本發(fā)明涉及導熱絕緣隔膜材料技術領域，具體涉及一種高導熱納米纖維素基電氣絕緣復合膜的制備方法。
背景技術：
隨著電子信息技術的飛速進步，電子設備和元器件向小型化、大功率化的趨勢發(fā)展，對電子設備和元器件內部絕緣材料的介電性能、散熱性能提出了更高的要求。為了確保電子設備的正常、有效運轉，需要把內部產生的熱量及時地傳導出去。因此，需要研發(fā)導熱性能更優(yōu)異的絕緣、封裝材料。
纖維素是自然界中儲量最豐富的天然高分子集合物，作為一種綠色可再生的資源，廣泛應用于人類生產與生活中。納米纖維素是利用物理、化學、生物或者幾種方法結合的手段解離動、植物纖維原料，得到直徑小于一百納米，長度為幾百納米至微米級別的納米纖維素。納米纖維素的機械性能優(yōu)異，其彈性模量高、拉伸強度大，并且相比于一般合成高聚物，納米纖維素具有相對較低的熱膨脹系數，是制備絕緣隔膜的理想原料。但是由于纖維素分子本征熱導率低以及納米纖維素膜的微孔結構，其膜的導熱系數較低(約0.25w/(m·k))，會影響電子設備和元器件的散熱性能。因此，開發(fā)一種具有良好導熱性能的新型納米纖維素膜具有巨大的應用價值。
六方氮化硼(h-bn)是一種非氧化物陶瓷材料，其晶體結構與石墨極為相似。h-bn是陶瓷材料中導熱性能最好的材料之一，其面內(001)導熱率達到180～200w/(m·k)，壓片制品導熱率達到30w/(m·k)；其熱膨脹系數在陶瓷材料中是最小的，在升溫過程中形變程度小。另外，h-bn是陶瓷材料中最好的高溫絕緣材料，室溫電阻率為1014ω·cm，高溫擊穿電壓3kv/mm，低介電損耗，108hz時為2.5×10-4，常溫時介電常數為4。因此，可用h-bn作為導熱絕緣填料，填充納米纖維素膜制備導熱納米纖維素基復合絕緣膜。
技術實現要素：
針對納米纖維素膜導熱性能差的不足，本發(fā)明的目的是制備一種高導熱納米纖維素基電氣絕緣復合膜的制備方法，既滿足電子設備和元器件中絕緣膜的強度性能和絕緣性能要求，又能使其內部熱量更快速進行傳導，提高設備的散熱性能。
為了實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案是：
一種高導熱納米纖維素基電氣絕緣復合膜的制備方法，包括以下步驟：
1)對漂白硫酸鹽針葉木漿進行打漿預處理，獲得紙漿；
2)用tempo/naclo/nabr體系將紙漿纖維素c6上的羥基選擇性氧化為羧基，得到tempo氧化纖維素懸浮液；離心分離，收集沉淀物進行透析處理，得到tempo氧化纖維素；
3)用高壓均質機解離tempo氧化纖維素，制備得到納米纖維素懸浮液；
4)取納米纖維素懸浮液，加入導熱絕緣填料，攪拌、超聲處理混合液使填料分散均勻；
5)將混合液放入烘箱中干燥，制得納米纖維素基電氣絕緣復合膜。
步驟1)中，打漿預處理過程為：撕取漂白硫酸鹽針葉木漿板在去離子水中浸泡4h，然后撕成25mm×25mm的小漿片；然后將漿片倒入瓦力打漿機內，向水槽中加入去離子水，使得漿濃達到2％，啟動打漿機進行疏解至無小漿塊為止；最后將重鉈掛上杠桿臂開始打漿，在打漿度達到50～55°sr后停止。
步驟2)中，具體過程為：取步驟1)絕干漿料5g加入1000ml三口燒瓶中，然后依次將0.5gnabr、0.08g2,2,6,6-四甲基哌啶氧氮自由基、50mlnaclo溶液加入至三口燒瓶中，加入去離子水使總體積為500ml，常溫下攪拌反應8h，期間用稀hcl和naoh溶液調節(jié)反應體系ph，使其維持在10～10.5之間，結束時加入20ml無水乙醇終止反應，得到懸浮液并用稀hcl溶液將ph調節(jié)至中性。
步驟2)中，離心的參數為：離心機轉速3000r/min，離心時間10min。
步驟3)中，高壓均質的參數為：壓力800bar，循環(huán)5次。
步驟3)中，采用旋轉蒸發(fā)方法提高懸浮液濃度至2％wt，旋轉蒸發(fā)的參數為：轉速30r/min，溫度60℃，真空度0.1mpa。
