CN102504707B - 一种快速固化导热胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导热胶及其制备方法，该导热胶包含10～45％wt的改性丙烯酸树脂，50～85％wt的导热粒子，1～5％wt的固化引发剂。本发明导热胶与现有的单组分导热胶相比，能够适用于极性基材表面，譬如金属，陶瓷，玻璃等等，固化后的剪切强度高，固化速度快。与现有的双组分导热胶相比，一方面，固化速度快、固化后的剪切强度高；另一方面，无配比不当或搅拌不均匀导致固化不完全的风险。可以用于各类热源发生器与散热器之间的导热连接。

Description

一种快速固化导热胶及其制备方法

技术领域

本发明属于胶黏剂领域，具体涉及一种改性丙烯酸导热胶及其制备方法。

背景技术

随着二十一世纪电子科技的蓬勃发展，各类电子元器件的热密度越来越高，散热问题也就成为电子产品设计中至关重要的考虑。

各类热源发生器与散热器之间通过导热胶黏剂进行导热连接，例如半导体，电源电气，白色家电及LED等等行业的散热设计大多都是这样。

目前市场上普遍存在的单组分湿气固化有机硅类导热胶，固化慢(虽然可以在10-30分钟内表干，但是完全固化需要3-7天的时间)，无法满足目前工业生产的高速化和多变化要求，另外，固化后的剪切强度(也称粘接强度)较弱，尤其对某些极性基材表面，譬如金属，陶瓷，玻璃等等。

而市场上普遍存在的双组分导热胶，固化速度也较慢，并且使用时将两个组分现场配合使用，一方面，对两个组分的配比要求比较严格，另一方面需要将两个组分进行充分搅拌均匀；否则可能因为配比不当或搅拌不均匀导致固化不完全甚至是无法固化的风险。

因此，开发一种能够快速完全固化且方便使用的导热胶成为本领域急需解决的问题。

发明内容

本发明一方面提供了一种导热胶，该导热胶包含以下组分，含量以导热胶的总重量计：

改性丙烯酸树脂  10～45％wt

导热粒子        50～85％wt

固化引发剂      1～5％wt；

所述的改性丙烯酸树脂为甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、1，3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇(200)二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇(400)二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸四氢呋喃酯、丙烯酸四氢呋喃酯或甲基丙烯酸异冰片酯中的任意一种或几种的混合物；

所述的导热粒子为氧化铝粒子、氧化锌粒子、氮化铝粒子、氮化硼粒子、氧化铍粒子或石墨粒子中的任意一种或几种的混合物，所述导热粒子的粒径范围为0.5～50um；

所述的固化引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、过氧化苯甲酰叔戊酯、过氧化2-乙基己基酸叔丁酯、过氧化醋酸叔丁酯、过氧化氢异丙苯、过氧化叔丁基、过氧化二异丙苯中的任意一种或几种的混合物。

在本发明的一个具体实施方案中，所述的改性丙烯酸树脂为甲基丙烯酸羟丙酯与甲基丙烯酸四氢呋喃酯的混合物，甲基丙烯酸羟丙酯与甲基丙烯酸四氢呋喃酯的质量比为1∶5-2∶5。

在本发明的另外一个具体实施方案中，所述的改性丙烯酸树脂的含量为20-30％wt。优选的，15-25％wt。

在本发明的一个具体实施方案中，所述的导热粒子的含量为60-80％wt。优选的，70-80％wt。更优选的，75-80％wt。

在本发明的另外一个具体实施方案中，所述的导热粒子的粒径范围为1-20um。优选的，2-10um。

在本发明的一个具体实施方案中，所述的固化引发剂优选的过氧化苯甲酰与过氧化苯甲酰叔丁酯的混合物。

在本发明的另外一个具体实施方案中，所述的固化引发剂含量1％-3％。

本发明的导热胶中还可以包含0-20％wt的附加树脂，所述的附加树脂为天然橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的任意一种或几种的混合物。

本发明的导热胶中还包含以下组分，含量以导热胶的总重量计：

抗氧剂    0～5％wt

触变剂        0～5％wt

储存稳定剂    0～5％wt；

所述的抗氧剂为2，2’-亚甲基-二-(4-甲基，6-叔丁基苯酚)、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(抗氧剂1076)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯(抗氧剂1010)中的任意一种或几种的混合物；

所述的触变剂为聚乙烯、聚丙烯腊、气相硅R720、气相硅R805、气相硅R202中的任意一种或几种的混合物；

所述的储存稳定剂为对苯二酚、叔丁基对苯二酚、2，6-二叔丁基对甲酚、对苯醌中的任意一种或几种的混合物。

本发明另一方面提供了上述导热胶的制备方法，其包括以下依次进行的步骤：

(1)将所述的改性丙烯酸树脂、导热粒子按所述重量配比混合，并搅拌均匀；

(2)将步骤(1)获得的混合物研磨至均匀流动连续的膏状物，再加入固化引发剂搅拌均匀；

(3)真空去泡处理获得所述的导热胶产品。

在本发明的一个具体实施方案中，步骤(2)中使用三辊研磨机进行研磨。

在本发明的另一个具体实施方案中，将改性丙烯酸树脂、稀释剂、触变剂、导热粒子加入搅拌釜中，搅拌约30min，使其达到均匀混合；再将混合好的原料经三辊研磨机研磨3遍至均匀流动连续的膏状物，将研磨后的浆料加入行星搅拌釜中，然后依次加入固化引发剂，储存稳定剂；搅拌均匀；最后边搅拌边抽真空，脱气15分钟，确认搅拌均匀且没有气泡后，即获得导热胶产品。

