一种硅灰石和球形SiO2的复合粉体及其应用

摘要

本发明涉及一种硅灰石和球形SiO2的复合粉体及其应用，其特征在于所述的球形SiO2的质量百分含量为1‑10，余量为硅灰石。所述的硅灰石的长径比为≥5～15,球形SiO2平均粒径为0.1μm～10μm。其应用在热固性树脂或热塑性高聚物中以降低它们的相对黏度或增加热塑性塑料熔体相对流动速率；所述的热固性树脂是以环氧树脂为代表的热固性树脂组成物；所述的热塑性高聚物是自由基聚合的高分子聚合物为代表的热塑性高聚物。使用上面所述的复合粉体或需经一种或一种以上硅烷偶联剂处理。利用本发明提供的复合粉体，不仅有效地克服了单一硅灰石添加的缠绕的缺陷而又可提高MFR和/或降低相对黏度。

权利要求

1.一种硅灰石和球形SiO2的复合粉体的应用，其特征在于，包括以下步骤：S1，将长径比为5～15的硅灰石和平均粒径为0.1μm～10μm的球形SiO2混合得到复合粉体，其中，所述的球形SiO2在复合粉体中的质量百分含量为1％-10％，余量为硅灰石；

S2，将复合粉体加入热固性树脂或热塑性高聚物中得到树脂复合材料，以阻止硅灰石的相互缠绕并降低树脂复合材料的黏度。

2.按权利要求1所述的复合粉体的应用，其特征在于：所述的球形SiO2的平均粒径为0.1μm～5μm；

所述的硅灰石的长径比为8～12。

3.按权利要求1或2所述的复合粉体的应用，其特征在于：所述的热固性树脂是以环氧树脂为代表的热固性树脂组成物；

所述的热塑性高聚物是自由基聚合的高分子聚合物为代表的热塑性高聚物。

4.按权利要求1所述的复合粉体的应用，其特征在于，在所述步骤S2前，所述的复合粉体经硅偶联剂处理。

5.按权利要求4所述的复合粉体的应用，其特征在于，所述的硅偶联剂为不饱和烃基类硅烷、氨基类硅烷、环氧类硅烷、烷基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷或硅氮烷类。

6.按权利要求4所述的复合粉体的应用，其特征在于，所述的硅偶联剂为乙烯基类硅烷。

7.按权利要求4所述的复合粉体的应用，其特征在于，所述的硅偶联剂为苯基三甲氧基硅烷或γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。

说明书

一种硅灰石和球形SiO2的复合粉体及其应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种硅灰石和球形SiO2的复合粉体及其应用，属于无机非金属粉体领域。

背景技术

[0002] 硅灰石是一种链状硅酸盐矿物，化学式为Ca3[SiO3O9]，属三方晶系，系纤维状集合体，摩氏硬度为4.5～5.5，密度为2.75～3.10，是一种新型绝缘材料，可作为石棉的代用品。作为填料，加入热固性树脂或热塑性高聚物中虽能起增强、提高模量等作用，但加入树脂中往往会相互缠绕，不但起不到增韧增强的效果反而会使混合物黏度上升，严重影响使用效果。

[0003] 考虑到球形SiO2已广泛使用在塑封行业中，已成为塑封料的重要材料。尤其是球形SiO2已是塑封料中的高端填料。据报道，目前全世界球形SiO2年用量约为60,000吨，而我国当前年用量也已达10000吨。

[0004] 为此，本申请的发明人设想能否将两种材料结合起来构筑成新的材料体系，在针状(纤维状)的硅灰石中适当添加球形SiO2粉料，以阻止硅灰石的相互缠绕，最终使树脂混合的黏度大大降低，解决了单一硅灰石添加在树脂中的高黏度问题，从而构筑成本发明的构思。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种硅灰石和球形SiO2的复合粉体材料及其应用，所述的应用主要是指所述的复合粉体在热固性树脂或在热塑性高聚物中的应用。

