CN101151327A - 导热性硅橡胶组合物 - Google Patents
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Abstract
一种导热性硅橡胶组合物甚至其在含有大量导热填料时仍显示良好的可操控性并具有适当的触变性,且甚至在不使用增强填料的情况下在固化后能形成特征在于良好的粘合性能和伸长特性的导热性硅橡胶,所述导热性硅橡胶组合物包含:(A)除下面给出的组分(C)和(E)以外的有机聚硅氧烷;(B)导热填料;(C)特定的有机聚硅氧烷;(D)固化剂;(E)树脂状有机聚硅氧烷;和(F)对所述组分(A)不显示亲和力的硅烷化合物,其中以相对于组分(A)和(E)之和为2-10质量%的量包含组分(E),且其中以足以包覆组分(B)全部表面的1-70%的量包含所述组分(F),所述组分(B)的全部表面由组分(B)的含量和前述组分(B)的BET比表面积决定。
Description
技术领域
本发明涉及导热性硅橡胶组合物,特别地涉及这样的导热性硅橡胶组合物,其尽管具有大的导热填料含量但仍显示良好的可操控性并且具有适当的触变性,并且尽管不存在增强填料但其仍显示良好的粘合性能及伸长和拉伸强度。
背景技术
最近在印刷电路板和混合IC的设计中观察到的电子元件(例如晶体管、集成电路、记忆元件等)的密度和集成程度的增加,伴随着以更有效的热辐射性能为特征的导热性硅橡胶组合物的使用。
这类导热性硅橡胶组合物可以由如下组合物例示:包含具有乙烯基的有机聚硅氧烷、有机氢聚硅氧烷、导热填料、氨基硅烷、选自环氧硅烷或钛酸烷基酯的赋予粘着力的试剂和铂类催化剂的导热性硅橡胶组合物(参加未经审查的日本专利申请公开(此后称作“公开”)S61-157569号);包含在一个分子中含有平均2个烯基的二有机聚硅氧烷、在一个分子中含有平均3个或更多个与硅键合的氢原子的有机聚硅氧烷、由氧化锌和氧化镁组成的导热填料、填料的表面处理剂和铂类催化剂的导热性硅橡胶组合物(参见公开S62-184058);包含在一个分子中含有至少0.1摩尔%烯基的有机聚硅氧烷、在一个分子中含有至少2个与硅键合的氢原子的有机氢聚硅氧烷、平均颗粒大小在10-50微米范围内的球形氧化铝粉和平均颗粒大小低于10微米的球形或非球形氧化铝粉以及铂或铂型化合物的导热性硅橡胶组合物(参见公开S63-251466);包含具有烯基的有机聚硅氧烷、有机氢聚硅氧烷、平均颗粒大小在0.1-5微米范围内的无定形氧化铝粉和平均颗粒大小在5-50微米范围内的球形氧化铝粉以及铂类催化剂的导热性硅橡胶组合物(参见公开H2-41362);和包含在一个分子中具有至少2个烯基的有机聚硅氧烷、在一个分子中含有至少3个与硅键合的氢原子的有机氢聚硅氧烷、平均颗粒大小在5-20微米范围内的导热填料、助粘剂和铂或铂类催化剂的导热性硅橡胶组合物(参见公开H2-97559)。
然而,为了改进由这样的导热性硅橡胶组合物得到的固化体的导热性,所述导热性硅橡胶组合物必须结合有大量的导热填料,但这样的填料的量的增加将损害所述组合物的可操控性和模压性能,并且还使由这样的组合物模制的产品的物理性能变差。另一个缺点是在固化过程中所述组合物与各种基材的低粘合力。
考虑到上述问题,有人建议通过如下方法改进导热性硅橡胶组合物的可操控性和模压性:(1)由在一个分子中含有至少2个烯基的有机聚硅氧烷、在一个分子中含有至少2个与硅键合的氢原子的有机氢聚硅氧烷、在一个分子中含有至少1个与硅键合的烷氧基或与硅键合的羟基的有机聚硅氧烷、平均颗粒大小低于10微米的细的球形或非球形氧化铝粉和平均颗粒大小在10-50微米范围内的细的球形或非球形氧化铝粉以及硅氢化反应催化剂制备该组合物(参见公开H8-325457);(2)由有机聚硅氧烷、含有可水解基团的甲基聚硅氧烷、导热填料和固化剂制备所述组合物(参见公开2000-256558);或(3)由有机聚硅氧烷、固化剂和用具有与硅键合的烷氧基的低聚硅氧烷表面处理过的导热填料制备所述组合物(参见公开200-139815)。
然而,当上面提到的导热组合物结合有大量的导热填料如氧化铝(用于改善通过固化所述组合物得到的硅橡胶的导热性)时,它们变得极端粘稠,难以操作和模压,并因此不能令人满意地被涂布使用,例如在模板印刷中。与前述组合物相关的其它问题是通过固化所述组合物得到的硅橡胶的粘合性能、伸长特性和拉伸强度的降低。另一方面,为了改进硅橡胶的粘合性能、伸长特性和拉伸强度,硅橡胶应该结合有增强填料,但增强填料的添加不利地影响所述硅橡胶的导热性。
本发明的目的是提供一种导热性硅橡胶组合物,其甚至在大量导热填料存在下仍显示良好的可操控性并具有适当的触变性,并且其在固化后产生特征在于高拉伸强度和改进的粘合和伸长特性的导热性硅橡胶,甚至在不使用增强填料的情况下。
发明内容
本发明的导热性硅橡胶组合物包含:
(A)除下面给出的组分(C)和(E)之外的有机聚硅氧烷;
(B)导热填料;
(C)选自如下物质的组分:
(i)由下面通式表示的有机聚硅氧烷:
[R1 aR2 (3-a)SiO(R1 bR2 (2-6)SiO)m(R2 2SiO)n]cSiR2 [4-(c+d)](OR3)d
(其中R1是具有脂族不饱和键的一价烃基,R2可以表示不具有脂族不饱和键的相同或不同的一价烃基,R3表示烷基、烷氧基烷基、烯基或酰基;“a”是0和3之间的整数,“b”是1或2,“c”是1和3之间的整数,“d”是1和3之间的整数;“(c+d)”是2和4之间的整数,“m”是等于或大于0的整数,和“n”是等于或大于0的整数;当“a”为0时,则“m”是等于或大于1的整数);
(ii)由下面通式表示的有机聚硅氧烷:
R4 3SiO(R4 2SiO)pR4 2Si-R5-SiR4 (3-d)(OR3)d
(其中R3定义同上,R4表示相同或不同的一价烃基,R5表示氧原子或二价烃基,“p”是100和500之间的整数,和“d”定义同上);或(iii)上述成分(i)和(ii)的两种或更多种的混合物;
(D)固化剂;
(E)由如下单元构成的有机聚硅氧烷:SiO4/2、R1R2 2SiO1/2和R2 3SiO1/2(其中R1和R2定义同上);和
(F)由下面通式表示的硅烷化合物:
R6R7 fSi(OR3)(3-f)
{其中R3定义同上;R6是对前述组分(A)不显示亲和力的取代基;R7是烷基;“f”是0或1},
其中以相对于组分(A)和(E)之和为2-10质量%的量包含组分(E),且其中以足以包覆组分(B)全部表面的1-70%的量包含所述组分(F),所述组分(B)的全部表面由组分(B)的含量和前述组分(B)的BET比表面积决定。
发明效果
本发明的效果在于这样的事实,即所建议的导热性硅橡胶组合物甚至在大量导热填料存在下仍显示良好的可操控性并且具有适当的触变性,并且甚至在不使用增强填料的情况下在该组合物固化后仍产生特征在于高的拉伸强度和改进的粘合和伸长特性的导热性硅橡胶。
附图简要说明
图1是图示说明使用实施例1中制备的导热性硅橡胶组合物进行模板印刷后的情况的典型照片。
图2是图示说明使用实施例2中制备的导热性硅橡胶组合物进行模板印刷后的情况的典型照片。
图3是图示说明使用实施例3中制备的导热性硅橡胶组合物进行模板印刷后的情况的典型照片。
图4是图示说明使用对比例1中制备的导热性硅橡胶组合物进行模板印刷后的情况的典型照片。
发明详述
本发明的组合物的特征在于包含组分(A)-(F)。对该组合物的固化机理没有特殊限制,并且该组合物可以通过硅氢化反应、缩合反应或使用有机过氧化物的自由基反应来固化。最优选的是硅氢化反应,因为它提供快速的固化且不产生副产物。
组分(A)是所述组合物的主要组分之一,并且它可以由与下面描述的组分(C)和(E)所涉及的那些有机聚硅氧烷不同的有机聚硅氧烷组成。组分(A)中所含的与硅键合的基团的实例如下:甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基或类似的直链烷基;异丙基、叔丁基、异丁基、2-甲基十一烷基、1-己基庚基或类似的支链烷基;环戊基、环己基、环十二烷基或类似的环烷基;乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基或类似的烯基;苯基、甲苯基、二甲苯基或类似的芳基;苯甲基、苯乙基、2-(2,4,6-三甲基苯基)丙基或类似的芳烷基;3,3,3-三氟丙基、3-氯丙基或类似的卤代烷基;与硅键合的可水解的基团;羟基(硅醇基)。以上基团中最优选的是烷基、烯基和芳基,特别是甲基、乙烯基和苯基。对组分(A)在25℃的粘度没有特殊限制,但推荐所述粘度在20-100,000mPa·s的范围内,优选在50-100,000mPa·s的范围内,更优选在50-50,000mPa·s的范围内,最优选在100-50,000mPa·s的范围内。如果在25℃的粘度低于所推荐的下限,这会显著地损害所得到的硅橡胶的物理性质。另一方面,如果所述粘度高于所推荐的上限,这将使硅橡胶组合物的可操控性变差。对组分(A)的分子结构没有特殊限制,并且该组分可以具有直链、支化、部分支化的直链或树枝形(树枝形大分子)分子结构。具有前面提到的分子结构的组分(A)可以呈简单聚合物、共聚物或聚合物的混合物的形式。最优选的是不含与硅键合的烷氧基的、具有直链或部分支化的直链分子结构的有机聚硅氧烷。
