最佳； 當表面改性劑含異丙醇基鋁酸酯偶聯劑或Y -氨丙基三甲氧基硅烷偶聯劑時，用量為氮化 硼質量的1?3wt%最佳。7.根據權利要求2所述的方法，其特征在于步驟(1)、(2)所述的超聲條件為水浴超聲 池，超聲功率為50?300瓦。8.根據權利要求2所述的方法，其特征在于步驟(2)所述的聚芳醚腈為酚酞啉型聚芳醚臆。9.根據權利要求2所述的方法，其特征在于步驟(3)所述的聚芳醚腈/氮化硼流延液濃 度為每100mL溶液中固含量為1?10克，優選為100mL溶液中固含量為3?5克。10.根據權利要求2所述的方法，其特征在于步驟(4)所述的表面可以是單塊的玻璃表 面，也可以是連續傳送的鋁帶、聚合物表面。11.根據權利要求2所述的方法，其特征在于步驟(5)所述的逐步升溫起始溫度為40? 80°C，終了溫度為140?180°C，可以是階梯式升溫也可以是連續式升溫。
【文檔編號】C08K9/06GK106084261SQ201610455331
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月21日
【發明人】劉孝波, 孔祥建, 楊瑞琪
【申請人】電子科技大學