[0006] 所述的硅灰石和球形SiO2的复合粉体的特征是

[0007] 1)球形二氧化硅的质量百分含量为1-10；

[0008] 所述球形二氧化硅的平均粒约为0.1μm～10μm，小于0.1μm时球形二氧化硅不易分散均匀，大于或等于10μm时，对硅灰石的相互缠绕的阻止能力不够，所以通常以0.1μm～5μm粒径更佳；

[0009] 2)所述的针状(或称纤维状)硅灰石粉体的长径比为≥5～15，长径比过大的针状(或纤维状)的填料加入树脂后，易缠绕从而导致混合物黏度上升，严重影响填充量的提高。硅灰石的长径比8～12为最佳。

[0010] 3)复合粉体或经硅烷偶联剂处理，以进一步改善黏度和增加填料与树脂的结合能力，本发明对使用的硅烷偶联剂的种类没有特别的限制，用一种或一种以上的偶联剂处理都可行。例如下述的偶联剂均可被使用：不饱和烃基类硅烷、NCO基硅烷硫类硅烷、氨基类硅烷、乙烯基类硅烷、环氧类硅烷、烷基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷或硅氮烷类。

[0011] 4)所述的热固性树脂是以环氧树脂为代表的热固性树脂组成物；所述的热塑性高聚物是自由基聚合的高分子聚合物为代表的热塑性高聚物。

[0012] 在以环氧树脂为代表的热固性树脂应用时硅灰石质量百分添加量为>36％～40％，球形SiO2的添加量为>0～4％，环氧树脂的加入量为60％，相对黏度从不添加球形SiO2时的相对黏度为100，下降至25或37，即下降 75％～63％。

[0013] 在以聚乙烯树脂为代表的热塑性高聚物应用时，硅灰石质量百分添加量为27～30％，球形SiO2添加量为0～3％时，聚乙烯树脂的加入量为70％时，相对MFR从不添加球形SiO2时的100提高到145；所述的MFR为热塑性塑料熔体流动速率。

[0014] 综上所述，利用本发明提供的复合粉体，不仅有效地克服了单一硅灰石添加缠绕的缺陷而又可提高MFR和降低相对黏度。

具体实施方式

[0015] 下面通过具体实施例的介绍，进一步表明本发明的实质性特点和显著的进步，但本发明决非仅局限于实施列，需特别强调指出的是在各具体实施方式中以硅灰石和球形SiO2复合粉体和所使用的树脂质量百分数为100％。

[0016] 实施例1

[0017] 将针状硅灰石和球形二氧化硅按表1的混合、未经硅烷偶联剂处理得到的对比例和各实施例的样品。将各样品按40％(质量百分比)和液态环氧树脂混合后脱气测其黏度。液态混合物的黏度和剪切速度有关，100％的未处理硅灰石在低剪切时黏度非常高、且随剪切速度提高而下降。对于灌封用途低剪切条件下黏度低为佳以便充填均一且无气孔。本实施例是以未添加球形 SiO2硅灰石的相对的黏度100为基准、树脂的加入量固定为60％(质量)而随2％质量分数球形SiO2的加入以及有无偶联剂的加入，相对黏度下降到25- 37，即下降15-63％。

[0018] 表1

[0019]

[0020] 注1：信越化学KBM-103，化学名：苯基三甲氧基硅烷处理量1％(质量)。

[0021] 注2：KH-560，江苏晨光产、化学名：γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷处理量1％(质量)。

[0022] 注3:0.5μm球形二氧化硅为进口日本的球形二氧化硅(用单质硅燃烧法生产)，2μm球形二氧化硅为本申请人所在浙江华飞电子基材有限公司的产品(Zip 313005)。

[0023] 本实施例中所述的偶联剂处理不只限于表中所指的偶联剂，可以使用的偶联剂如发明内容中所述的任一种。硅灰石长径比可以在≥5～15范围内任取。表1所述的硅灰石长径比为10，是为了描述方便而固定一个值，主要是说明不同长径比的硅灰石的添加量对性能的影响，在本发明所述的≥5-15的长径比范围内均有类似的结果。