组分(A)可以由如下化合物例示:分子两端都用二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷;分子两端都用甲基苯基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷;分子两端都用二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的甲基苯基硅氧烷与二甲基硅氧烷的共聚物;分子两端都用二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的甲基乙烯基硅氧烷与二甲基硅氧烷的共聚物;分子两端都用三甲基甲硅烷氧基封端的甲基乙烯基硅氧烷与二甲基硅氧烷的共聚物;分子两端都用二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的甲基(3,3,3-三氟丙基)聚硅氧烷;分子两端都用硅醇基封端的甲基乙烯基硅氧烷与二甲基硅氧烷的共聚物;分子两端都用硅醇基封端的甲基苯基硅氧烷、甲基乙烯基硅氧烷和二甲基硅氧烷的共聚物;由用以下硅氧烷单元式表示的硅氧烷单元组成的有机硅氧烷共聚物:(CH3)3SiO1/2,(CH2)2(CH2=CH)SiO1/2,CH3SiO3/2和(CH2)2SiO2/2;分子两端都用硅醇基封端的二甲基聚硅氧烷;分子两端都用硅醇基封端的甲基苯基硅氧烷与二甲基硅氧烷的共聚物;分子两端都用三甲氧基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷;分子两端都用三甲氧基甲硅烷氧基封端的甲基苯基硅氧烷与二甲基硅氧烷的共聚物;分子两端都用甲基二甲氧基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷;分子两端都用三乙氧基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷;分子两端都用三甲氧基甲硅烷基乙基封端的二甲基聚硅氧烷;或以上物质中两种或更多种的混合物。
当通过硅氢化反应固化本发明的组合物时,推荐组分(A)由在一个分子中具有平均0.1或更多个烯基的有机聚硅氧烷组成,优选由在一个分子中含有平均多于0.5个烯基的有机聚硅氧烷组成,甚至更优选由在一个分子中含有平均多于0.8个烯基的有机聚硅氧烷组成。如果在一个分子中的平均烯基数量低于所推荐的下限,将不可能提供所得到的硅橡胶组合物的完全固化。在这样的有机聚硅氧烷中所含的烯基与上面列举的相同,其中乙烯基是最优选的。可以被包含在前述有机聚硅氧烷中的、除烯基以外的、与硅键合的基团可以是上面提到的相同的直链烷基、支链烷基、环烷基、芳基、芳烷基和卤代烷基。这些基团中最优选的是烷基、芳基,特别是甲基和苯基。对前述有机聚硅氧烷在25℃的粘度没有特殊限制,但可以推荐所述粘度在20-100,000mPa·s的范围内,优选在50-100,000mPa·s的范围内,更优选在50-50,000mPa·s的范围内,最优选在100-50,000mPa·s的范围内。如果所述粘度低于所推荐的下限,这会损害得到的硅橡胶的物理性质;如果所述粘度高于所推荐的上限,这会显著地损害得到的硅橡胶组合物的可操控性。对前述有机聚硅氧烷的分子结构没有限制,但优选它应该具有直链或部分支化的直链分子结构。前述有机聚硅氧烷的实例包括早先提到的具有烯基的相同有机聚硅氧烷。
当本发明的组合物可以通过缩合反应固化时,推荐使用在一个分子中含有至少2个硅醇基或含有与硅键合的可水解基团的有机聚硅氧烷作为组分(A)。这样的有机聚硅氧烷的与硅键合的可水解基团可以是例如如下基团:甲氧基、乙氧基、丙氧基或类似的烷氧基;乙烯氧基、丙烯氧基、异丙烯氧基、1-乙基-2-甲基乙烯氧基或类似的烯基氧基;甲氧基乙氧基、乙氧基乙氧基、甲氧基丙氧基或类似的烷氧基烷氧基;乙酰氧基、辛酰氧基或类似的酰氧基;二甲酮肟、甲乙酮肟或类似的酮肟基团;二甲基氨基、二乙基氨基、丁基氨基或类似的氨基;二甲基氨基氧基、二乙基氨基氧基或类似的氨基氧基;N-甲基乙酰胺、N-乙基乙酰胺或类似的酰胺基。除硅醇和与硅键合的可水解的基团以外,前述有机聚硅氧烷的与硅键合的基团的实例包括早先提到的相同的直链烷基、支链烷基、环烷基、烯基、芳基、芳烷基和卤代烷基。对前述有机聚硅氧烷在25℃的粘度没有特殊限制,但可以推荐所述粘度在20-100,000mPa·s的范围内,优选在50-100,000mPa·s的范围内,最优选在100-100,000mPa·s的范围内。如果所述粘度低于所推荐的下限,这会损害得到的硅橡胶的物理性质;如果所述粘度高于所推荐的上限,这会显著地损害得到的硅橡胶组合物的可操控性。对前述有机聚硅氧烷的分子结构没有限制,但优选它应该具有直链或部分支化的直链分子结构。前述有机聚硅氧烷可以是早先所列举的在一个分子中具有至少2个硅醇基或具有与硅键合的可水解基团的相同有机聚硅氧烷。
对可用作本发明组合物中的组分(A)的、可通过使用有机过氧化物的自由基反应固化的有机聚硅氧烷没有特殊限制,但优选的一种是在一个分子中含有至少1个烯基的有机聚硅氧烷。这样的有机聚硅氧烷中所包含的与硅键合的基团可以是早先提到的相同的直链烷基、支链烷基、环烷基、烯基、芳基、芳烷基和卤代烷基。这些基团中最优选的是烷基、烯基和芳基,特别是甲基、乙烯基和苯基。对前述有机聚硅氧烷在25℃的粘度没有特殊限制,但可以推荐所述粘度在20-100,000mPa·s的范围内,优选在50-100,000mPa·s的范围内,更优选在50-50,000mPa·s的范围内,甚至更优选在100-50,000mPa·s的范围内。如果所述粘度低于所推荐的下限,这会损害得到的硅橡胶的物理性质;如果所述粘度高于所推荐的上限,这会显著地损害得到的硅橡胶组合物的可操控性。对前述有机聚硅氧烷的分子结构没有限制,并且它们可以具有早先提到的相同的分子结构,优选直链或部分支化的直链分子结构。前述有机聚硅氧烷可以是早先列举的相同的有机聚硅氧烷。
组分(B)是导热填料,其被用于赋予通过固化本发明组合物得到的硅橡胶导热性能。该导热填料的实例如下:铝粉、铜粉、镍粉或类似的金属粉末;氧化铝粉、氧化镁粉、氧化铍粉、氧化铬粉、氧化钛粉或类似的金属氧化物粉末;氮化硼粉、氮化铝粉或类似的金属氮化物粉末;碳化硼粉、碳化钛粉、碳化硅粉或类似的金属碳化物粉末;表面涂有金属以获得导电性的金属氧化物粉末;或上面提到的粉末中的两种或更多种的混合物。而且,关于所述粉末颗粒的形状,组分(B)粉末可以具有球形、针形、圆盘形、圆柱形或不规则形状的颗粒。当要求本发明的组合物或通过固化该组合物得到的硅橡胶具有电绝缘性质时,优选使用金属氧化物粉末、金属氮化物粉末或金属碳化物粉末形式的组分(B),且优选氧化铝粉。对组分(B)的平均颗粒大小没有特殊限制,但可以推荐所述颗粒大小在0.1-100微米的范围内,优选在0.1-50微米的范围内。最优选的是BET比表面积不超过5.0m2/g的氧化铝粉。当组分(B)的导热填料是氧化铝粉时,它可以由平均颗粒大小在1-30微米范围内的球形氧化铝粉末(B1)(不包括1微米颗粒)和平均颗粒大小在0.1-5微米范围内的球形氧化铝粉末或不规则形状的氧化铝粉末(B2)的混合物组成。在这样的混合物中,优选成分(B1)的含量在30-90质量%的范围内,成分(B2)的含量在10-70质量%的范围内。
对本发明组合物中可以加入的组分(B)的量没有特殊限制。例如,为了模制具有改进的导热性的硅橡胶,以体积%计,所述组合物可以以至少30体积%,优选30-90体积%,更优选40-90体积%,甚至更优选50-90体积%的量含有组分(B)。特别地,在为得到具有改进的导热性的硅橡胶所要求的最优选的比例中,本发明组合物中组分(B)的量(以质量%计)应该不低于60质量%,优选在70-98质量%的范围内,更优选在80-97质量%的范围内。更具体地,组分(B)可以以相对于100质量份组分(A)计300-2,500质量份,优选400-2,000质量份,甚至更优选500-2,000质量份的量加入到所述组合物中。如果组分(B)的加入量低于所推荐的下限,所得到的硅橡胶将不能获得足够的导热性。另一方面,如果组分(B)的加入量超过所推荐的上限,所得到的硅橡胶组合物的粘度将会太高,并且因此将难以提供组分(B)在所得到的硅橡胶组合物中的均匀分散。这或者妨碍所述组合物的操控,或者损害由所述组合物得到的硅橡胶的物理性质。
使用组分(C)以得到具有高导热性和良好可操控性的导热性聚硅氧烷组合物,即使该组合物含有大量的组分(B)的导热填料。该组分可以选自:
(i)由下面通式表示的有机聚硅氧烷:
[R1 aR2 (3-a)SiO(R1 bR2 (2-b)SiO)m(R2 2SiO)n]cSiR2 [4-(c+d)](OR3)d
(其中R1是具有脂族不饱和键的一价烃基,R2可以表示不具有脂族不饱和键的相同或不同的一价烃基,R3表示烷基、烷氧基烷基、烯基或酰基;“a”是0和3之间的整数,“b”是1或2,“c”是1和3之间的整数,“d”是1和3之间的整数;“(c+d)”是2和4之间的整数,“m”是等于或大于0的整数,和“n”是等于或大于0的整数;当“a”为0时,则“m”是等于或大于1的整数);
(ii)由下面通式表示的有机聚硅氧烷:
R4 3SiO(R4 2SiO)pR4 2Si-R5-SiR4 (3-d)(OR3)d
