[发明专利]一种导热绝缘纤维素膜及其制备方法

说明书

本发明涉及高分子膜材料技术领域，为解决传统纤维素纳米纤维材料导热性能差的问题，提供了一种导热绝缘纤维素膜及其制备方法，包括以下步骤：(1)将氧化石墨烯，金属盐和去离子水混合，超声分散，加入强碱加热回流，离心、冷冻干燥、高温煅烧，得导热填料；(2)将纤维素纳米纤维与导热填料混合，超声分散；(3)通过真空辅助自组装技术制备导热绝缘复合膜；(4)将导热绝缘复合膜经机械模压、干燥，即制得导热绝缘纤维素复合膜。本发明采用导热系数极高的石墨烯作为导热填料，为保证其绝缘性，将绝缘导热填料金属盐负载在石墨烯表面，制备得到导热绝缘纤维素膜，该导热绝缘纤维素膜保持高导热的同时绝缘性能优良。

技术领域

本发明涉及高分子膜材料技术领域，尤其涉及一种各向异性导热绝缘纤维素膜及其制备方法。

背景技术

近年来，随着科技的进步，电子元件及设备趋于小型化、轻量化、集成化、高速化发展，这使得电子器件在使用时将产生更多的热量，而这些热量若不能及时除去，将会影响设备的精度以及使用寿命。因此，提高电子设备的散热性能具有重要意义。高分子材料具有轻质、绝缘性能优异、力学性能良好等优点，广泛应用于电子设备的封装领域。其中，纤维素纳米纤维作为生物基高分子材料，具有良好的生物相容性、优异的力学性能，引起人们的广泛关注。但纤维素纳米纤维材料导热性能差，不能满足电子设备的散热需求，因此，改善其导热性能。

中国专利文献上公开了“一种高导热纳米纤维素基电气绝缘复合膜”，其申请公布号为CN107099045A，该发明先采用TEMPO氧化结合高压均质技术制备纳米纤维素,再利用浇铸成型的方法在纳米纤维素悬浮液中加填导热绝缘填料制备出导热纳米纤维素基绝缘膜。但是，该发明中复合膜的导热系数改善效果不是特别好，当填料添加量为20％时，复合膜的导热系数相较于纯纤维素膜仅提升115.8％。

发明内容

本发明为了克服传统纤维素纳米纤维材料导热性能差的问题，提供了一种导热绝缘纤维素膜的制备方法，该方法步骤简单、绿色环保，且易于操作。

本发明还提供了一种具有各向异性的导热绝缘纤维素膜，高面内导热系数可以使电子元件所产生的热量沿着复合膜平面方向很快地消散，同时，垂直于平面的导热系数较低，这可以防止电子元件受到相邻元件的热量影响。所述导热绝缘纤维素膜保持高导热的同时绝缘性能优良。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种导热绝缘纤维素膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯，金属盐和去离子水混合，并超声分散，在剧烈搅拌下，加入强碱并加热回流，随后离心、冷冻干燥、高温煅烧，得导热填料；

(2)将纤维素纳米纤维与导热填料混合，得纤维素纳米纤维/导热填料混合料；将纤维素纳米纤维/导热填料混合料于去离子水中超声分散，得纤维素纳米纤维/导热填料混合分散液；

(3)将纤维素纳米纤维/导热填料混合分散液通过真空辅助自组装技术制备导热绝缘复合膜；(4)将导热绝缘复合膜经机械模压、干燥，即制得导热绝缘纤维素复合膜。

本发明以氧化石墨烯为反应原料，经高温煅烧还原得到导热系数极高的石墨烯。本发明采用导热系数极高的石墨烯作为导热填料，同时，为保证复合膜的绝缘性能，将绝缘导热填料金属盐负载在石墨烯表面，隔断石墨烯的导电通路，只保留其导热性能，从而制备导热绝缘纤维素膜。必须严格按照本发明上述的工艺步骤(如加料顺序)才可以得到具有各向异性的导热绝缘纤维素膜。

作为优选，步骤(1)中，所述金属盐选自氯化镁、硫酸镁、氯化铝、硫酸铝中的一种。上述金属盐的筛选依据为煅烧后的金属氧化物具有导热绝缘性能，可以作为导热绝缘填料使用。

作为优选，步骤(1)中，超声功率控制在100～500W，频率控制在20～60KHz；超声时间控制在30～120min；