一種氧化鎂粉體表面有機改性的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于粉體表面處理和導熱性復合材料領域，涉及一種氧化鎂粉體表面有機 改性的方法以及通過該方法獲得的表面有機改性氧化鎂粉體及其在制備導熱性復合材料 中的應用。
【背景技術】
[0002] 氧化鎂粉體作為導熱填充劑與聚合物復合，能顯著改善所制得的聚合物復合材料 的導熱性能，同時因其優(yōu)越的電絕緣性和相對低廉的價格，在電絕緣性導熱要求的電子電 器領域受到廣泛關注。然而，氧化鎂的無機粉體顆粒表面極性高，粉體顆粒間的作用較強， 與有機聚合物的相容性差，常常導致以下問題：（1)粉體在聚合物中易團聚而難以均勻分 散，且有機與無機界面處易存在空隙，由此降低了所制得的復合材料的力學性能和導熱性 能；(2)在復合過程中，混合物的粘度高，流動性差，增加了加工或施工的難度；（3)復合過 程的高粘度特性也限制了氧化鎂粉體的添加量，對給定的聚合物和粉體，由于復合材料的 熱導率正比于添加量，由此也限制了高導熱復合材料的獲得。
[0003] 為改善氧化鎂粉體與聚合物的相容性，需要對氧化鎂粉體顆粒的高極性表面進行 有機化改性。中國專利CN101981130B采用己基三乙氧基硅烷等硅烷偶聯劑對氧化鎂粉體 表面有機改性，將此改性氧化鎂與聚異丁烯復合，其添加量可達60%質量分數，所獲得的材 料熱導率為I. 2W/m · K，同時還保持低硬度。然而，此方法處理過程中通常存在現粉體顆粒 間的團聚現象，需要在處理完結之后對粉體進行過篩處理，增加了工藝成本；同時，為幫助 偶聯劑在粉體中的分散，通常需要用有機溶劑將偶聯劑稀釋至10~20%的質量百分比濃 度，這給工作環(huán)境和安全都帶來不利影響。
[0004] 已公開的研究文獻對氧化鎂的表面有機改性的技術方案主要采用表面活性劑，其 改性機理是通過表面活性劑上親水基團與無機粉體表面的物理作用，吸附于粉體顆粒表 面，實現親油基團對粉體表面的包覆。目前所采用表面活性劑主要以脂肪酸類離子活性劑 為主，如硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、油酸鈉等，其工藝包含液相法和干法，前者是在粉體的懸浮液 中加入處理劑，通過過濾獲得改性粉體；而后者是將處理劑直接或者用溶劑分散后加入粉 體，進行高速攪拌混合。這兩種處理法均可以增大粉體在樹脂中的添加量，尤其是對室溫工 藝制備的液體膠粘劑，可明顯降低膠的粘度，提供良好的施工流動性。然而，由于表面活性 劑與粉體之間僅有物理作用力，結合不夠緊密，所制得的液體膠粘劑易出現返粘現象，特別 是對需要加熱的工藝過程，更會導致處理劑解吸附，使得在復合過程中的膠液或熔體的流 動性降低，從而影響復合材料的加工和制品的品質。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于增強填料與有機基體的結合力，實現粉體在有機物基體中的大 量填充和改善有機物高分子材料的導熱性能。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的。
[0007] -方面，本發(fā)明提供一種氧化鎂粉體的表面有機改性方法，所述方法包括以下步 驟：
[0008] (1)將水、氧化鎂粉體、陰離子表面活性劑、單體、自由基引發(fā)劑在不使所述單體聚 合的溫度下混勻，以形成所述氧化鎂粉體在水相中的分散液，
[0009] 其中氧化鎂粉體的中位粒徑為1~100 μ m，陰離子表面活性劑與氧化鎂的質量比 為 1 ~5:100 ;
[0010] (2)在不使所述單體聚合的溫度下，將步驟（1)得到的所述混勻的分散液在攪拌 速率8~20轉/分鐘下攪拌8~15小時，以形成在所述氧化鎂粉體與水相的界面上的界 面膠束，且使所述單體進入并溶于所述界面膠束內部；
[0011] (3)通過加熱至70~80°C，使所述單體在所述界面膠束內聚合，以得到表面有機 改性的氧化鎂粉體。
[0012] 優(yōu)選地，所述氧化鎂粉體的中位粒徑為1~40 μ m。優(yōu)選地，所述氧化鎂粉體與水 的質量比為1:1~1:5,優(yōu)選為1:1~1:4。