(其中R3定义同上,R4表示相同或不同的一价烃基,R5表示氧原子或二价烃基,“p”是100和500之间的整数,和“d”定义同上);或
(iii)上述成分(i)和(ii)的两种或更多种的混合物。
即使在组分(B)的导热填料中大量使用前述成分(i)(加入该成分以得到高导热性的硅橡胶),这也不会损害所述组合物的可操控性或模压性能,并且当所述组合物具有可固化性时,在固化过程中该成分赋予所述组合物与各种基材的良好粘合性。所述成分(i)由下面的通式表示:
[R1 aR2 (3-a)SiO(R1 bR2 (2-b)SiO)m(R2 2SiO)n]cSiR2 [4-(c+d)](OR3)d,
其中R1是含有脂族不饱和键的一价烃基。这样的基团的实例如下:乙烯基、烯丙基、丁烯基、己烯基、癸烯基、十一碳烯基、十二碳烯基、十三碳烯基、十四碳烯基、十五碳烯基、十六碳烯基、十七碳烯基、十八碳烯基、十九碳烯基、二十碳烯基或类似的直链烯基;异丙烯基、2-甲基-2-丙烯基、2-甲基-10-十一碳烯基或类似的支链烯基;乙烯基环己基、乙烯基环十二烷基或类似的含有脂族不饱和键的环烷基;乙烯基苯基或类似的含脂族不饱和键的芳基;乙烯基苯甲基、乙烯基苯乙基或类似的含脂族不饱和键的芳烷基。以上基团中最优选的是直链烯基,特别是乙烯基、烯丙基或己烯基。对R1中脂族不饱和键的位置没有特殊限制,但优选它们的位置远离键合的硅原子。在上式中,R2可以表示不含有脂族不饱和键的类似或不同的一价烃基。这些基团可以是上面所列举的相同的直链烷基、支链烷基、环烷基、芳基、芳烷基或卤代烷基。这些基团中最优选的是烷基和芳基,且更优选的是具有1-4个碳原子的烷基,特别是甲基和乙基。在上式中,R3是烷基、烷氧基烷基、烯基或酰基。为烷基的R3可以由上面给出的相同的直链烷基、支链烷基或环烷基代表。更优选直链烷基,特别是例如甲基、乙基或丙基的基团。为烷氧基烷基的R3可以用如下基团例示:甲氧基乙氧基、乙氧基乙氧基或甲氧基丙氧基,其中甲氧基乙氧基是最优选的。为烯基的R3可以是前面列举的相同烯基,优选包括异丙烯基。为酰基的R3可以包括例如乙酰氧基。在上式中,“a”是0和3之间的整数,且优选是1;“b”是1或2,且优选是1;“c”是1和3之间的整数,且优选是1;“d”是1和3之间的整数,且优选是3;并且“(c+d)”是2和4之间的整数;“m”是等于或大于0的整数。当前面提到的“a”为0时,那么在上式中的“m”是等于或大于1的整数。优选“m”是0和500之间的整数,优选是1和500之间的整数,更优选是5和500之间的整数,甚至更优选是10和500之间的整数,最优选是10和200之间的整数。在上式中,“n”是等于或大于0的整数,优选是0和500之间的整数,更优选是1和500之间的整数,更优选是5和500之间的整数,甚至更优选是10和500之间的整数,最优选是10和200之间的整数。
例如通过进行由下式表示且在分子的一端用硅醇基封端的有机硅氧烷:
[R1 aR2 (3-a)SiO(R1 bR2 (2-b)SiO)m(R2 2SiO)n]H
与在一个分子中含有至少2个与硅键合的烷氧基的烷氧基硅烷化合物间的烷氧基交换反应,可以制备前述成分(i)的有机聚硅氧烷,所述反应在乙酸或类似的酸性催化剂存在下进行。在前述硅醇封端的有机硅氧烷的上式中,R1和R2是如上定义的基团;“a”、“b”、“m”和“n”也是如早先定义的整数。另一方面,前面提到的在一个分子中含有至少2个与硅键合的烷氧基的烷氧基硅烷化合物由如下通式表示:R2 (4-g)Si(OR3)g。
在所述烷氧基硅烷化合物的分子式中,R2和R3是如上定义的基团,且“g”是2和4之间的整数,优选是4。前述烷氧基硅烷化合物的实例可以包括:二甲氧基二甲基硅烷、二甲氧基二乙基硅烷、二乙氧基二甲基硅烷、二乙氧基二乙基硅烷或类似的二烷氧基二烷基硅烷化合物;三甲氧基甲基硅烷、三甲氧基乙基硅烷、三甲氧基丙基硅烷、三乙氧基甲基硅烷、三乙氧基乙基硅烷或类似的三烷氧基烷基硅烷化合物;四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷或类似的四烷氧基硅烷化合物。所述酸性催化剂可以是例如乙酸、丙酸或类似的脂肪酸。
成分(i)的有机聚硅氧烷可以由下列式子表示的化合物例示:
(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]5Si(OCH3)3
(CH2=CHCH2)(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]5Si(OCH3)3
(CH2=CHCH2CH2CH2CH2)(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]5Si(OCH3)3
(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]7Si(OCH3)3
(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]7Si(OC2H5)3
(CH2=CHCH2)(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]7Si(OCH3)3
(CH2=CHCH2CH2CH2CH2)(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]7Si(OCH3)3
(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]7SiCH3(OCH3)2
(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]7SiCH3(OCH3)2
(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]25Si(OCH3)3
(CH2=CHCH2)(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]25Si(OCH3)3
(CH2=CHCH2CH2CH2CH)(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]25Si(OCH3)3
(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]25Si(OC2H5)3
(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]25SiCH3(OCH3)2
(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]50Si(OCH3)3
(CH2=CHCH2)(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]50Si(OCH3)3
(CH2=CHCH2CH2CH2CH2)(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]50Si(OCH3)3
(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]50Si(OC2H5)3
(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]50SiCH3(OCH3)2
{(CH3)3SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]1[(CH3)2SiO]4}Si(OCH3)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CH)2SiO]1[(CH3)2SiO]4}Si(OCH3)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]1[(CH3)2SiO]4}Si(OC2H5)3
{(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]1[(CH3)2SiO]4}Si(OCH3)3
{(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH2=CH)2SiO]1[(CH3)2SiO]4}Si(OCH3)3
{(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]1[(CH3)2SiO]4}Si(OC2H5)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CHCH2)(CH3)SiO]1[(CH3)2SiO]4}Si(OCH3)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CHCH2)2SiO]1[(CH3)2SiO]4}Si(OCH3)3
[(CH2=CHCH2)(CH3)2SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]1[(CH3)2SiO]4}Si(OCH3)3