本发明的导热胶既可以作为单组分导热胶使用，也可以与另外的固化促进剂配合使用(两者合为双组份导热胶)。

所述固化促进剂可以选择本领域技术人员所熟知的正丁醛苯胺缩合物(例如市售的Vanax 808HP)、乙酰丙酮铜盐溶液等。

本发明的导热胶可以与现有的固化促进剂配合使用，使用时，只要将需粘结的两个界面，一个涂布本发明的导热胶，另一个涂布固化促进剂，使用一定压力(约10Kpa-1MPa)将两界面紧密覆合即可。

本发明导热胶与现有的单组分导热胶相比，能够适用于极性基材表面，譬如金属，陶瓷，玻璃等等，固化后的剪切强度高，固化速度快。

本发明导热胶与现有的双组分导热胶相比，一方面，固化速度快、剪切强度高；另一方面，无配比不当或搅拌不均匀导致固化不完全甚至是无法固化的风险：1)导热胶与固化促进剂无需搅拌混合，节省了搅拌这一工序，节约了时间成本，并且防止了搅拌过程中引入其他杂质的质量隐患；2)导热胶与固化促进剂两者的配比范围要求不苛刻，导热胶与固化促进剂的质量比在20∶1～5∶1的范围内任意选择都可以达到快速完全固化的效果。

本发明的导热胶不含任何挥发性溶剂，是完全环境友好型产品，并且能够提供非常优秀的界面润湿能力，可以用于各类热源发生器与散热器之间的导热连接，可以广泛应用于半导体，电源电气，白色家电及LED等等行业的导热连接设计。

具体实施方式

实施例1：

导热胶的各组分及重量百分比如下：

改性丙烯酸树脂为甲基丙烯酸四氢呋喃酯；

导热粒子为氧化铝粒子，粒径范围为3～5um；

固化引发剂为过氧化苯甲酰叔丁酯；

改性树脂为甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯共聚物；

触变剂为气相硅R720；

储存稳定剂为2，6-二叔丁基对甲酚；

具体制备方法：

在行星动力混合机中按上述配方比例加入改性丙烯酸树脂、导热粒子、改性树脂，抗氧剂1076、触变剂，混合搅拌均匀(搅拌速度范围，搅拌时间约半小时，获得的搅拌混合物呈膏状)；

倒入三辊研磨机研磨3遍直至混合物完全均匀流动连续的膏状物后，再倒入双行星搅拌釜中，加入储存稳定剂、固化引发剂搅拌均匀；

然后进行真空去泡处理(搅拌过程中抽真空，脱气约15分钟，确认搅拌均匀且没有气泡)，即得实施例1的导热胶。

实施例2：

导热胶的各组分及重量百分比如下：

改性丙烯酸树脂为甲基丙烯酸四氢呋喃酯与甲基丙烯酸羟丙酯的混合物；

导热粒子氮化硼的粒径范围为3um-10um，导热粒子氧化铝的粒径范围为2um-5um；

固化引发剂为过氧化苯甲酰与过氧化苯甲酰叔丁酯的质量比为2∶1的混合物；

附加树脂为丁苯橡胶；

触变剂为气相硅R720；

储存稳定剂为2，6-二叔丁基对甲酚与对苯醌(质量比＝1∶1)的混合物；

制备过程操作同实施例1。

实施例3：

导热胶的各组分及重量百分比如下：

改性丙烯酸树脂为甲基丙烯酸四氢呋喃酯与甲基丙烯酸羟丙酯质量比3∶1的混合物；

导热粒子氮化硼的粒径范围为3um-10um，导热粒子氧化铝的粒径范围为2um-5um；

固化引发剂为过氧化苯甲酰与过氧化苯甲酰叔丁酯的质量比为2∶1的混合物；

附加树脂为甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯共聚物；

触变剂为气相硅R720；

储存稳定剂为2，6-二叔丁基对甲酚与对苯醌(质量比＝1∶1)的混合物；

制备过程操作同实施例1。

实施例4：

导热胶的各组分及重量百分比如下：

改性丙烯酸树脂为甲基丙烯酸四氢呋喃酯，1，3-丁二醇二甲基丙烯酸酯与甲基丙烯酸羟丙酯质量比7∶0.5∶2.5的混合物；

导热粒子氧化锌的粒径范围为0.5um-2um；氮化硼粒子的粒径范围为20um-30um；

固化引发剂为过氧化苯甲酰与过氧化苯甲酰叔丁酯的质量比为2∶1的混合物；

附加树脂为甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯共聚物；

触变剂为气相硅R202；

储存稳定剂为2，6-二叔丁基对甲酚；

制备过程操作同实施例1。

作为单组分导热胶的应用

实施例1-4的导热胶都可以作为单组分导热胶直接使用，能够适用于极性基材表面，譬如金属，陶瓷，玻璃等等，固化后的剪切强度高，固化速度快。

例如实施例1-4的导热胶可以用于不锈钢基材界面的连接，完全固化的时间约为1-3天，完全固化后的剪切强度可以达到300kgf以上(注：涂布面积为2.54cmX1.77cm)。

