CN102627937B

CN102627937B - 一种双组分导热聚氨酯灌封胶及其制备方法

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Publication number: CN102627937B
Application number: CN201210084380.2A
Authority: CN
Inventors: 徐卫兵; 安佳丽; 王洁玲; 吕洪香; 周正发; 任凤梅
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: CN102627937A

Abstract

本发明公开了一种双组分导热聚氨酯灌封胶及其制备方法，其中组分I是将聚合物多元醇、扩链剂、催化剂、消泡剂和改性导热填料混合均匀得到，组分II为异氰酸酯。具体使用时将双组份混合均匀，灌封后固化即可。本发明灌封胶无溶剂，环保，粘度适中，可常温或升温固化，具有绝缘性好、柔韧性好、附着力好、低温性能好、可以在很宽的温度范围内使用等优点，导热系数高达1.5W/m·K。

Description

一种双组分导热聚氨酯灌封胶及其制备方法

一、技术领域

本发明涉及一种灌封胶及其制备方法，具体地说是一种双组分导热聚氨酯灌封胶及其制备方法。

二、背景技术

众所周知，随着科学技术的发展，电子元器件的种类越来越多，线路的连接也趋于精细化和密集化，因而对电子器件的各个组件的稳定性提出了很大的要求。为了防止水分、灰尘等进入电子器件，使电子元器件更加稳定，需要对电子器件进行灌封。灌封可以避免电子器件直接暴露在空气中，阻隔了电子器件与水以及空气中酸碱物质的直接接触，同时将电子器件组合在一起，保证了电子器件的整体性，提高了电子器件的稳定性能。聚氨酯灌封胶具有较好的耐水性能、绝缘性能好、硬度可调和较好的粘结性能，可以提高器件对外来冲击和震动的抵抗力，避免元器件、线路直接暴露在空气中，改善电子器件的防水、防腐蚀性能。但是电子器件在工作过程中会产生大量的热，如果不能及时散发出去，将会导致元器件短路，烧毁等情况，这就对灌封胶的导热性能提出了很高的要求。另外，大部分聚氨酯灌封胶含有增塑剂，不符合环保的要求，且灌封胶的绝缘性较差，不符合电子元器件的绝缘要求。目前国内外对导热有机硅灌封胶的研究较多，而对聚氨酯导热灌封胶的研究很少且导热效果不太理想。

三、发明内容

本发明旨在提供一种双组分导热聚氨酯灌封胶及其制备方法，所要解决的技术问题是赋予聚氨酯灌封胶导热性能，从而解决电子器件灌封后的散热问题。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明双组分导热聚氨酯灌封胶的原料按质量份数构成为：

组分A：聚合物多元醇30-60份，扩链剂1-3份，催化剂0.5-2份，消泡剂0.5-2份，改性导热填料120-250份；

组分B：异氰酸酯；

组分A和组份B的质量之比为100∶5-20；

原料中：

所述聚合物多元醇选自蓖麻油或聚醚多元醇；

所述扩链剂选自醇类化合物或胺类化合物；所述醇类化合物选自1，4-丁二醇、丙三醇、乙二醇、1，3-丙二醇、三羟甲基丙烷(TMP)、1，6-己二醇、对苯二酚双(β-羟乙基)醚(HQEE)中的一种或几种；所述胺类化合物选自3，3′-二氯4，4′-二苯基甲烷二胺(MOCA)、3，5-二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)、3，5-二乙基甲苯二胺(DETDA)、2，4-二氨基-3，5-二甲硫基氯苯(TX-2)中的一种或几种；

所述催化剂选自胺类催化剂、有机锡类催化剂或钛酸酯类催化剂；

所述消泡剂选自聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、甲基硅油、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚中的一种或几种；

所述改性导热填料是用表面改性剂对导热填料进行表面改性处理后得到的，表面改性剂的添加量为导热填料质量的0.5-5％；其中表面改性剂选自3-氨基丙基乙氧基硅氧烷(KH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)、十二烷基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、钛酸酯中的一种或几种；导热填料选自氧化铝(Al₂O₃)、氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)、氮化硼(BN)、碳纤维、玻璃纤维中的一种或几种；

所述异氰酸酯选自六甲撑二异氰酸酯(HDI)、四甲基苯二甲基二异氰酸酯(TMXDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、2，4或2，6-甲苯二异氰酸酯(TDI)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的一种或几种。

所述聚醚多元醇选自聚醚二元醇、聚醚三元醇、聚醚四元醇中的一种或几种，所述聚醚多元醇的数均分子量为600-3000。

所述聚醚多元醇优选含氟聚醚二元醇、聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯四醇中的一种或几种，数均分子量为600-3000。

所述胺类催化剂选自三亚乙基二胺、N，N，N′，N′-四亚甲基亚烷基二胺、N，N-二甲基卞胺、N，N，N′-三甲基-N′-羟乙基双氨乙基醚、N，N′-2-甲基哌嗪、N-2-羟基丙基二甲基吗啉、N，N-二甲基乙醇胺、三乙醇胺中的一种或几种。

所述有机锡类催化剂选自二月桂酸二丁基锡(DBTDL)、辛酸亚锡、二(十二烷基硫)二丁基锡、二醋酸二丁基锡中的一种或几种。

所述钛酸酯类催化剂选自钛酸四异丙酯和/或钛酸四丁酯。

本发明双组分导热聚氨酯灌封胶的制备方法，包括组分I和组分II的制备：

所述组分I的制备是将组分A中各原料混合均匀即可，其中聚合物多元醇预先在100-120℃真空脱水处理，改性导热填料预先在90-100℃干燥处理；

所述组分II的制备是将组分B的原料在氮气保护下混合均匀密封包装即可。

具体灌封方法：

灌封时将组分I和组分II按配比量混合均匀得到灌封胶，将灌封胶浇注到需要灌封的器件上，在真空常温的条件下预固化5-12小时，再于60-80℃固化5-10小时即可。

本发明改性导热填料按以下方法制备：

向10-100g的表面改性剂中加入20-200g的无水乙醇和3-20g的去离子水，水解20-30min后和2000g导热填料混合，在高速混合机中于100-120℃反应10-30min即可。

本发明的灌封胶导热系数高，固化后无气泡，表干时间可以调整，可操作时间长，对玻璃、金属粘接作用强，A、B组分分开密封，灌封胶的稳定性好，储存时间长，在常温和较高温度下都可固化，使用方便，粘度可以调整，可适用于多种电子器件的灌封。

四、具体实施方式

实施例1：

1、组分I：

将40g聚氧化丙烯二元醇(Mn＝1000)于120℃下真空脱水4h，冷却至室温后加入2g丙三醇、0.5g的二月桂酸二丁基锡、0.5g辛酸亚锡、2g甲基硅油、120g KH550改性的氧化铝，在高速搅拌机上高速搅拌0.5h，制得组分I；

2、组分II：

称量16g的液化MDI为组分II；

灌封时将组分I和组分II混合均匀得到灌封胶，将灌封胶浇注到需要灌封的器件上，在真空常温的条件下预固化10小时，再于70℃固化10小时即可。

对比例1：

本对比例的制备方法同实施例1，不同的是没有加入导热填料。

实施例2：

1、组分I：

将60g聚氧化丙烯三元醇(Mn＝600)于120℃下真空脱水4h，冷却至室温后加入1.5g1，3-丙二醇、1g的二月桂酸二丁基锡、2g甲基硅油、400g钛酸四丁酯改性的氧化铝，在高速搅拌机上高速搅拌1.5h，制得组分I；

2、组分II：

称量25g的异佛尔酮二异氰酸酯为组分II；

灌封时将组分I和组分II混合均匀得到灌封胶，将灌封胶浇注到需要灌封的器件上，在真空常温的条件下预固化5小时，再于65℃固化10小时即可。

对比例2：

本对比例的制备方法同实施例2，不同的是加入的导热填料没有用表面改性剂改性。

实施例3：

1、组分I：

将60g聚氧化丙烯二元醇(Mn＝1500)于120℃下真空脱水4h，冷却至室温后加入2g三羟甲基丙烷(TMP)、0.5g的二月桂酸二丁基锡、1g的辛酸亚锡、2g甲基硅油、140g钛酸四丁酯改性的氮化铝，在高速搅拌机上高速搅拌1h，制得组分I；

2、组分II：

称量15g的异佛尔酮二异氰酸酯为组分II；

灌封时将组分I和组分II混合均匀得到灌封胶，将灌封胶浇注到需要灌封的器件上，在真空常温的条件下预固化7小时，再于80℃固化5小时即可。

实施例4：

1、组分I：

将40g聚氧化丙烯二元醇(Mn＝1000)和20g蓖麻油(Mn＝930)于120℃下真空脱水4h，冷却至室温后加入2g乙二醇、1g的二月桂酸二丁基锡、2g甲基硅油、240g钛酸四丁酯改性的氧化铝，在高速搅拌机上高速搅拌0.5h，制得组分I；

2、组分II：

称量28g的异佛尔酮二异氰酸酯为组分II；

灌封时将组分I和组分II混合均匀得到灌封胶，将灌封胶浇注到需要灌封的器件上，在真空常温的条件下预固化10小时，再于75℃固化8小时即可。

实施例5：

1、组分I：

将50g蓖麻油(Mn＝930)于120℃下真空脱水4h，冷却至室温后加入0.5g1，4-丁二醇、1g的三亚乙基二胺、2g聚氧丙烯甘油醚、320g十二烷基三甲氧基硅烷改性的氮化铝和20g十二烷基三甲氧基硅烷改性的ZnO，在高速搅拌机上高速搅拌1.5h，制得组分I；