{(CH2=CHCH2)(CH3)2SiO[(CH2=CHCH2)(CH3)SiO]1[(CH3)2SiO]4}Si(OCH3)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CHCH2CH2CH2CH2)(CH3)SiO]1[(CH3)2SiO]4}Si(OCH3)3
{(CH2=CHCH2CH2CH2CH2)(CH3)2SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]1[(CH3)2SiO]4}Si(OCH3)3
{(CH2=CHCH2CH2CH2CH2)(CH3)2SiO[(CH2=CHCH2CH2CH2CH2)(CH3)SiO]1[(CH3)2SiO]4}Si(OCH3)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]2[(CH3)2SiO]10}Si(OCH3)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CH)2SiO]2[(CH3)2SiO]10}Si(OCH3)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]2[(CH3)2SiO]10}Si(OC2H5)3
{(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]2[(CH3)2SiO]10}Si(OCH3)3
{(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH2=CH)2SiO]2[(CH3)2SiO]10}Si(OCH3)3
{(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]2[(CH3)2SiO]10}Si(OC2H5)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CHCH2)(CH3)SiO]2[(CH3)2SiO]10}Si(OCH3)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CHCH2)2SiO]2[(CH3)2SiO]10}Si(OCH3)3
{(CH2=CHCH2)(CH3)2SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]2[(CH3)2SiO]10}Si(OCH3)3
{(CH2=CHCH2)(CH3)2SiO[(CH2=CHCH2)(CH3)SiO]2[(CH3)2SiO]10}Si(OCH3)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CHCH2CH2CH2CH2)(CH3)SiO]2[(CH3)2SiO]10}Si(OCH3)3
{(CH2=CHCH2CH2CH2CH2)(CH3)2SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]2[(CH3)2SiO]10}Si(OCH3)3
{(CH2=CHCH2CH2CH2CH2)(CH3)2SiO[(CH2=CHCH2CH2CH2CH2)(CH3)SiO]2[(CH3)2SiO]10}Si(OCH3)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]3[(CH3)2SiO]22}Si(OCH3)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CH)2SiO]3[(CH3)2SiO]22}Si(OCH3)3
{(CH3)3iO[(CH2=CH)(CH3)SiO]3[(CH3)2SiO]22}Si(OC2H5)3
{(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]3[(CH3)2SiO]22}Si(OCH3)3
{(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH2=CH)2SiO]3[(CH3)2SiO]22}Si(OCH3)3
{(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]3[(CH3)2SiO]22}Si(OC2H5)3
{(CH3)3iO[(CH2=CHCH2)(CH3)SiO]3[(CH3)2SiO]22}Si(OCH3)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CHCH2)2SiO]3[(CH3)2SiO]22}Si(OCH3)3
{(CH2=CHCH2)(CH3)2SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]3[(CH3)2SiO]22}Si(OCH3)3
{(CH2=CHCH2)(CH3)2SiO[(CH2=CHCH2)(CH3)SiO]3[(CH3)2SiO]22}Si(OCH3)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CHCH2CH2CH2CH2)(CH3)SiO]3[(CH3)2SiO]22}Si(OCH3)3
{(CH2=CHCH2CH2CH2CH2)(CH3)2SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]3[(CH3)2SiO]22}Si(OCH3)3
{(CH2=CHCH2CH2CH2CH2)(CH3)2SiO[(CH2=CHCH2CH2CH2CH2)(CH3)SiO]3[(CH3)2SiO]22}Si(OCH3)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]4[(CH3)2SiO]50}Si(OCH3)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CH)2SiO]4[(CH3)2SiO]50}Si(OCH3)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]4[(CH3)2SiO]50}Si(OC2H5)3
{(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]4[(CH3)2SiO]50}Si(OCH3)3
{(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH2=CH)2SiO]4[(CH3)2SiO]50}Si(OCH3)3
{(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]4[(CH3)2SiO]50}Si(OC2H5)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CHCH2)(CH3)SiO]4[(CH3)2SiO]50}Si(OCH3)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CHCH2)2SiO]4[(CH3)2SiO]50}Si(OCH3)3
{(CH2=CHCH2)(CH3)2SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]4[(CH3)2SiO]50}Si(OCH3)3
{(CH2=CHCH2)(CH3)2SiO[(CH2=CHCH2)(CH3)SiO]4[(CH3)2SiO]50}Si(OCH3)3
{(CH3)3SiO[(CH2=CHCH2CH2CH2CH2)(CH3)SiO]4[(CH3)2SiO]50}Si(OCH3)3
{(CH2=CHCH2CH2CH2CH2)(CH3)2SiO[(CH2=CH)(CH3)SiO]4[(CH3)2SiO]50}Si(OCH3)3
{(CH2=CHCH2CH2CH2CH2)(CH3)2SiO[(CH2=CHCH2CH2CH2CH2)(CH3)SiO]4[(CH3)2SiO]50}Si(OCH3)3
成分(ii)的有机硅氧烷是这样一种成分,其允许得到具有良好的可操控性的导热性硅橡胶组合物,甚至在大量使用组分(B)的导热填料来生产导热性硅橡胶时。该成分由如下通式表示:
R4 3SiO(R4 2SiO)pR4 2Si-R5-SiR4 (3-d)(OR3)d。