而市面上现有的一些单组分导热胶，例如单组分湿气固化有机硅类导热胶，一般的表干时间为30分钟以上，同时确保完全固化需要3～7天的时间；同等测试条件下，其完全固化后的剪切强度小于100kgf(注：涂布面积为2.54cmX1.77cm)。

作为双组分导热胶的应用

首先，将实施例1-4导热胶搅拌均匀，以确保导热粒子均匀分散；

使用时，将需粘结的两个界面，一个涂布导热胶，另一个涂布固化促进剂Vanax808HP。两者的配比范围要求不苛刻(20∶1～5∶1的范围内都可以)，导热胶与固化促进剂无需搅拌混合。

放置等待几分钟，待固化促进剂溶剂挥发后，使用一定压力(约100Kpa)将两界面紧密覆合即可；

按照标准ASTM-5470D及剪切强度测试方法进行检验，各项指标如下表所示。

表1

注：^*处的完全固化剪切强度是以完全固化后的(约72小时后的)剪切强度为参比计算得到的百分比。

从表1数据，可以看出：

1、实施例1-4的导热胶能在5～10分钟内达到50％以上的完全剪切强度，为快速固化产品；而市面上现有的一些双组分导热胶，例如特艾弗新材料公司提供的EM1001双组分环氧导热胶产品，在25℃常温条件下，其达到50％以上的完全固化剪切强度需要6～10小时。

2、实施例1-4的导热胶应用于不锈钢基材这样的极性基材表面，仍能达到较强的剪切强度，而市面上现有的一些双组分导热胶，例如汉高公司提供的单组分湿气固化有机硅导热胶5406产品，其完全固化后(注：在25℃及50％的湿气环境下，7天后测试)，同等条件下，测试其完全固化剪切强度为58kgf。

3、实施例1-4的导热胶可以与已经存在的固化促进剂配合使用，而且使用质量配比非常广(20∶1～5∶1)。而市场上普遍存在的双组分导热胶，一方面，对两个组分的配比要求比较严格，另一方面需要将两个组分进行充分搅拌均匀。该发明能彻底解决原有双组分导热胶可能因为配比不当或搅拌不均匀导致固化不完全甚至是无法固化的风险。

Claims (4)

1.一种导热胶，其特征在于：该导热胶包含以下组分,含量以导热胶的总重量计: 

甲基丙烯酸羟丙酯与甲基丙烯酸四氢呋喃酯的混合物10～45%wt 

导热粒子      50～85%wt 

固化引发剂    1～5%wt； 

所述的导热粒子为氧化铝粒子、氧化锌粒子、氮化铝粒子、氮化硼粒子、氧化铍粒子或石墨粒子中的任意一种或几种的混合物，所述导热粒子的粒径范围为0.5～50μm； 

所述的固化引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、过氧化苯甲酰叔戊酯、过氧化2-乙基己基酸叔丁酯、过氧化醋酸叔丁酯、过氧化氢异丙苯、过氧化二异丙苯中的任意一种或几种的混合物； 

所述甲基丙烯酸羟丙酯与甲基丙烯酸四氢呋喃酯的混合物中，甲基丙烯酸羟丙酯与甲基丙烯酸四氢呋喃酯的质量比为1:5-2:5。 

2.如权利要求1所述的导热胶，其特征在于：该导热胶中还包含0-20%wt的附加树脂，所述的附加树脂为天然橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的任意一种或几种的混合物。 

3.如权利要求2所述的导热胶，其特征在于：该导热胶中还包含以下组分,含量以导热胶的总重量计: 

抗氧剂        0～5%wt 

触变剂        0～5%wt 

储存稳定剂    0～5%wt； 

所述的抗氧剂为2，2’-亚甲基-二-（4-甲基-6-叔丁基苯酚）、β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯（抗氧剂1076）、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯（抗氧剂1010）中的任意一种或几种的混合物； 

所述的触变剂为聚乙烯、聚丙烯蜡、气相硅R805、气相硅R202中的任意一种或几种的混合物； 

所述的储存稳定剂为对苯二酚、叔丁基对苯二酚、2，6-二叔丁基对甲酚、对苯醌中的任意一种或几种的混合物。 

4.如权利要求1所述的导热胶的制备方法，其特征在于：其包括以下依次进行的步骤： 

（1）将所述的甲基丙烯酸羟丙酯与甲基丙烯酸四氢呋喃酯的混合物、导热粒子按所述重量配比混合，并搅拌均匀； 

（2）将步骤（1）获得的混合物研磨至均匀流动连续的膏状物，再加入固化引发剂搅拌均匀； 

（3）真空去泡处理获得所述的导热胶产品。