步驟4)中，導熱絕緣填料是六方氮化硼。
步驟4)中，先稀釋懸浮液濃度至1.5％wt，再加入導熱絕緣填料攪拌、超聲處理；磁力攪拌的參數為：轉速300r/min，時間30min；超聲分散的參數為：功率130w，超聲時間10s，間隔5s，總時間10min。
步驟5)中，烘箱干燥的參數為：溫度30℃，干燥時間2h。
所述的高導熱納米纖維素基電氣絕緣復合膜的制備方法所獲得的高導熱納米纖維素基電氣絕緣復合膜。
有益效果：與現有技術相比，本發(fā)明提供的制備方法采用tempo氧化結合高壓均質技術制備納米纖維素，并采用納米纖維素和六方氮化硼填料作為原料，采用澆鑄成型的方法制備納米纖維素基復合膜。納米纖維素在沉積的過程中形成三維多孔狀網絡結構，h-bn粒子的加填對膜的孔隙起到了填充的作用，并且填料粒子在膜內部堆積互相接觸形成導熱網鏈，由于填料自身的高熱導率和電絕緣性能，復合膜整體的導熱性能提高。氮化硼填充納米纖維素復合膜的有點在于在納米纖維素膜中加填氮化硼作為填料，改善膜的絕緣性能，并且大幅提高膜的導熱系數，使其滿足強度和絕緣性能的使用要求下獲得較高的導熱能力，在導熱絕緣材料領域有更佳的應用價值。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。
實施例1
對漂白硫酸鹽針葉木漿進行打漿預處理，處理過程為：撕取針葉木漿板在去離子水中浸泡4h，然后撕成25mm×25mm的小漿片。然后將漿片倒入瓦力打漿機內，向水槽中加入去離子水，使得漿濃達到2％，啟動打漿機進行疏解至無小漿塊為止。最后將重鉈掛上杠桿臂開始打漿，在打漿度達到50～55°sr后停止；取經過預處理的5g絕干漿料加入三口燒瓶中，然后依次將0.5gnabr、0.08g2,2,6,6-四甲基哌啶氧氮自由基(tempo)、50mlnaclo溶液加入至三口燒瓶中，加入去離子水使總體積為500ml，常溫下攪拌反應8h，期間用稀hcl和naoh溶液調節(jié)反應體系ph，使其維持在10～10.5之間，結束時加入20ml無水乙醇終止反應，并用稀hcl溶液將ph調節(jié)至中性；將懸浮液用離心機分離，離心機轉速3000r/min，離心時間10min。收集沉淀物進行透析處理，得到tempo氧化纖維素懸浮液；將透析完成后的tempo氧化纖維素用高壓均質機解離，高壓均質機壓力為800bar，循環(huán)5次，制備得到納米纖維素懸浮液。并用旋轉蒸發(fā)儀減壓蒸餾，轉速30r/min，溫度60℃，真空度0.1mpa，使納米纖維素懸浮液濃度濃縮至2％wt；取5.64g納米纖維素懸浮液于燒杯中，加入1.88g去離子水將納米纖維素懸浮液濃度稀釋1.5％wt。然后稱取0.006g導熱絕緣填料h-bn粒子加入納米纖維素懸浮液中，依次用磁力攪拌器和超聲波分散儀處理混合液使填料分散均勻，磁力攪拌的參數為：轉速300r/min，時間30min，超聲分散的參數為：功率130w，超聲時間10s，間隔5s，總時間10min；將混合液轉移至直徑為5.5cm的聚碳酸酯培養(yǎng)皿中，放入30℃烘箱中干燥2h；將培養(yǎng)皿轉移至干燥器中，使納米纖維素膜自然干燥，制備出定量為50g/m2的導熱納米纖維素基復合膜，其填料含量為5％，導熱系數為0.368w/(m·k)。
實施例2
對漂白硫酸鹽針葉木漿進行打漿預處理，處理過程為：撕取針葉木漿板在去離子水中浸泡4h，然后撕成25mm×25mm的小漿片。然后將漿片倒入瓦力打漿機內，向水槽中加入去離子水，使得漿濃達到2％，啟動打漿機進行疏解至無小漿塊為止。最后將重鉈掛上杠桿臂開始打漿，在打漿度達到50～55°sr后停止；取經過預處理的5g絕干漿料加入三口燒瓶中，然后依次將0.5gnabr、0.08g2,2,6,6-四甲基哌啶氧氮自由基(tempo)、50mlnaclo溶液加入至三口燒瓶中，加入去離子水使總體積為500ml，常溫下攪拌反應8h，期間用稀hcl和naoh溶液調節(jié)反應體系ph，使其維持在10～10.5之間，結束時加入20ml無水乙醇終止反應，并用稀hcl溶液將ph調節(jié)至中性；將懸浮液用離心機分離，離心機轉速3000r/min，離心時間10min。收集沉淀物進行透析處理，得到tempo氧化纖維素懸浮液；將透析完成后的tempo氧化纖維素用高壓均質機解離，高壓均質機壓力為800bar，循環(huán)5次，制備得到納米纖維素懸浮液。并用旋轉蒸發(fā)儀減壓蒸餾，轉速30r/min，溫度60℃，真空度0.1mpa，使納米纖維素懸浮液濃度濃縮至2％wt；取5.35g納米纖維素懸浮液于燒杯中，加入1.78g去離子水將納米纖維素懸浮液濃度稀釋1.5％wt。然后稱取0.012g導熱絕緣填料h-bn粒子加入納米纖維素懸浮液中，依次用磁力攪拌器和超聲波分散儀處理混合液使填料分散均勻，磁力攪拌的參數為：轉速300r/min，時間30min，超聲分散的參數為：功率130w，超聲時間10s，間隔5s，總時間10min；將混合液轉移至直徑為5.5cm的聚碳酸酯培養(yǎng)皿中，放入30℃烘箱中干燥2h；將培養(yǎng)皿轉移至干燥器中，使納米纖維素膜自然干燥，制備出定量為50g/m2的導熱納米纖維素基復合膜，其填料含量為10％，導熱系數為0.472w/(m·k)。
實施例3
對漂白硫酸鹽針葉木漿進行打漿預處理，處理過程為：撕取針葉木漿板在去離子水中浸泡4h，然后撕成25mm×25mm的小漿片。然后將漿片倒入瓦力打漿機內，向水槽中加入去離子水，使得漿濃達到2％，啟動打漿機進行疏解至無小漿塊為止。最后將重鉈掛上杠桿臂開始打漿，在打漿度達到50～55°sr后停止；取經過預處理的5g絕干漿料加入三口燒瓶中，然后依次將0.5gnabr、0.08g2,2,6,6-四甲基哌啶氧氮自由基(tempo)、50mlnaclo溶液加入至三口燒瓶中，加入去離子水使總體積為500ml，常溫下攪拌反應8h，期間用稀hcl和naoh溶液調節(jié)反應體系ph，使其維持在10～10.5之間，結束時加入20ml無水乙醇終止反應，并用稀hcl溶液將ph調節(jié)至中性；將懸浮液用離心機分離，離心機轉速3000r/min，離心時間10min。收集沉淀物進行透析處理，得到tempo氧化纖維素懸浮液；將透析完成后的tempo氧化纖維素用高壓均質機解離，高壓均質機壓力為800bar，循環(huán)5次，制備得到納米纖維素懸浮液。并用旋轉蒸發(fā)儀減壓蒸餾，轉速30r/min，溫度60℃，真空度0.1mpa，使納米纖維素懸浮液濃度濃縮至2％wt；取4.75g納米纖維素懸浮液于燒杯中，加入1.58g去離子水將納米纖維素懸浮液濃度稀釋1.5％wt。然后稱取0.024g導熱絕緣填料h-bn粒子加入納米纖維素懸浮液中，依次用磁力攪拌器和超聲波分散儀處理混合液使填料分散均勻，磁力攪拌的參數為：轉速300r/min，時間30min，超聲分散的參數為：功率130w，超聲時間10s，間隔5s，總時間10min；將混合液轉移至直徑為5.5cm的聚碳酸酯培養(yǎng)皿中，放入30℃烘箱中干燥2h；將培養(yǎng)皿轉移至干燥器中，使納米纖維素膜自然干燥，制備出定量為50g/m2的導熱納米纖維素基復合膜，其填料含量為20％，導熱系數為0.615w/(m·k)。
將上述實例1、實例2和實驗3制備方法制備出的導熱納米纖維素基復合絕緣膜性能與未加填導熱絕緣填料的納米纖維素膜進行對比，結果如下表1所示。
表1對比結果
其中，導熱系數提升為相對于未加填導熱絕緣填料的納米纖維素膜。
由上述實施例1～3可以看出，使用h-bn粒子作為填料加入納米纖維素膜中，復合絕緣膜的導熱系數隨著h-bn的含量增加而上升，在h-bn含量為5％、10％、20％時，紙張的導熱系數分別為0.368、0.472、0.615w/(m·k)，相較于傳統絕緣紙分別提升29.1％、65.6％、115.8％。