在该式中,R4可以表示相同或不同的一价烃基,其代表可以是如上面提到的相同的直链烷基、支链烷基、环烷基、芳基、芳烷基、烯基或卤代烷基。这些基团中最优选的是直链烷基,特别是甲基。而且,在上式中,R5表示氧原子或二价烃基。R5的二价烃基可以由如下基团例示:亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚异丙基、亚丁基或类似的亚烷基;亚乙基氧亚乙基(ethyleneoxyethylene)、亚乙基氧亚丙基(ethyleneoxypropylene)或类似的亚烷基氧亚烷基(alkyleneoxyalkylene groups)。最优选的R5是氧原子。在上式中,R3定义同上。“p”是100和500之间的整数,优选是105和500之间的整数,更优选是110和500之间的整数,最优选是110和200之间的整数。如果“p”的值低于所推荐的下限,在导热橡胶的制备中大量使用组分(B)可能是不可能的。另一方面,如果“p”的值超过所推荐的上限,这将导致与所述表面结合的分子的体积的过度增加,并且这将是大量使用组分(B)的障碍。当本发明组合物中组分(B)的含量极高且超过80体积%时,显示了这种趋势,因为这缩短了组分(B)中颗粒之间的距离。在上式中,“d”是1和3之间的整数,优选是3。
成分(ii)的有机硅氧烷的代表可以是下列式子表示的化合物:
(CH3)3SiO[(CH3)2SiO]118(CH3)2Si-O-Si(OCH3)3
(CH3)3SiO[(CH3)2SiO]125(CH3)2Si-O-Si(OCH3)3
(CH3)3SiO[(CH3)2SiO]140(CH3)2Si-O-Si(OCH3)3
(CH3)3SiO[(CH3)2SiO]160(CH3)2Si-O-Si(OCH3)3
(CH3)3SiO[(CH3)2SiO]200(CH3)2Si-O-Si(OCH3)3
(CH3)3SiO[(CH3)2SiO]300(CH3)2Si-C2H4-Si(OCH3)3
(CH3)3SiO[(CH3)2SiO]118(CH3)2Si-O-SiCH3(OCH3)2
(CH3)3SiO[(CH3)2SiO]79[(CH3)(C6H5)SiO]30-Si(OCH3)3
(CH3)3SiO[(CH3)2SiO]79[(C6H5)2SiO]30-Si(OCH3)3
对可以采用的组合物中组分(C)的用量没有特殊限制,并且当它处理组分(B)的表面时,它在制备的导热性硅橡胶组合物中的分散度可以被改善。更具体地,可以以在0.1-10质量份/100质量份组分(B)的范围内,优选在0.1-5质量份/100质量份组分(B)的范围内的量使用组分(C)。如果组分(C)的用量低于所推荐的下限,那么在与大量组分(B)组合时,这将损害所得到的硅橡胶组合物的物理性质和模压性能,或者将导致在储存过程中组分(B)从所得到的硅橡胶组合物中沉淀和分离出来。另一方面,如果组分(C)的量超过所推荐的上限,它将不利地影响所得到的硅橡胶的物理特性。可以同时使用两种或更多种类型的组分(C)。组分(C)也可以与上述式R2 (4-g)Si(OR3)g的烷氧基硅烷化合物组合使用,其中R2和R3是如上面定义的基团,且“g”是1和4之间的整数。
可以使用下面的方法将组分(C)加入到所述组合物中:(1)组分(C)与组分(B)混合,然后添加表面用组分(C)处理的组分(B);(2)将组分(C)加入到组分(A)和(B)的混合物中,然后添加在组分(A)中的用组分(C)表面处理的组分(B);(3)同时混合所有的组分(A)、(B)和(C),然后添加表面用组分(C)处理的组分(B)。最优选的是方法(3)。因此,组分(C)可以以在组分(B)的表面上的涂层的形式被使用,或者可以被单独添加。为了加速采用组分(C)的组分(B)的表面处理,可以在加热下或通过组合使用酸性物质如乙酸、磷酸等和碱性物质如三烷基胺、叔铵盐、气态氨、碳酸铵等来进行所述方法。
当利用硅氢化反应进行所述组合物的固化时,固化剂(D)由在一个分子中具有平均两个或更多个与硅键合的氢原子的有机聚硅氧烷和铂催化剂组成。所述有机聚硅氧烷的与硅键合的基团是早先已经提到的同样的直链烷基、支链烷基、环烷基、芳基、芳烷基和卤代烷基,其中最优选的是烷基和芳基,特别是甲基和苯基。对该有机聚硅氧烷在25℃的粘度没有特殊限制,优选所述粘度应该在1-100,000mPa·s的范围内,更优选在1-5,000mPa·s的范围内。对前述有机聚硅氧烷的分子结构没有限制,它可以具有直链、支链、部分支化的直链、环状或树枝状(树枝形大分子)分子结构。这样的分子结构可以被包含在前述有机聚硅氧烷的聚合物、共聚物和聚合物混合物中。
上面提到的有机聚硅氧烷可以由下面的化合物代表:分子两端都用二甲基氢甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷;分子两端都用三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷与二甲基硅氧烷的共聚物;分子两端都用二甲基氢甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷与二甲基硅氧烷的共聚物;由如下式子表示的硅氧烷单元组成的有机硅氧烷共聚物:(CH3)3SiO1/2、(CH3)2HSiO1/2和SiO4/2;或以上化合物中两种或更多种的混合物。
最后提到的有机聚硅氧烷应该以固化所述组合物所要求的量使用。更具体地,它的添加量应该使得该组分中与硅键合的氢原子的含量为0.1-10摩尔,优选0.1-5摩尔,甚至更优选0.1-3.0摩尔,相对于每1摩尔组分(A)中的与硅键合的烯基计。如果该组分的含量低于所推荐的下限,得到的聚硅氧烷组合物将显示固化不完全的趋势;另一方面,如果所述含量超过所推荐的上限,得到的硅橡胶将太硬,并且将显示表面开裂增加的趋势。
在所述组合物中使用铂类催化剂以加速固化过程。这样的催化剂的实例是氯铂酸、氯铂酸的醇溶液、铂-烯烃络合物、铂-烯基硅氧烷络合物和铂-羰基络合物。
应该以固化本发明组合物所要求的量使用所述铂类催化剂。特别地,以质量单位计,它的加入量应该为0.01-1,000ppm金属铂/组分(A),优选0.1-500ppm金属铂/组分(A)。如果所述催化剂的加入量低于所推荐的下限,将存在得到的硅橡胶组合物固化不完全的趋势;另一方面,如果其加入量超过所推荐的上限,这不会产生显著的效果。
当通过缩合反应固化所述组合物时,组分(D)由在一个分子中含有至少三个与硅键合的可水解基团的硅烷或其部分水解产物组成。如果需要,组分(D)还可以由缩合反应催化剂组成。所述硅烷中包含的与硅键合的可水解基团的实例可以包括与上面提到的那些相同的烷氧基、烷氧基烷氧基、酰氧基、酮肟基、烯氧基、氨基、氨氧基和酰胺基。除前述可水解基团以外,在所述硅烷的硅原子上的基团的实例可以包括与上面提到的那些相同的直链烷基、支链烷基、环烷基、烯基、芳基、芳烷基和卤代烷基。最优选的硅烷或它们的水解产物可以由甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷和原硅酸乙酯例示。
前述硅烷或其水解产物应该以固化所述组合物所要求的量用于所述组合物中,特别地,所述硅烷或其水解产物的用量为0.01-20质量份/100质量份组分(A),优选0.1-10质量份/100质量份组分(A)。如果所述硅烷或其水解产物的用量低于所推荐的下限,这将损害所得到的组合物的储存稳定性并会降低所述组合物的粘合强度。如果它们的用量超过所推荐的上限,这会显著地延迟固化过程。
当含有具有氨氧基、胺、酮肟或类似的可水解基团的硅烷的固化剂被使用时,缩合反应催化剂还可以构成并非不可缺少的任意组分。这样的缩合反应催化剂的实例如下:酞酸四丁酯、酞酸四异丙酯或类似的有机钛酸酯;二异丙氧基二(乙酰乙酸根合)钛、二异丙氧基二(乙酰乙酸乙酯)钛或类似的有机钛螯合化合物;三乙酰丙酮铝、三(乙酰乙酸乙酯)铝或类似的有机铝化合物;四乙酰丙酮锆、四丁酸锆或类似的有机锆化合物;二辛酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、2-乙基己酸丁基锡或类似的有机锡化合物;环烷酸锡、油酸锡、丁酸锡、环烷酸钴、硬脂酸锌或类似的有机羧酸的金属盐;己胺、十二烷基胺磷酸盐或类似的胺化合物或它们的盐;乙酸苯甲基三乙基铵或类似的叔铵盐;乙酸钾、硝酸锂或类似的碱金属的低级脂肪酸盐;二甲基羟基胺、二乙基羟基胺或类似的二烷基羟基胺;和含有胍基的有机硅化合物。
前述缩合反应催化剂可以以任意的量使用于所述组合物中,只要这些量确保固化。特别地,该催化剂的用量可以为0.01-20质量份/100质量份组分(A),优选为0.1-10质量份/100质量份组分(A)。当前述催化剂是必不可少的组分且其用量低于上面推荐的下限时,将难以提供组合物的完全固化。另一方面,如果所述催化剂的量超过所推荐的上限,这会损害所述组合物的储存稳定性。
当通过使用有机过氧化物的自由基反应进行固化时,那么组分(D)应该由有机过氧化物组成,例如过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基二(2,5-叔丁基过氧基)己烷、二叔丁基过氧化物和过苯甲酸叔丁酯。所述有机过氧化物应该以足以进行固化的量使用,特别地,以0.1-5质量份/100质量份构成组分(A)的有机聚硅氧烷的量使用。
组分(E)是显著改进通过固化本发明组合物得到的硅橡胶的物理特性的有机聚硅氧烷。该组分由下列单元组成:SiO4/2,R1R2 2SiO1/2和R2 3SiO1/2。在上面的式子中,R1是含有脂族不饱和键的一价烃基。所述一价烃基可以由上面提到的相同基团例示,特别是乙烯基。在上面的式子中,R2表示不含有脂族不饱和键的一价烃基。该基团是上面就R2所例示的相同基团,特别是甲基和苯基。最优选的由上述单元组成的组分(E)的有机聚硅氧烷是由下式表示的有机聚硅氧烷:
(SiO4/2)h(R1R2 2SiO1/2)i(R2 3SiO1/2)j。
其中R1和R2定义同上;“h”、“i”和“j”是正数;且“(i+j)/h”在0.3-3.0的范围内,优选在0.3-2.5的范围内,最优选在0.3-2.0的范围内。推荐“j/h”在0.01-2.0的范围内,优选在0.02-2.0的范围内,最优选在0.03-2.0的范围内。对前面提到的组分(E)的质量平均分子量没有特殊限制,但可以推荐质量平均分子量在1,000-20,000的范围内,优选在5,000-20,000的范围内,最优选在10,000-20,000的范围内。
可以通过共水解下面所给出的分子式的硅烷并使它们经历缩合反应来制备组分(E)的有机聚硅氧烷:SiX4、R1R2 2SiX和R2 3SiX,其中R1和R2定义同上,X表示卤素原子如氯、溴、碘等,或甲氧基、乙氧基、丙氧基或类似的烷氧基。当进行水解和缩合反应时,推荐在三氟乙酸或类似的酸存在下进行该反应。
所述组合物中组分(E)的用量可以为2-10质量%,基于组分(A)和(E)之和计。如果其用量低于所推荐的下限,这会降低所得到的硅橡胶的物理特性并损害粘合性能。另一方面,如果所述添加量超过所推荐的上限,固化后的物体会失去其橡胶状的性质并且将太硬和脆。
将组分(F)加入到所述组合物中以赋予其触变性质。该组分用下面的通式表示:
R6R7 fSi(OR3)(3-f),
其中R3定义同上;R6是显示本组分与前述组分(A)的非亲和性的取代基,并且其可以由如下具体实例代表:3-缩水甘油氧基丙基、4-缩水甘油氧基丁基或类似的缩水甘油氧基烷基;2-(3,4-环氧环己基)-乙基,3-(3,4-环氧环己基)-丙基或类似的环氧环己基烷基;4-环氧乙基丁基、8-环氧乙基辛基或类似的环氧乙基烷基;或3-甲基丙烯酰氧基丙基、3-丙烯酰氧基丙基、4-甲基丙烯酰氧基丁基或类似的含有丙烯酸系或甲基丙烯酸系基团的有机基团。这些基团中,最优选的是缩水甘油氧基烷基,特别是3-缩水甘油氧基丙基。R7是烷基,例如甲基、乙基或丙基。在上式中,“f”是0或1,且优选是0。前述的组分(F)可以由如下化合物例示:3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)-乙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷。
在本发明的组合物中,应该以适于包覆组分(B)的表面且适于将得到的导热性硅橡胶组合物的触变性改进到适当程度的量使用组分(F)。更具体地,可以以足以包覆组分(B)的全部表面的1-70%,优选4-60%的量使用组分(F),所述组分(B)的全部表面基于BET比表面积和在组合物中使用的组分(B)的量来确定。如果组分(F)的用量低于所推荐的下限,得到的硅橡胶组合物将不具有足够的触变性;另一方面,如果组分(F)的添加量超过所推荐的上限,得到的组合物的触变性将太高,并且组合物将难以操控。可以由下面给出的公式确定所需要的组分(F)的量。从Stuardt-Briegleb模型计算可用组分(F)包覆的组分(B)的最小表面积,为78.3×1000/[组分(F)的分子量]。
M=[组分(B)的量(g)x组分(B)的BET比表面积(m2/g)]/[用组分(F)包覆的最小表面积(m2/g)]
其中M是组分(F)的量(g)。
可以使用下面的方法将组分(F)加入到所述组合物中:(1)组分(B)与组分(F)混合,然后添加预先用组分(F)表面处理的组分(B);(2)将组分(B)、(C)和(F)混合,然后添加预先用组分(C)和(F)表面处理的组分(B);(3)将组分(F)添加到组分(A)和(B)的混合物中,然后添加包含在组分(A)中并且预先用组分(F)表面处理的组分(B);(4)将组分(C)和(F)添加到组分(A)和(B)的混合物中,然后添加包含在组分(A)中并且预先用组分(C)和(F)表面处理的组分(B)。方法(4)是最优选的。这样,组分(F)可以独立地或者以在组分(B)的表面上的涂层的形式被包含在所述组合物中。可以通过加热或组合使用乙酸、磷酸或类似的酸性物质和碱性物质如三烷基胺、叔铵盐、气态氨、碳酸铵等来加速用组分(F)对组分(B)的处理。
可以加入到所述组合物中的其它任意组分的实例包括赋予粘合性的试剂,例如在一个分子中含有至少一个烯基和与硅键合的烷氧基的硅氧烷化合物;在一个分子中含有至少一个与硅键合的氢原子和至少一个与硅键合的烷氧基的硅氧烷化合物;在一个分子中含有至少一个烯基、至少一个与硅键合的烷氧基和至少一个含环氧基的有机基团的硅氧烷化合物;在一个分子中含有至少一个与硅键合的氢原子、至少一个与硅键合的烷氧基和至少一个含环氧基的有机基团的硅氧烷化合物;在一个分子中含有至少一个烯基、至少一个与硅键合的烷氧基和至少一个含甲基丙烯酸系基团的有机基团的硅氧烷化合物;在一个分子中含有至少一个与硅键合的氢原子、至少一个与硅键合的烷氧基和至少一个含丙烯酸系或甲基丙烯酸系基团的有机基团的硅氧烷化合物;由含有含环氧基的有机基团的硅氧烷化合物或烷氧基硅烷化合物和在一个分子中含有至少一个与硅键合的羟基和至少一个与硅键合的烯基的硅氧烷化合物组成的混合物或反应混合物。前面提到的含环氧基的有机基团的实例包括上面针对R6所提到的相同基团。前面提到的含丙烯酸系或甲基丙烯酸系基团的有机基团的实例上面针对R6所提到的相同基团。对可以采用的前述赋予粘合性的试剂的量没有特殊限制,但可以推荐它们的用量为组合物的0.001-10质量%,优选0.01-10质量%,最优选0.1-10质量%。
可以加入到所述组合物中的其它任意的组分的实例如下:甲基三甲氧基硅烷、甲基乙基二甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、戊基三甲氧基硅烷、己基三甲氧基硅烷、庚基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、辛基甲基二甲氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷、癸基三乙氧基硅烷或类似的含烷基的烷氧基硅烷,其可以作为前述组分(B)的表面处理剂被包含在所述组合物中。对可以采用的前述含烷基的烷氧基硅烷的量没有特殊限制,但如果它们覆盖组分(B)的表面的至少10%和优选超过50%,则其用量是足够的。可以通过下面给出的公式确定在所述组合物中需要使用的含烷基的烷氧基硅烷的量。由于可以通过Stuart-Briegleb分子模型计算用含烷基的烷氧基硅烷包覆的最小表面积,这样的表面可以被确定为78.3×1000/(含烷基的烷氧基硅烷的分子量)。
因此,可以写出下面的表达式:
M′=[组分(B)的量(g)x组分(B)的BET比表面积(m2/g)]/[用含烷基的烷氧基硅烷包覆的最小表面积(m2/g)]
其中M′是含烷基的烷氧基硅烷的量(g)。
在不妨碍本发明的目的的限制内,所述组合物还可以结合有添加剂,例如颜料、染料、荧光染料、耐热添加剂、三唑型化合物或其它阻燃剂、增塑剂和赋予粘合性的试剂。特别地,当通过硅氢化反应进行固化时,当所述组合物与2-甲基-3-丁炔-2-醇、2-苯基-3-丁炔-2-醇、1-乙炔基-1-环己醇或类似的炔型化合物;3-甲基-3-戊烯-1-炔、3,5-二甲基-3-己烯-1-炔或类似的烯炔化合物;以及肼型化合物、膦型化合物、硫醇型化合物或类似的固化抑制剂混合时,所述组合物的固化速度可以被调节,并且可操控性可以被改善。对可以采用的前述固化抑制剂的量没有特殊限制,但可以推荐以0.0001-1.0质量%的量使用它们。
实施例
通过实施例和对比例来进一步更详细地描述本发明的导热性硅橡胶组合物。在实施例中给出的导热系数是在50℃测量的,并且所有其它性质是在25℃测量的。
而且,在实施例和对比例中使用了如下起始原料:
组分(A1):分子两端都用二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷(粘度=400mPa·s;乙烯基含量=0.44质量%);
组分(A2):分子两端都用二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷(粘度=2,100mPa·s;乙烯基含量=0.22质量%);
组分(A3):分子两端都用二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷(粘度=2,000mPa·s;乙烯基含量=0.22质量%);
组分(A4):分子两端都用二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷(粘度=10,700mPa·s;乙烯基含量=0.137质量%);
组分(B1):BET比表面积为0.34m2/g且平均颗粒大小为8.2цm的球形氧化铝粉末;
组分(B2):BET比表面积为2.37m2/g且平均颗粒大小为1.1цm的不规则形状的氧化铝粉末;
组分(B3):平均颗粒大小为10μm的圆形氧化铝粉末;
组分(C1):由下式表示的有机聚硅氧烷:
(CH2=CH)(CH3)2SiO[(CH3)2SiO]27Si(OCH3)3;