[0024] 实施例2

[0025] 将针状(或纤维状)硅灰石和球形二氧化硅按表2的混合。本发明是将实施例11-18按添加质量百分数为30％-27％硅灰石和球形SiO2与聚乙烯予混后，用挤出机加热混合得聚乙烯混合物。本发明用塑料熔体流动速率对实施例粉体进行了评价。熔体质量流动速率(Melt mass-flow rate，简称 MFR)，是指在标准的熔融指数仪中在一定的温度和压力下，树脂熔料通过标准毛细管在10分钟内流出的熔料克数。以100％的未处理硅灰石的190℃时的MFR(热塑性塑料熔体流动速率)为基准、按下式定义测定了各实施例的相对MFR列入了表2。相对MFR＝(实施例的MFR)/(100％未处理硅灰石和聚乙烯混合物的MFR)。从表2结果中可明显看出添加硅灰石和球形二氧化硅复合粉体后聚乙烯树脂混合物的MFR大幅上升。尤其是在以聚乙烯树脂为代表的热塑性高聚物应用时，硅灰石质量百分添加量为27～30％球形 SiO2添加量为0～3％时，聚乙烯树脂的加入量为70％时，相对MFR从不添加球形SiO2时的
100，提高到145；所述的MFR为热塑性塑料熔体流动速率。其余同实施例1。

[0026] 表2

[0027]

[0028] 注1：信越化学KBM-103，处理量1％(重量)。

[0029] 注2:0.5μm球形二氧化硅为进口日本的球形二氧化硅(用单质硅燃烧生产)2μm球形二氧化硅为本发明申请人所在浙江华飞电子基材有限公司的产品(Zip 313005)。

[0030] 所述的偶联剂处理可以是发明内容中所述的任一种，硅灰石长径比可在≥5～15范围内任取。

[0031] 为清楚表述本发明所述的应用，现以MFR测定作一介绍。

[0032] 本发明是利用双螺杆挤出机对粉体与树脂进行熔融共混，制备出粉体/树脂复合材料。利用熔体流动速率仪对复合材料的MFR进行测定，用来表征粉体对树脂流动性的影响。

[0033] 其中，①高密度聚乙烯型号为DMDA8008；

[0034] ②使用设备：

[0035] a)双螺杆挤出机，TE-34，L/D＝28，螺杆直径34mm，原国家化工机械部；

[0036] b)熔体流动速率仪，RL-11B1，上海思尔达科学仪器有限公司。

[0037] 1)复合材料制备过程

[0038] 以粉体：树脂＝3：7的比例，分别称取粉体与基体树脂，先将二者在高速混合机上预混2min，然后倒入双螺杆挤出机料斗，开启主机螺杆、喂料螺杆，利用双螺杆挤出机对粉体与树脂进行熔融共混，将挤出机挤出的料条，经水冷却后，利用切粒机造粒。所制得的复合材料组成依次详见表2中实施例11-18，粉体与树脂熔融共混的温度工艺如下：

[0039]一区 二区 三区 四区 五区 六区 机头
130 140 155 160 165 165 160

[0040] 2)复合材料MFR测试过程

[0041] 将所制得实施例11-18复合材料先置于80℃烘箱下烘干1～2h，然后利用熔体流动速率仪对其进行MFR测试，测试温度为190℃，负荷为2.16kg。

[0042] 本发明实施例2中实施例11-18测试的参考标准为《GB/T 3682-2000热塑性塑料熔体质量流动速率和熔体体积流动速率的测定》，该标准等同采用国际标准ISO 1133。本发明采用该标准之方法A进行测试。

[0043] 虽然实施例1和2仅使用了一种偶联剂处理，但实际上正如发明内容所述，可使用一种或一种以上偶联剂处理。