一種乳液法制備石墨烯/二氧化硅復(fù)合納米填料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于功能型非金屬復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種乳液法制備石墨烯/二氧化硅復(fù)合納米填料的方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]環(huán)氧模塑料(EMC)作為一種重要的微電子封裝材料，主要用于封裝半導(dǎo)體芯片以保護(hù)芯片免受到外部環(huán)境的破壞，同時(shí)具有一定的散熱效果。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)電子產(chǎn)品的集成化，微型化，可靠性的要求不斷提高，這就需要環(huán)氧模塑料必須具有更低的膨脹系數(shù)、粘度和內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)具有較高的導(dǎo)熱，粘結(jié)性和可靠性。二氧化硅粉體具有優(yōu)異的理化特性，能有效地改善環(huán)氧樹脂的流動(dòng)性、熱膨脹系數(shù)、吸水率等特征，因此它是封裝用環(huán)氧塑封料的最主要也是最理想的填充材料。二氧化硅微粉有結(jié)晶型和熔融型，根據(jù)形貌還可氛圍球形和角形。不同的制備方式得到的二氧化硅的種類和粒徑大不相同，對(duì)于環(huán)氧樹脂的改性效果也大不相同。同時(shí)為了更好地使二氧化硅微粉與樹脂混合，就要對(duì)二氧化硅微粉進(jìn)行表面改性，使之具有良好的浸潤性，從而增強(qiáng)填料與高分子聚合物界面之間的結(jié)合力。
[0003]石墨烯，一種片狀的石墨分子，具有優(yōu)異的耐熱性、機(jī)械性能、電性能、傳輸性能、氣體屏障性能及熱電性能，不僅具有重要的理論研宄價(jià)值，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能還使其有可能在許多領(lǐng)域取得重大的應(yīng)用價(jià)值，為未來的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展提供新的有力增長點(diǎn)。因此，石墨烯很快就成為繼富勒稀和碳納米管之后材料科學(xué)領(lǐng)域的又一個(gè)研宄焦點(diǎn)，世界各國政府、民間以及工業(yè)界的研宄機(jī)構(gòu)對(duì)石墨烯的制備、改性和應(yīng)用展開了廣泛的研宄。而利用石墨烯材料改性環(huán)氧模塑料可以有效地增韌增強(qiáng)環(huán)氧樹脂，大幅提高模塑料的機(jī)械性能和導(dǎo)熱性能。
[0004]鑒于此，在產(chǎn)品配方中同時(shí)添加二氧化硅微粉以及石墨烯可以有效的發(fā)揮兩者的協(xié)同效應(yīng)，能夠有效地提升對(duì)樹脂的增韌增強(qiáng)作用。但是，二氧化硅微粉與石墨烯之間的化學(xué)作用力很弱，將兩組分單獨(dú)加入共混時(shí)很難發(fā)揮其協(xié)同增韌效果。因此可以制備石墨烯/二氧化硅復(fù)合納米填料，將該種復(fù)合填料用于增韌增強(qiáng)樹脂。然而利用普通溶液法制備的石墨烯/ 二氧化硅復(fù)合納米填料，二氧化硅微球在石墨烯片上生長且其直徑一般為數(shù)十納米。本發(fā)明利用乳液法制備石墨烯/ 二氧化硅復(fù)合納米填料，通過石墨烯乳液為模板制備二氧化硅微球可以得到新型的復(fù)合物微結(jié)構(gòu)，該種納米填料能有效地提升在環(huán)氧樹脂中的分散性以及增韌增強(qiáng)效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明的目的在于:提供一種乳液法制備石墨烯/ 二氧化硅復(fù)合納米填料的方法。石墨烯具有優(yōu)異的機(jī)械性能，可以作為一種納米填料用以增韌增強(qiáng)環(huán)氧樹脂方面。二氧化硅粒子作為一種無機(jī)填料粒子可以很好的降低環(huán)氧塑封料的熱膨脹系數(shù)同時(shí)提升材料的導(dǎo)熱能力。采用本發(fā)明所述的方法制備石墨烯/二氧化硅復(fù)合納米填料可以得到新型的復(fù)合物微結(jié)構(gòu)，有效地提升在環(huán)氧樹脂中的分散性同時(shí)結(jié)合石墨烯以及二氧化硅各自的特點(diǎn)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]一種乳液法制備石墨烯/ 二氧化硅復(fù)合納米填料的方法，具體步驟如下:
[0008](I)利用改進(jìn)的Hmnmers方法制備得到氧化石墨；
[0009](2)將氧化石墨超聲分散于水中得到氧化石墨烯水溶液；
[0010](3)向步驟⑵中得到的氧化石墨烯水溶液中加入一定量的甲苯，用均質(zhì)機(jī)乳化得到氧化石墨烯乳液；
[0011](4)將一定質(zhì)量的硅氧烷加入到步驟(3)所得的石墨烯乳液中，再加入一定量的氨水；
[0012](5)常溫下攪拌至反應(yīng)結(jié)束，過濾得到石墨烯/ 二氧化硅復(fù)合納米填料。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有點(diǎn)如下:
[0014](I)本發(fā)明方法制備石墨烯/ 二氧化硅復(fù)合納米填料可以大幅減少有機(jī)溶劑使用量，更加綠色環(huán)保；
[0015](2)本發(fā)明方法制備石墨烯/ 二氧化硅復(fù)合納米填料與一般溶液法制備的復(fù)合填料相比，具有新型的微結(jié)構(gòu)，二氧化硅的尺寸能達(dá)到微米級(jí)；