组分(C2):由下式表示的有机聚硅氧烷:
(CH3)3SiO[(CH3)2SiO]110Si(OCH3)3;
组分(D1):铂与1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的络合物,含0.5质量%的金属铂;
组分(D2):在一个分子中含有平均5个与硅键合的氢原子的、分子两端都用三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷与二甲基硅氧烷的共聚物(粘度=5mPa·s;与硅键合的氢原子的含量=0.74质量%);
组分(D 3):在一个分子中含有平均3个与硅键合的氢原子的、分子两端都用三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷与二甲基硅氧烷的共聚物(粘度=6mPa·s;与硅键合的氢原子的含量=0.33质量%);
组分(D4):在一个分子中含有2个与硅键合的氢原子的、分子两端都用二甲基氢硅氧基封端的二甲基硅氧烷聚合物(粘度=15mPa·s;与硅键合的氢原子的含量=0.125质量%);
组分(E1):由下面的平均单元式表示的有机聚硅氧烷:
[(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2]0.02[(CH3)3SiO1/2]0.43(SiO4/2)0.55;
组分(E2):分子两端都用二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷(粘度=400mPa·s;乙烯基含量=0.44质量%)和组分(E1)的混合物,其中所述组分(E1)的含量为该混合物的28质量%;
组分(F1):3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(最小包覆面积=330m2/g);
组分(G1):两端都用3-缩水甘油氧基丙基二甲氧基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷与甲基乙烯基硅氧烷的共聚物(粘度=20mPa·s;乙烯基含量=9.6质量%);
组分(H1):分子两端都用二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷(粘度=2,100mPa·s;乙烯基含量=0.22质量%)与炭黑(Thermax Floform N-990,Cancarb Co.的产品)的混合物,其中所述炭黑的含量为该混合物的50质量%;
组分(H2):分子两端都用二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷(粘度=2,100mPa·s;乙烯基含量=0.22质量%)与炭黑(Thermax Floform N-990,Cancarb Co.的产品)的混合物,其中所述炭黑的含量为该混合物的50质量%。
[实施例1]
通过如下方法制备液体组分(A):在室温下混合下列组分15分钟:42.60质量份组分(A1);168.70质量份组分(A2);741.00质量份组分(B1);504.00质量份组分(B2);3.80质量份组分(C1);3.82质量份组分(C2);34.80质量份组分(E2);2.79质量份甲基三甲氧基硅烷(最小包覆表面=575m2/g);和0.3质量份组分(F1)。在180℃和10mmHg的减压下进一步混合所述组分1小时,并在搅拌条件下将其冷却到室温保持1小时。得到的混合物在室温下与1.80质量份组分(D1)混合15分钟,然后在室温和10mmHg的减压下混合30分钟。结果生产出液体组分(A)。
独立地,通过如下方法制备液体组分(B):在室温下混合下列组分15分钟:33.80质量份组分(A1);128.90质量份组分(A2);741.00质量份组分(B1);504.00质量份组分(B2);3.85质量份组分(C1);3.81质量份组分(C2);33.80质量份组分(E2);2.74质量份甲基三甲氧基硅烷;0.30质量份组分(F1),和1.20质量份组分(H1)。在180℃和10mmHg的减压下进一步混合所述组分1小时,并在搅拌条件下将其冷却到室温保持1小时。得到的混合物在室温下与17.92质量份组分(D2),8.64g组分(D3),8.85质量份组分(D4),和15.18质量份组分(G1)混合15分钟。然后在室温和10mmHg的减压下搅拌该混合物30分钟。结果生产出液体组分(B)。
通过以1∶1的比例混合前述液体组分(A)和(B)来制备导热性硅橡胶组合物。在所制备的导热性橡胶组合物中,在组分(D2)、(D3)和(D4)中所含的与硅键合的氢原子的总数与在组分(A1)和(A2)中所含的乙烯基的总数的摩尔比为1.51;组分(B1)和组分(B2)的含量为55体积%,组分(E1)的含量为4.3质量%,相对于组分(A1)、(A2)和(E1)之和计。组分(F1)的含量足以包覆组分(B1)和(B2)的全部表面的6.87%。甲基三甲氧基硅烷的含量足以包覆组分(B1)和(B2)的全部表面的110%。通过下面描述的方法测量得到的导热性硅橡胶组合物和导热性硅橡胶的特性,测量结果示于表1。
[导热性硅橡胶组合物的粘度]
利用流变仪(AR 550;TA Instruments Co.,Ltd.的产品)测量该特性。几何形状为20mm直径。并且使用2°-锥体/圆盘。在不同的旋转速度如0.3rpm和3.4rpm下测量粘度。在0.3rpm的测量完成后,将样品原封不动地放置5分钟,然后在3.4rpm下继续测量。粘度为每次测量10分钟后得到的值。
[硅橡胶的导热系数]
按照用于测量导热性硅橡胶组合物的导热系数的常规方法,通过用于测量树脂热阻的测试仪(Hitachi Seisakusho Co.,Ltd.的产品)来测量硅橡胶的各自的系数。在测量样品中,将所述导热性硅橡胶组合物夹在Hitachi Seisakusho Co.Ltd.的两个硅芯片(具有1cm×1cm的面积和0.0725cm的厚度)之间并挤压成50μm、100μm和150μm的厚度,然后通过在150℃加热30分钟而固化。在50N的载荷和50℃下测量不同厚度的样品的热阻。热阻的值用于计算各自的导热系数。
[导热性硅橡胶的粘合强度]
将导热性硅橡胶组合物夹在被粘附物之间并在150℃固化30分钟。所述被粘附物由得自Paltec Co.Lt d.的铝板(JISH 4000 A1050P)构成。粘合面积为25mm×10mm,且所述粘合剂层的厚度等于1mm。按照JISK6249测量所得到的导热橡胶的拉伸剪切粘合强度。
[导热性硅橡胶的伸长]
将得到的导热性硅橡胶组合物倾倒在面积为120mm×120mm且深度为2mm的模具中,并且通过在150℃加热该组合物15分钟来生产导热性硅橡胶片。在150℃再加热该片60分钟,由此生产出样品。关于所得到的导热性硅橡胶的伸长,按照JISK 6251测试所述样品。
[导热性硅橡胶的拉伸强度]
通过以上描述的方法制备导热性硅橡胶片,并将其转变成样品。按照JISK6251测量所得到的导热性硅橡胶的拉伸强度。
[导热性硅橡胶的硬度]
通过以上描述的方法制备导热性硅橡胶片,并将其转变成样品。使用A型硬度计按照JIS K 6253测量所得到的导热性硅橡胶的硬度。
[导热性硅橡胶的模板印刷测试]
将面积为7cm×7cm且深度为1mm的橡皮测试台(squeegee teststage)装满导热性硅橡胶组合物。将在5cm×5cm的面积上具有400针的印刷板浸入该橡皮台中1秒,然后将在所述针上所含的导热性硅橡胶组合物施加在表面积为7cm×7cm且厚度为4mm的铝基材上1秒。对每个样品进行4次测试,以确定在两个或更多个转移步骤之后被转移的组合物的平均量。所得到的量除以400,以确定一个针所转移的量。通过检查导热性组合物是否随第三个样品转移来评价沉积性质。
[实施例2]
通过如下方法制备液体组分(A):在室温下混合下列组分15分钟:42.60质量份组分(A1);168.70质量份组分(A2);741.00质量份组分(B1);504.00质量份组分(B2);3.80质量份组分(C1);3.82质量份组分(C2);34.80质量份组分(E2);2.79质量份甲基三甲氧基硅烷(最小包覆表面=575m2/g);和0.30质量份组分(F1)。在180℃和10mmHg的减压下进一步混合这些组分1小时,并在搅拌条件下将其冷却到室温保持1小时。得到的混合物与1.80质量份组分(D1)在室温下混合15分钟,然后在室温和10mmHg的减压下混合30分钟。结果生产出液体组分(A)。
独立地,通过如下方法制备液体组分(B):在室温下混合下列组分15分钟:31.57质量份组分(A1);126.26质量份组分(A2);741.00质量份组分(B1);504.00质量份组分(B2);3.82质量份组分(C1);3.82质量份组分(C2);34.30质量份组分(E2);1.0质量份甲基三甲氧基硅烷;2.60质量份组分(F1),和1.20质量份组分(H1)。在180℃和10mmHg的减压下进一步混合这些组分1小时,并在搅拌条件下将其冷却到室温保持1小时。得到的混合物与17.95质量份组分(D2),8.65质量份组分(D3),8.88质量份组分(D4)和15.19质量份组分(G1)在室温下混合15分钟。然后在室温和10mmHg的减压下搅拌该混合物30分钟。结果生产出液体组分(B)。
