功能化二氧化钛填料、其制备方法及所得PTFE高频覆铜箔板技术

本发明专利技术提供了一种功能化二氧化钛填料、其制备方法及所得PTFE高频覆铜箔板，属于材料化学技术领域。本发明专利技术提供的功能化二氧化钛填料的晶相为纯金红石相，且二氧化钛填料的原材料为水热法合成的高活性纳米二氧化钛前驱体；所述功能化二氧化钛填料的吸油量>13.7g/100g且介电常数Dk＞11.5、介电损耗Df＜0.00093。本发明专利技术提供功能化二氧化钛填料晶体缺陷少，表面羟基基团得到有效控制，应用于覆铜箔板时复合材料的介电常数高达12.5，介电损耗低于1.5

【技术实现步骤摘要】
功能化二氧化钛填料、其制备方法及所得PTFE高频覆铜箔板


[0001]本专利技术属于材料化学
，尤其涉及一种功能化二氧化钛填料、其制备方法及所得PTFE高频覆铜箔板。

技术介绍

[0002]随着5G技术的高速发展，微波、毫米波通讯材料对传输信号的高速化以及高频化提出更高的要求。由于应用于5G高频领域的雷达及天线日趋微型化和轻质化，并且要兼顾其功率大、安全系数高的应用需求，必须使用具有更高介电常数和更低介电损耗的电介质基片。目前高介电常数的介质基片用得最多、最广的主要有高介电陶瓷基板和高介电常数聚合物基覆铜板。以高介电常数陶瓷填充聚合物得到的高介电常数聚合物基覆铜板，结合了陶瓷和聚合物各自的优点，可以同时具有介电常数高、易加工等优良性能，同时具有非常好的机械性能，已经被应用于小型化天线的制备中。
[0003]TiO2由于其较高的介电常数，表现出优良的电学性能，常被用作无机陶瓷填料加入聚合物基覆铜板中，用以改善聚合物的介电、力学等性能。然而，目前常用的TiO2填料多为角型的纳米/亚微米级颗粒，易与有机聚合物之间易形成大量微观界面，从而导致介电损耗等性能指标无法满足使用需求。CN112678867A公开了一种水热加煅烧的方法制备高介电常数低损耗的电子级TiO2微粒的方法，所述方法可用于制备低比表面(＜0.95m2/g)的微米级颗粒(粒度分布2
‑
8μm)。但所制备TiO2微米颗粒使用钛的醇盐作为钛源，极大增加了生产成本，且该工艺产率低，不利于实现功能工业化生产。CN 113402774 A公开了一种高介电性能的微米级二氧化钛填料，其提供了一种在高频率下具有高介电常数，低介电损耗的微米级二氧化钛粉体，但该粉体在煅烧后仍存在较多的表面羟基基团，由于表面基团的极性将影响粉料在有机树脂中的分散性以及结晶性，从而极大影响复合板材的介电性能，因此，如何开发一种功能化的二氧化钛材料，使其既具有高介电常数、低介电损耗，又可解决在有机树脂中分散性以及结晶性差的问题，将是本领域所要解决的重要问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种功能化二氧化钛填料、其制备方法及所得PTFE高频覆铜箔板，所得功能化二氧化钛填料既具有高介电常数、低介电损耗，又可解决在有机树脂中分散性以及结晶性差的问题，可通过复合制备得到介电性能良好的复合板材。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种功能化二氧化钛填料，所述功能化二氧化钛填料的晶相为纯金红石相，且二氧化钛填料的原材料为水热法合成的高活性纳米二氧化钛前驱体；
[0006]所述功能化二氧化钛填料的吸油量>13.7g/100g且介电常数Dk＞11.5、介电损耗Df＜0.00093。
[0007]本专利技术提供了一种根据上述技术方案所述的功能化二氧化钛填料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]取水热法合成的高活性纳米二氧化钛前驱体，洗涤除去多余杂质离子，将浆料烘干，得到二氧化钛原材料；
[0009]将所得原材料利用高速混合湿法造粒法制备球形二氧化钛粉体；
[0010]将所得粉体进行筛分处理，并在空气气氛中500
‑
700℃条件下进行排胶处理，然后于1100℃
‑
1200℃下煅烧3小时，得到二氧化钛瓷球；
[0011]将所得二氧化钛瓷球打粉过筛，依次加入油性分散助剂和硅烷偶联剂进行表面改性处理，得到功能化二氧化钛填料。
[0012]在上述方案中，选取水热法合成的高活性纳米二氧化钛前驱体作为原料，是因为其具有比表面大(15
‑
30m2/g)，平均粒径小(30
‑
70nm)的特点，具有较高的表面能，使得其具有高的烧结活性，可以在较低温度下烧结致密，降低瓷球孔隙率；而作为对比例的原材料：水解法制备的纳米二氧化钛由于一般采用氯化法或者硫化法，一般含有较多的杂质离子，不易除杂，从而使得瓷球中的缺陷较多，性能较差；固相法二氧化钛由于已经经过固相烧结，其烧结活性低，所制备瓷球不易烧结致密，性能明显低于水热法制得的前驱体。
[0013]进一步，在上述方案中，采用高速混合湿法造粒法制备球形二氧化钛粉体，主要考虑到该方法工艺简单，成本低廉，可实现规模化的生产，并且制备的球形颗粒大部分满足使用需求，可以通过简单的筛分将物料的粒度分布控制到需求范围。
[0014]在二氧化钛瓷球的获得过程中，在空气气氛中500
‑
700℃条件下进行排胶处理，优选600
‑
700℃，进而于1100℃
‑
1200℃下煅烧。需要说明的是，由于球形材料是由纳米级别的微小颗粒组成的，如果煅烧温度较低，即低于1100℃，瓷球煅烧不致密，球形材料容易存在较多的孔洞，而孔洞将引入较多空气，空气的介电常数低，将会直接影响材料的介电性能；如果煅烧温度过高，即高于1200℃，会出现瓷球之间的烧连，从而影响分散性。
[0015]作为优选，所得前驱体的粒度分布D50为30
‑
70nm、BET为15
‑
30m2/g左右，且晶相为锐钛矿相。
[0016]作为优选，将所述前驱体洗涤至电导率为100μS/cm，将浆料烘干至水分＜0.2％。在本方案中，由于水热纳米二氧化钛的制备过程中会存在较多Cl
‑
，会影响前驱体制成球形材料煅烧时的烧结特性，因此需要通过洗涤将Cl
‑
除去，而电导率测试能够快速直观的分析到浆料中自由离子的多少，因此对电导率进行了限定。进一步，由于水分含量也会对后续造粒工艺存在影响，因此，对于水分含量也进行了必要的限定。
[0017]作为优选，所述高速混合湿法造粒法具体为：
[0018]将所得原材料加入高速湿法造粒机，调整主机桨叶转速为500
‑
2000rpm将原材料混合均匀，选取浓度为5％的PVA溶液作为粘合剂，将喷嘴与原材料距离设置为10cm，喷头压力为0.4MPa、喷头角度为90
°
进行混合造粒5
‑
10min。
[0019]作为优选，所得二氧化钛瓷球的致密度为＞4.20。可以理解的是，对二氧化钛瓷球的致密度进行限定是因为致密度可以直接反映瓷球的致密化程度以及孔隙率，如果瓷球孔隙率高，意味着瓷球内部可能有空气存在，会降低瓷球的介电常数(空气介电常数是1)。并且，理论上当瓷球相对密度＞98％时，瓷球内几乎无空气存在，因此要求瓷球致密度＞4.2。
[0020]作为优选，将所得二氧化钛瓷球打粉过筛后，按照料：水质量比1:(7
‑
10)加入水浴釜中，于60
‑
80℃条件下搅拌1
‑
2小时后，再与油性分散助剂和硅烷偶联剂进行混合。
[0021]作为优选，所加入的油性分散助剂为无水乙醇，添加量为粉体质量的0.5
‑
3％。
[0022]作为优选，所加入的硅烷偶联剂γ
‑
(甲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.功能化二氧化钛填料，其特征在于，所述功能化二氧化钛填料的晶相为纯金红石相，且二氧化钛填料的原材料为水热法合成的高活性纳米二氧化钛前驱体；所述功能化二氧化钛填料的吸油量>13.7g/100g且介电常数Dk＞11.5、介电损耗Df＜0.00093。2.根据权利要求1所述的功能化二氧化钛填料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：取水热法合成的高活性纳米二氧化钛前驱体，洗涤除去多余杂质离子，将浆料烘干，得到二氧化钛原材料；将所得原材料利用高速混合湿法造粒法制备球形二氧化钛粉体；将所得粉体进行筛分处理，并在空气气氛中500
‑
700℃条件下进行排胶处理，然后于1100℃
‑
1200℃下煅烧3小时，得到二氧化钛瓷球；将所得二氧化钛瓷球打粉过筛，依次加入油性分散助剂和硅烷偶联剂进行表面改性处理，得到功能化二氧化钛填料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所得前驱体的粒度分布D50为30
‑
70nm、BET为15
‑
30m2/g左右，且晶相为锐钛矿相；将所述前驱体洗涤至电导率为100μS/cm，将浆料烘干至水分＜0.2％。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述高速混合湿法造粒法具体为：将所得原材料加入高速湿法造粒机，调整主机桨叶转速为500
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2000rpm将原材料混合均匀，选取浓度为5％的PVA溶液作为粘合剂，将喷嘴与原材料距离设置为10cm，喷头压力为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：朱恒，禹在在，潘光军，王海超，张伟，
申请(专利权)人：山东国瓷功能材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：