[0016](3)本發(fā)明方法制備的石墨烯/ 二氧化硅復(fù)合納米填料用于增強(qiáng)環(huán)氧模塑料具有良好的分散性，同時(shí)能有效提升環(huán)氧模塑料機(jī)械性能、導(dǎo)熱能力并降低材料熱膨脹系數(shù)。
【具體實(shí)施方式】
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[0017]以下所列實(shí)施例和應(yīng)用例是為更具體的說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅局限于該處所列實(shí)施例和應(yīng)用例。
[0018]實(shí)施例1:
[0019]稱取0.2克氧化石墨稀置于500暈升的三口燒瓶中，加入200暈升去尚子水，超聲30分鐘溶解。超聲結(jié)束后加入20毫升甲苯，利用均質(zhì)乳化機(jī)乳化5分鐘，轉(zhuǎn)速為5000rpm。當(dāng)乳化完成形成均一的乳液后，加入10克四乙氧基硅氧烷，低轉(zhuǎn)速攪拌溶解。再加入100毫升濃度為10%的氨水溶液繼續(xù)攪拌12小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后用空隙為220納米的聚丙烯微孔薄膜過濾并用水洗，烘干得到石墨烯/ 二氧化硅復(fù)合納米填料。
[0020]實(shí)施例2:
[0021]稱取I克氧化石墨烯置于1000毫升的三口燒瓶中，加入500毫升去離子水，超聲60分鐘溶解。超聲結(jié)束后加入100毫升甲苯，利用均質(zhì)乳化機(jī)乳化10分鐘，轉(zhuǎn)速為7000rpmo當(dāng)乳化完成形成均一的乳液后，加入100克四乙氧基硅氧烷，低轉(zhuǎn)速攪拌溶解。再加入500毫升濃度為10%的氨水溶液繼續(xù)攪拌12小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后用空隙為220納米的聚丙烯微孔薄膜過濾并用水洗，烘干得到石墨烯/ 二氧化硅復(fù)合納米填料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種乳液法制備石墨烯/ 二氧化硅復(fù)合納米填料的方法，其特征在于:該方法的具體步驟如下: (1)將氧化石墨烯超聲分散于水中； (2)向步驟(I)中得到的石墨烯水溶液中加入一定量的甲苯，用均質(zhì)機(jī)乳化得到石墨烯乳液； (3)將一定質(zhì)量的硅氧烷加入到步驟(2)所得的石墨烯乳液中，再加入一定量的氨水； (4)常溫下攪拌至反應(yīng)結(jié)束，過濾得到石墨烯/二氧化硅復(fù)合納米填料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種乳液法制備石墨烯/二氧化硅復(fù)合納米填料的方法，其特征在于:氧化石墨稀水溶液的濃度為0.1?5mg/mL。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種乳液法制備石墨烯/二氧化硅復(fù)合納米填料的方法，其特征在于:甲苯與石墨烯水溶液的質(zhì)量比為1:1?1: 20。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種乳液法制備石墨烯/二氧化硅復(fù)合納米填料的方法，其特征在于:所用硅氧烷可以是四甲氧基硅氧烷和四乙氧基硅氧烷中的一種或兩種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種乳液法制備石墨烯/二氧化硅復(fù)合納米填料的方法，其特征在于:硅氧烷的用量為氧化石墨烯使用量的50?500倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種乳液法制備石墨烯/二氧化硅復(fù)合納米填料的方法，其特征在于:氨水的濃度為10?20%，用量為娃氧燒用量的0.5?5%。
【專利摘要】本發(fā)明屬于功能型非金屬復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種乳液法制備石墨烯/二氧化硅復(fù)合納米填料的方法。其步驟為：將氧化石墨溶于水中得到其水溶液，然后加入一定量的甲苯通過均質(zhì)機(jī)乳化制備得到石墨烯乳液，再加入單體硅氧烷，用氨水調(diào)節(jié)pH值后攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后洗滌過濾得到石墨烯/二氧化硅復(fù)合納米填料。與一般溶液共混法制備的石墨烯/二氧化硅復(fù)合填料相比，利用本發(fā)明技術(shù)方案制備的納米填料具有特異的微結(jié)構(gòu)，二氧化硅的尺寸達(dá)微米級(jí)。填料在環(huán)氧樹脂基體中具有良好的分散性，同時(shí)結(jié)合了石墨烯材料以及二氧化硅各自的優(yōu)點(diǎn)能有效地增強(qiáng)材料的力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能。
【IPC分類】C08K3-04, C08K3-00, C08L63-00, C08K3-36
【公開號(hào)】CN104530649
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410842830
【發(fā)明人】劉曉亞, 費(fèi)小馬, 魏瑋, 羅靜, 趙芳巧, 陳亞鑫, 翁根元
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月25日