2、组分II：

称量26g的六甲撑二异氰酸酯(为组分II；

灌封时将组分I和组分II混合均匀得到灌封胶，将灌封胶浇注到需要灌封的器件上，在真空常温的条件下预固化10小时，再于65℃固化8小时即可。

实施例6：

1、组分I：

将40g聚氧化丙烯三元醇(Mn＝600)和20g蓖麻油(Mn＝930)于120℃下真空脱水4h，冷却至室温后加入0.5g三羟甲基丙烷、0.5g的N，N-二甲基乙醇胺和0.5g的辛酸亚锡、1.5g聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、150g钛酸酯改性的氧化铝，在高速搅拌机上高速搅拌0.5h，制得组分I；

2、组分II：

称量27g的TDI为组分II；

灌封时将组分I和组分II混合均匀得到灌封胶，将灌封胶浇注到需要灌封的器件上，在真空常温的条件下预固化5小时，再于80℃固化10小时即可。

实施例7：

1、组分I：

将60g聚氧化丙烯四元醇(Mn＝3740)于120℃下真空脱水4h，冷却至室温后加入1.5g1，4-丁二醇、0.5g的三乙醇胺、2g甲基硅油、120g乙烯基三乙氧基硅烷改性的氧化铝和12g十二烷基三甲氧基硅烷改性的ZnO，在高速搅拌机上高速搅拌1h，制得组分I；

2、组分II：

称量28g的异佛尔酮二异氰酸酯为组分II；

灌封时将组分I和组分II混合均匀得到灌封胶，将灌封胶浇注到需要灌封的器件上，在真空常温的条件下预固化12小时，再于75℃固化5小时即可。

实施例8：

1、组分I：

将40g聚氧化丙烯二元醇(Mn＝1500)和20g蓖麻油(Mn＝930)于120℃下真空脱水4h，冷却至室温后加入0.5g3，3′-二氯4，4′-二苯基甲烷二胺、1g的二醋酸二丁基锡、2g甲基硅油、300g KH560改性的氮化铝，在高速搅拌机上高速搅拌1.5h，制得组分I；

2、组分II：

称量23g的液化MDI为组分II；

灌封时将组分I和组分II混合均匀得到灌封胶，将灌封胶浇注到需要灌封的器件上，在真空常温的条件下预固化12小时，再于65℃固化8小时即可。

灌封胶的性能测试：

混合粘度按照GB/T 2794-1995进行测试。

拉伸强度、伸长率按照GB/T16777-2008进行测试。

导热系数按照GB/T3399-1982进行测试。

从表中可以看出导热填料的加入使聚氨酯的导热系数有着很大的提高，随着导热填料量的加大，聚氨酯的导热系数逐渐增大。填料的加入对基体有着一定的补强作用。使用表面改性剂改性的导热填料比没有改性的导热填料对基体导热系数的提高更大。

Claims

1.一种双组分导热聚氨酯灌封胶，其特征在于其原料按质量份数构成为：

组分B：异氰酸酯；

组分A和组分B的质量之比为100：5-20；

原料中：

所述聚合物多元醇选自蓖麻油或聚醚多元醇；

所述扩链剂选自醇类化合物或胺类化合物；所述醇类化合物选自1，4-丁二醇、丙三醇、乙二醇、1，3-丙二醇、三羟甲基丙烷、1，6-己二醇、对苯二酚双(β-羟乙基)醚中的一种或几种；所述胺类化合物选自3，3′-二氯-4，4′-二苯基甲烷二胺、3，5-二甲硫基甲苯二胺、3，5-二乙基甲苯二胺、2，4-二氨基-3，5-二甲硫基氯苯中的一种或几种；

所述改性导热填料是用表面改性剂对导热填料进行表面改性处理后得到的；其中表面改性剂选自3－氨基丙基乙氧基硅氧烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、钛酸酯中的一种或几种；导热填料选自氧化铝、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳纤维、玻璃纤维中的一种或几种；

所述异氰酸酯选自六甲撑二异氰酸酯、四甲基苯二甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、2，4或2，6－甲苯二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的一种或几种；

所述聚醚多元醇选自含氟聚醚二元醇、聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯四醇中的一种或几种，所述聚醚多元醇的数均分子量为600-3000；

所述胺类催化剂选自三亚乙基二胺、N，N－二甲基苄胺、N，N，N′－三甲基－N′－羟乙基双氨乙基醚、N－2－羟基丙基二甲基吗啉、N，N－二甲基乙醇胺、三乙醇胺中的一种或几种；

所述有机锡类催化剂选自二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二(十二烷基硫)二丁基锡、二醋酸二丁基锡中的一种或几种；

所述钛酸酯类催化剂选自钛酸四异丙酯和/或钛酸四丁酯；

所述改性导热填料是按以下方法制备得到的：

2.一种权利要求1所述的双组分导热聚氨酯灌封胶的制备方法，包括组分Ⅰ和组分Ⅱ的制备，其特征在于：

所述组分Ⅰ的制备是将组分A中各原料混合均匀即可，其中聚合物多元醇预先在100-120℃真空脱水处理，改性导热填料预先在90-100℃干燥处理；

所述组分Ⅱ的制备是将组分B的原料在氮气保护下混合均匀密封包装即可。