通过以1∶1的比例混合前述液体组分(A)和(B)来制备导热性硅橡胶组合物。在制备的导热性硅橡胶组合物中,在组分(D2)、(D3)和(D4)中所含的与硅键合的氢原子的总数与在组分(A1)和(A2)中所含的乙烯基的总数的摩尔比为1.52;组分(B1)和组分(B2)的含量为55体积%,并且组分(E1)的含量为4.4质量%,相对于组分(A1)、(A2)和(E1)之和计。组分(F1)的含量足以包覆组分(B1)和(B2)的全部表面的33.6%。甲基三甲氧基硅烷的含量足以包覆组分(B1)和(B2)的全部表面的75.3%。通过与实施例1中相同的方法测量得到的导热性硅橡胶组合物和导热性硅橡胶的特性,测量结果示于表1。
[实施例3]
通过如下方法制备一种混合物:在室温下混合下列组分15分钟:41.48质量份组分(A1);165.92质量份组分(A2);741.00质量份组分(B1);504.00质量份组分(B2);3.82质量份组分(C1);3.81质量份组分(C2);34.80质量份组分(E2);1.00质量份甲基三甲氧基硅烷(最小包覆表面=575m2/g);和2.63质量份组分(F1)。在180℃和10mmHg的减压下进一步混合这些组分1小时,并在搅拌条件下将其冷却到室温保持1小时。得到的混合物与1.80质量份组分(D1)在室温下混合15分钟,然后在室温和10mmHg的减压下混合30分钟。结果生产出液体组分(A)。
独立地,通过如下方法制备液体组分(B):在室温下混合下列组分15分钟:31.57质量份组分(A1);126.26质量份组分(A2);741.00质量份组分(B1);504.00质量份组分(B2);3.82质量份组分(C1);3.82质量份组分(C2);34.30质量份组分(E2);1.00质量份甲基三甲氧基硅烷;2.60质量份组分(F1),和1.20质量份组分(H1)。在180℃和10mmHg的减压下进一步混合这些组分1小时,并在搅拌条件下将其冷却到室温保持1小时。得到的混合物与17.95质量份组分(D2),8.65质量份组分(D3),8.88质量份组分(D4)和15.19质量份组分(G1)在室温下混合15分钟。然后在室温和10mmHg的减压下搅拌该混合物30分钟。结果生产出液体组分(B)。
通过以1∶1的比例混合前述液体组分(A)和(B)来制备导热性硅橡胶组合物。在制备的导热性硅橡胶组合物中,在组分(D2)、(D3)和(D4)中所含的与硅键合的氢原子的总数与在组分(A1)和(A2)中所含的乙烯基的总数的摩尔比为1.52;组分(B1)和组分(B2)的含量为55体积%,并且组分(E1)的含量为4.4质量%,相对于组分(A1)、(A2)和(E1)之和计。组分(F1)的含量足以包覆组分(B1)和(B2)的全部表面的60.3%。甲基三甲氧基硅烷的含量足以包覆组分(B1)和(B2)的全部表面的39.7%。通过与实施例1中相同的方法测量得到的导热性硅橡胶组合物和导热性硅橡胶的特性,测量结果示于表1。
[对比例1]
通过如下方法制备液体组分(A):在室温下混合下列组分15分钟:120.00质量份组分(A3);24.00质量份组分(A4);850.00质量份组分(B3);2.53质量份组分(C1);2.65质量份组分(C2)。然后在室温和低于10mmHg的减压下搅拌这些组分1小时。然后,该混合物进一步与1.00质量份组分(D1)混合15分钟,并然后在室温和低于10mmHg的减压下搅拌30分钟。
独立地,通过如下方法制备液体组分(B):在室温下混合下列组分15分钟:90.00质量份组分(A3);20.00质量份组分(A4);850.00质量份组分(B3);2.64质量份组分(C1);2.55质量份组分(C2);和0.80质量份组分(H2)。然后在室温和低于10mmHg的减压下搅拌这些组分1小时。然后,该混合物进一步与4.12质量份BET比表面积为200m2/g的气相法二氧化硅、12.30质量份组分(D2)和10.00质量份组分(G 1)混合15分钟。然后在低于10mmHg的减压下进一步混合该混合物30分钟。
通过以1∶1的比例混合前述液体组分(A)和(B)来制备导热性硅橡胶组合物。在制备的导热性硅橡胶组合物中,在组分(D2)中所含的与硅键合的氢原子与在组分(A3)和(A4)中所含的乙烯基的总数的摩尔比为1.60;组分(B1)、(B2)和(B3)的总含量为59体积%。通过与实施例1中相同的方法测量得到的导热性硅橡胶组合物和导热性硅橡胶的特性,测量结果示于表1。
表1
实施例号特性 | 实施例 | 对比例 | ||
1 | 2 | 3 | 1 | |
粘度(Pa·s)0.3rpm | 46.75 | 84.84 | 143.2 | 89.01 |
3.4rpm | 31.38 | 38.68 | 57.53 | 62.01 |
导热系数(W/m·K) | 1.30 | 1.28 | 1.35 | 1.36 |
粘合强度(N/cm2) | 329.6 | 330.5 | 336.6 | 237 |
伸长(%) | 79 | 76.3 | 82.5 | 75 |
拉伸强度(MPa) | 6.10 | 5.55 | 6.08 | 4.80 |
硬度 | 84 | 83 | 85 | 80 |
模板沉积量(mg/针) | 1.03 | 1.04 | 0.96 | 0.42 |
模板涂覆性质 | 好 | 好 | 好 | 不满意 |
工业实用性
由于甚至当与增加量的导热填料一起使用时本发明的导热性硅橡胶组合物提供了良好的可操控性和适当的触变性质,并且由于甚至在不使用增强填料时它固化后形成具有优异的粘合性能、伸长特性和高拉伸强度的热塑性导热橡胶,它适合在电气和电子设备制造中用作导热粘合剂和除热密封材料。而且,本发明的组合物可用于模板印刷中,以以迅速的方式和以适当的量沉积在电气和电子零件和设备的表面上。
Claims (11)
1.导热性硅橡胶组合物,包含:
(A)除下面给出的组分(C)和(E)之外的有机聚硅氧烷;
(B)导热填料;
(C)选自如下物质的组分:
(i)由下面通式表示的有机聚硅氧烷:
[R1 aR2 (3-a)SiO(R1 bR2 (2-b)SiO)m(R2 2SiO)n]cSiR2 [4-(c+d)](OR3)d
(其中R1是具有脂族不饱和键的一价烃基,R2可以表示不具有脂族不饱和键的相同或不同的一价烃基,R3表示烷基、烷氧基烷基、烯基或酰基;“a”是0和3之间的整数,“b”是1或2,“c”是1和3之间的整数,“d”是1和3之间的整数;“(c+d)”是2和4之间的整数,“m”是等于或大于0的整数,和“n”是等于或大于0的整数;当“a”为0时,则 “m”是等于或大于1的整数);
(ii)由下面通式表示的有机聚硅氧烷:
R4 3SiO(R4 2SiO)pR4 2Si-R5-SiR4 (3-d)(OR3)d
(其中R3定义同上,R4表示相同或不同的一价烃基,R5表示氧原子或二价烃基,“p”是100和500之间的整数,和“d”定义同上);或
(iii)上述成分(i)和(ii)的两种或更多种的混合物;
(D)固化剂;
(E)由如下单元构成的有机聚硅氧烷:SiO4/2、R1R2 2SiO1/2和R2 3SiO1/2(其中R1和R2定义同上);和
(F)由下面通式表示的硅烷化合物:
R6R7 fSi(OR3)(3-f)
{其中R3定义同上;R6是对前述组分(A)不显示亲和力的取代基;R7是烷基;“f”是0或1},
其中以相对于组分(A)和(E)之和为2-10质量%的量包含组分(E),且其中以足以包覆组分(B)全部表面的1-70%的量包含所述组分(F),所述组分(B)的全部表面由组分(B)的含量和前述组分(B)的BET比表面积决定。
2.权利要求1的导热性硅橡胶组合物,其中所述组分(B)的平均颗粒大小在0.1-100微米的范围内。
3.权利要求1的导热性硅橡胶组合物,其中组分(B)是氧化铝粉。
4.权利要求3的导热性硅橡胶组合物,其中组分(B)的BET比表面积等于或小于5.0m2/g。
5.权利要求3的导热性硅橡胶组合物,其中所述组分(B)包含平均颗粒大小在1-30微米范围内的球形氧化铝粉(B1)(不包括1μm颗粒)和平均颗粒大小在0.1-5微米范围内的球形或不规则形状的氧化铝粉(B2)的混合物。
6.权利要求5的导热性硅橡胶组合物,其中组分(B)包含30-90质量%的组分(B1)和10-70质量%的组分(B2)。
7.权利要求1的导热性硅橡胶组合物,其中所述组分(B)的用量为300-2,500质量份/100质量份组分(A)。
8.权利要求1的导热性硅橡胶组合物,其中所述组分(C)的用量为0.1-10质量份/100质量份组分(B)。
9.权利要求1的导热性硅橡胶组合物,其中所述组分(B)在所述组分(A)中用组分(C)表面处理。
10.权利要求1的导热性硅橡胶组合物,其中在所述组分(F)的分子式中的R6是含环氧基的有机基团。
11.权利要求1的导热性硅橡胶组合物,其中所述的导热性硅橡胶组合物在硅氢化反应、缩合反应中固化,或通过使用有机过氧化物的自由基反应固化。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |