CN112521906A

CN112521906A - 一种聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶及其制备方法

Info

Publication number: CN112521906A
Application number: CN202110006500.6A
Authority: CN
Inventors: 张耀根
Original assignee: Foshan Jiwei New Material Co ltd
Current assignee: Foshan Jiwei New Material Co ltd
Priority date: 2021-01-05
Filing date: 2021-01-05
Publication date: 2021-03-19

Abstract

本发明公开了一种聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶，按重量份计，包括以下组成：液体聚酯多元醇9～29份；固体聚酯多元醇31～61份；聚碳酸亚丙酯34～49份；增粘树脂1.1～5.1份；异氰酸酯6～26份；催化剂0.01～3.1份；导热填料105～205份。本发明选用在聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶配方中加入特定重量份的聚碳酸亚丙酯，并通过添加特定复配质量分数比和特定种类的导电填料来实现调整聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶产品中导热填料的形态和分布，得到的聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶的导热绝缘性能得到明显改善，且能抑制纳米填料带来的粘度增大。

Description

一种聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶及其制备方法

技术领域

本发明属于热熔胶制备技术领域，具体涉及一种聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶及其制备方法。

背景技术

热熔胶，又称热熔型胶黏剂，在室温下是固体，加热到一定温度会熔融成粘稠的液体。冷却至室温后又变成固体，并有很强的粘结作用。热熔胶具有粘合速度快，无毒、粘合工艺简单等优点，在书籍无线装订、包装封口、制鞋、纺织等领域获得广泛应用。随着新能源行业的发展，热熔胶在锂电行业也在悄然布局，目前主要用于电池间的粘结，此时需要满足一定的导热性和较高的电绝缘性。同时，随着锂电池使用寿命的限制，大量的废弃电池将导致环境污染的问题，因此胶黏剂的可降解性也是目前急需考虑的性能需求。

目前，大部分热熔胶是采用乙烯-醋酸乙烯（EVA）、聚氨酯、聚酰胺等热熔型树脂制备得到的，由于EVA与聚酯热熔胶的弹性及强度较差，不能承受太大的外力。聚酰胺热熔胶的熔点和硬度较高，因此在应用方面受到一定的限制。相较而言，聚氨酯型热熔胶受聚合物自由度大的优势，可以根据实际需要调节组份，满足需要。聚氨酯热熔胶，是由热塑性聚氨酯为基料，加入热塑性树脂、增粘树脂、填料、抗氧化剂和催化剂等助剂配制热熔胶具有优秀的弹性和强度。其受热后会失去氢键作用，变成熔融粘稠液，冷却后又恢复原来的物性。因此，聚氨酯热熔胶具有高粘合强度、耐溶剂、耐磨等特点。湿固化聚氨酯热熔胶自从进入市场以来，由于其性能优异、使用简单，适用范围广，开始逐步替代普通热熔胶。然而由于端位活性基团的存在，使得湿固化热熔胶的储存稳定性差，耐热性不佳。湿固化聚氨酯热熔胶与水反应会产生二氧化碳气体，使得固化过程中容易出现气泡，影响胶黏剂的使用性能。成本高也是影响湿固化聚氨酯热熔胶大范围推广的一大因素。

受热熔胶的粘度一般较大的影响，导热填料在热熔胶基体内分散性较差，在加工过程容易团聚，影响粘结性能，导热填料的优化和优选对导热绝缘性能的影响明显。近年来也部分导热绝缘功能的热熔胶专利技术，一部分是围绕石墨烯开发的技术，如专利CN201310447910.X、CN201711151394.0、CN201711275263.3等，但从实际效果看石墨烯/聚合物的界面热阻对导热性能的影响极大，往往不能实现预期的热导率值。一部分研究者提出使用无机粉体进行导热功能的提升，如常见的陶瓷粉体氧化铝、氧化锆等，如专利如CN201010239015.5、CN201310525198.0、CN201811476166.5等，这些专利中选用的陶瓷粉体本身的热导率十分有限，而且形状上多为球形，从导热效果看其实用性非常有限，同时大量填料的加入和部分纳米级填料的加入会极大的影响导热热熔胶的可加工性。显然兼顾粘结性、导热性和可加工性已成为急需解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种不含任何有机溶剂、粘结性强且导热绝缘性能优异的聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶。

本发明的另一目的是提供上述聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶，按重量份计，包括以下组成：

液体聚酯多元醇 9～29份；

固体聚酯多元醇 31～61份；

聚碳酸亚丙酯 34～49份；

增粘树脂 1.1～5.1份；

异氰酸酯 6～26份；

催化剂 0.01～3.1份；

导热填料 105～205份。

其中，所述液体聚酯多元醇的数均分子量为1000～5000；所述液体聚酯多元醇选自蓖麻油、大豆油、棕榈油、腰果壳油、松子油、松香油中的一种或几种衍生物。

其中，所述固体聚酯多元醇选自数均分子量为5000～8000的端羟基聚乳酸。

其中，所述增粘树脂的软化点为70～150℃；优选为松香类衍生物、C5石油树脂、C9石油树脂中的一种或几种。

其中，所述异氰酸酯选自HDI、MDI、TDI、HMDI、IPDI、TMXDI中至少一种；所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中的一种。

其中，所述导热填料由导热填料I、导热填料II和导热填料III复配而成，且三者的质量分数之比为（4～6）：（2～4）：2，优选为5：3：2。

其中，所述导热填料I是平均粒径为20~50μm且分散系数为1.2～1.8的球状陶瓷粉体，优选为氧化铝、氮化硼、碳化硅、氮化铝中的一种或几种；所述导热填料II是平均粒径为4~10μm且分散系数为2.2～3.0的球状陶瓷粉体，优选为氮化硅、碳化硅、氧化铝中的一种或几种；所述导热填料III是平均粒径2.6~6.6μm且分散系数为4.0～6.0的球状陶瓷粉体，优选为氮化硅、碳化硅、氧化铝中的一种或几种。

本发明还公开了上述聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶的制备方法，包括如下步骤：

按照配方含量称量各组分，并将除异氰酸酯外的各组分混合均匀，随后加热于140～160℃，进行机械分散，抽真空除水约1～3小时，直至混合物的水份含量低于200ppm，降温于70～100℃，在氮气保护下，加入异氰酸酯，进行聚合反应1～10小时，取样分析聚合产物NCO%含量达到1%～3%，100℃下测试粘度达到6000～30000 mPa.s，获得聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶。

根据上述聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶的制备方法，可以形成导热填料理想化的堆积形态，当形成四锥型堆积时，导热填料I：导热填料II的平均粒径之比为2.5：1，如图1所示；当形成三锥型堆积时，导热填料I：导热填料III的平均粒径之比为7.5：1，如图2所示。

其中，所述聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶的初始剥离强度＞1 N/mm；最终剥离强度＞6.5 N/mm，热导率＞5 W/mK。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1）本发明选用在聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶配方中加入特定重量份的聚碳酸亚丙酯，并通过添加特定复配质量分数比和特定种类的导电填料来实现调整聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶产品中导热填料的形态和分布，得到的聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶的导热绝缘性能得到明显改善，且能抑制纳米填料带来的粘度增大。

2）本发明的聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶不含任何有机溶剂，固含量100％，在加工和使用过程中无小分子有机溶剂释放，废弃口可快速降解，具有环保优势。

3）本发明通过湿气固化，无烘干过程，固化快，操作简单，有利于提高工作效率和自动化，制备得到的聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶可广泛应用于汽车、航空、新能源等领域。

附图说明

图1为导热填料I与导热填料II形成四球堆积型尺寸分布示意图；

图2为导热填料I与导热填料III形成三锥堆积型尺寸分布示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。

各性能的测试标准或方法：

初始剥离强度的测试方法：剥离力测试规范(GB 2792-1998)；

最终剥离强度的测试方法：剥离力测试规范(GB 2792-1998)；

热导率的测试方法：激光闪光法，测试标准为ASTM E1461。

本发明中使用的液体聚酯多元醇：

蓖麻油衍生物：分子量1000，GR-35，Ascensus Specialties LLC；

腰果壳油衍生物：分子量3000，,NX-9005, Cardolite；

大豆油衍生物：分子量5000，Soyoyl R137，USSC；

本发明中使用的固体聚酯多元醇：

端羟基聚乳酸-1：分子量5000，DG-H030，济南岱罡生物；

端羟基聚乳酸-2：分子量8000，，DG-H050，济南岱罡生物；

本发明中使用的聚碳酸亚丙酯：PPC2203P，惠州达志；

本发明中使用的增粘树脂：

松香衍生物增粘树脂：KOMOTAC® JB100W，科茂化工；

C5增粘树脂：T-200，伊科斯；

C9增粘树脂：YL120H，台湾元良；

本发明中使用的异氰酸酯：

HDI：六亚甲基二异氰酸酯，万华化学；

MDI：二苯基甲烷二异氰酸酯，万华化学；

TDI：甲苯二异氰酸酯，万华化学；

本发明中使用的催化剂：

二月桂酸二丁基锡：济南英出化学；

本发明中使用的导热填料：

导热填料I：球状氧化铝-1，平均粒径为20μm，分散系数为1.5，日本轻金属株式会社；

球状氮化硼，平均粒径为50μm，分散系数为1.2，苏州纳朴材料科技有限公司；

导热填料II：球状氮化硅-1，平均粒径为4μm，分散系数为2.6，苏州纳朴材料科技有限公司；

球状氧化铝-2，平均粒径为8μm，分散系数为2.8，日本轻金属株式会社；

导热填料III：球状氮化硅-2，平均粒径为2.6μm，分散系数为5.0，苏州纳朴材料科技有限公司；

球状碳化硅，平均粒径为6.6μm，分散系数为4.0，浙江亚美纳米科技有限公司。

实施例1-5及对比例1-7：聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶的制备

按照表1配方含量称量各组分，并将除异氰酸酯外的各组分混合均匀，随后加热于140～160℃，进行机械分散，抽真空除水约1～3小时，直至混合物的水份含量低于200ppm，降温于70～100℃，在氮气保护下，加入异氰酸酯，进行聚合反应1～10小时，取样分析聚合产物NCO%含量达到1%～3%，100℃下测试粘度达到6000～30000 mPa.s，获得聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶；制备得到的聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶的各性能指标如表1所示。

表1 各实施例与对比例中各组分的具体配比（重量份）及各性能测试结果

续表1

。

Claims

1.一种聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶，其特征在于，按重量份计，包括以下组成：

液体聚酯多元醇 9～29份；

固体聚酯多元醇 31～61份；

聚碳酸亚丙酯 34～49份；

增粘树脂 1.1～5.1份；

异氰酸酯 6～26份；

催化剂 0.01～3.1份；

导热填料 105～205份。

2.根据权利要求1所述的聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶，其特征在于，所述液体聚酯多元醇的数均分子量为1000～5000；所述液体聚酯多元醇选自蓖麻油、大豆油、棕榈油、腰果壳油、松子油、松香油中的一种或几种衍生物。

3.根据权利要求1所述的聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶，其特征在于，所述固体聚酯多元醇选自数均分子量为5000～8000的端羟基聚乳酸。

4.根据权利要求1所述的聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶，其特征在于，所述增粘树脂的软化点为70～150℃；优选为松香类衍生物、C5石油树脂、C9石油树脂中的一种或几种。

5.根据权利要求1或5所述的聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶，其特征在于，所述异氰酸酯选自HDI、MDI、TDI、HMDI、IPDI、TMXDI中至少一种；所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中的一种。

6.根据权利要求1所述的聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶，其特征在于，所述导热填料由导热填料I、导热填料II和导热填料III复配而成，且三者的质量分数之比为（4～6）：（2～4）：2，优选为5：3：2。

7.根据权利要求6所述的聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶，其特征在于，所述导热填料I是平均粒径为20~50μm且分散系数为1.2～1.8的球状陶瓷粉体，优选为氧化铝、氮化硼、碳化硅、氮化铝中的一种或几种；所述导热填料II是平均粒径为4~10μm且分散系数为2.2～3.0的球状陶瓷粉体，优选为氮化硅、碳化硅、氧化铝中的一种或几种；所述导热填料III是平均粒径为2.6~6.6μm且分散系数为4.0～6.0的球状陶瓷粉体，优选为氮化硅、碳化硅、氧化铝中的一种或几种。

8.一种包含权利要求1～7任一项所述的聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯/陶瓷粉体导热绝缘胶的初始剥离强度＞1 N/mm；最终剥离强度＞6.5 N/mm，热导率＞5 W/mK。