[0013] 優(yōu)選地，陰離子表面活性劑選自硬脂酸、硬脂酸鈉、硬脂酸鉀、硬脂酸鋅、硬脂酸 鋁、辛烷基磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、丁二酸二辛基磺酸鈉、對十二烷基苯磺酸鈉中的一種 或多種；優(yōu)選地，所述陰離子表面活性劑為硬脂酸鉀、辛烷基磺酸鈉或十二烷基磺酸鈉。陰 離子表面活性劑通過與氧化鎂表面的羥基的相互作用，吸附在氧化鎂粉體表面，在水中形 成定向于粉體表面的膠束，由此在膠束內單體的聚合產物可以均勻定向形成包覆粉體顆粒 的有機層。陰離子表面活性劑的用量受兩方面因素的限制，首先其用量應高于粉體對其吸 附達到穩(wěn)定狀態(tài)所需要的量；其次陰離子表面活性劑在水相中的濃度（即未吸附在粉體與 水相的界面上的表面活性劑的濃度）應低于臨界膠束濃度（陰離子表面活性劑在水中締合 形成膠束的最低濃度），這樣可確保界面膠束的形成，而避免水相中出現膠束。根據所用粉 體的中位粒徑及其用量，可以粗略估計粉體的總表面積，由此推算出表面活性劑用量，進而 選擇單體和引發(fā)劑的用量。
[0014] 優(yōu)選地，陰離子表面活性劑與氧化鎂的質量比為1~5:100,優(yōu)選為2~4:100。 若濃度太低，膠束難以在粉體表面完整形成；而太高的話，可能導致水相中出現過多游離膠 束。
[0015] 優(yōu)選地，單體選自苯乙烯和丙烯酸類單體，例如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯丙烯 酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸丁酯、 甲基丙烯酸異丁酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥乙酯或甲基丙烯酸羥丙酯 中的一種或多種，優(yōu)選為甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯或苯乙烯。單體與 氧化鎂的質量比為5~20:100,優(yōu)選為8~15:100,具體用量是根據粉體的粒徑和用量，以 及所需要的有機包覆層的厚度而定。單體通過界面聚合在氧化鎂粉體表面形成有機包覆 層，從而降低氧化鎂表面極性，使得氧化鎂與高分子之間的粘結緊密。
[0016] 優(yōu)選地，自由基引發(fā)劑選自過硫酸銨、過硫酸鈉或過硫酸鉀中的一種或多種，自由 基引發(fā)劑與單體的質量比為〇. 2~1:100。優(yōu)選地，自由基引發(fā)劑與單體的質量比為0. 5~ 1:100。若引發(fā)劑用量太低，使反應時間延長，生產效率降低，且殘余單體多；若濃度太高，則 反應溫度不易控制，導致產物分子量分布不均勻。
[0017] 優(yōu)選地，水為去離子水。作為反應介質，水的添加量與氧化鎂的質量比為5:1~ 1:1，優(yōu)選為4:1~1:1范圍，以保證粉體能有效被浸潤和分散為選擇標準。
[0018] 根據本發(fā)明的方法的一個優(yōu)選實施方案，步驟（1)是在室溫下，將水、氧化鎂粉 體、陰離子表面活性劑、單體、自由基引發(fā)劑置于容器中混合并在20~30°C下快速攪拌 20~30分鐘，直至攪拌均勻。
[0019] 根據本發(fā)明的方法的另一個優(yōu)選實施方案，步驟（2)是將所述混勻的分散液在 8~20轉/分鐘，優(yōu)選地10~12轉/分鐘的攪拌速率下進行8~15小時，優(yōu)選地10~ 12小時，以保證膠束在粉體與水相的界面上形成，以及單體均勻進入膠束內部。
[0020] 根據本發(fā)明的方法的另一個優(yōu)選實施方案，步驟（3)中所述自由基引發(fā)劑可以采 用熱引發(fā)或者UV輻照引發(fā)聚合。所述聚合是在所述降低的攪拌速率下進行的。優(yōu)選地，所 述聚合在升高的溫度下于8~20轉/分鐘，優(yōu)選地10~12轉/分鐘的攪拌速率下進行 3~4小時。優(yōu)選地，界面聚合的溫度在70~80°C之間，此溫度較過硫酸鹽的分解溫度高 約30°C左右，其目的是保證聚合物分子量的均勻性，同時減少單體的殘余量和聚合時間。
[0021] 根據本發(fā)明的方法的另一個優(yōu)選實施方案，所述方法還包括固液分離，然后將所 得粉體洗滌、干燥。優(yōu)選地，所述干燥在溫度約l〇〇°C的鼓風烘箱中進行3小時以上。
[0022] 另一方面，本發(fā)明提供了一種表面有機改性的氧化鎂粉體，所述粉體是由包括以 下步驟的方法制備的：
[0023] (1)將水、氧化鎂粉體、陰離子表面活性劑、單體、自由基引發(fā)劑在不使所述單體聚 合的溫度下混勻，以形成所述氧化鎂粉體在水相中的分散液，
[0024] 其中氧化鎂粉體的中位粒徑為1~100 μ m，陰離子表面活性劑與氧化鎂的質量比 為 1 ~5:100 ;
[0025] (2)在不使所述單體聚合的溫度下，將步驟（1)得到的所述混勻的分散液在攪拌 速率8~20轉/分鐘下攪拌