CN102676010B - 一种溶剂型丙烯酸酯散热涂料、其制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种溶剂型丙烯酸酯散热涂料，其先采用将散热剂分散在单体溶液中，再进行原位聚合而成，所述散热剂与所述单体的重量比为（1-4）：（6-9），所述散热剂由70-90%碳纤维和10-30%纳米材料组成，所述的单体为所述的单体为改性丙烯酸酯、丙烯酸或丙烯酸酯中一种或多种。本发明由于采用溶液原位聚合，得到分散均匀、添加碳纤维及纳米材料复合散热粒子的散热涂料，可提高传热和散热效率，作为散热涂层覆于LED液晶模组的背板表面，将LED产生的一部分热量，通过红外辐射的方式散去，增强了LED液晶模组的散热性能，在相同的散热面积上，增加了散热量，提高了散热效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种散热涂料，具体地说，涉及一种溶剂型丙烯酸酯散热涂料、其制备方法及其应用。
背景技术
目前，微电子技术及组装技术迅猛发展，现代电子设备正日益成为由高密度组装、微组装所形成的高度集成系统，电子设备的热流密度也日益提高，而寿命与其工作温度具有直接的关系，使用过程中的温度梯度会产生热应力与热变形，最终导致产品疲劳失效。由此可见，散热设计处理不当是导致现代电子产品失效的重要原因。因此，会在例如显示器或集成电路等电器电子部件中使用一些散热材料，以防止由发热引起的各种部件的温度上升导致的功能障碍。
现有的散热材料多采用在一些聚合物树脂中添加高导热性的填料以形成散热涂层或散热薄片，类似散热材料的专利文献报道也有一些，但在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：
比如，专利申请ZL 200810146607.5、ZL 200510056010.8、CN 200610080211.6中公开的一种散热涂料，都是将散热粉末与聚合物直接混合在一起，其缺点是当散热颗粒直径小的时候，粒子会由于“团簇”作用而难于均匀的分散在聚合物内，影响散热效果，而粒子直径过大，又会影响到散热的效果。
专利申请CN 200510064896.0中提到一种将碳层沉积到金属表面的方法制造散热涂层，其缺点是需要特殊加工设备，成本也非常的高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种散热效率高的溶剂型丙烯酸酯散热涂料。
本发明的另一目的是提供该散热涂料的制备方法。
本发明的再一目的是提供该散热涂料的应用。
为了实现本发明目的，本发明提供一种溶剂型丙烯酸酯散热涂料，其先采用将散热剂分散在单体溶液中，再进行原位聚合而成，所述散热剂与所述单体的用量比为（1-4）：（6-9），所述散热剂由70-90%（质量百分数，以下同）碳纤维和10-30%纳米材料组成，所述的单体为改性丙烯酸酯、丙烯酸或丙烯酸酯中一种或多种。
其中，本发明所述溶剂型丙烯酸酯散热涂料采用如下重量比的原料制成：10-40重量份散热剂、60-90重量份单体和0.05-0.3重量份引发剂。
优选的，其采用如下原料制成：15-20重量份散热剂、80-85重量份单体和0.1-0.2重量份引发剂。
所述重量份，可为本领域技术人员熟知的重量单位，比如克、千克、公斤、吨等。
所述碳纤维优选为沥青基碳纤维粉，直径5000-7000nm，长度5000-10000nm；更优选采用羧基质量百分数为0.01-0.1%羧基化的沥青基碳纤维。
所述纳米材料为碳纳米管、纳米氮化硼、纳米碳化硅或纳米氧化铝中的一种或多种。
所述碳纳米管优选为羧基质量百分数为0.3-2.5%的单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，直径10-100nm，长度为100-5000nm。
所述纳米氮化硼为纳米级六方氮化硼或者纳米氮化硼管。
所述纳米氮化硼、纳米碳化硅、纳米氧化铝的直径为50-1000nm，优选为100-300nm，所述纳米氮化硼管直径为20-100nm，长度为100-1000nm。
所述改性丙烯酸酯为采用可提高丙烯酸酯的玻璃化转变温度的物质对丙烯酸酯进行改性，以将其玻璃化转变温度达到70℃以上为准，比如苯乙烯改性丙烯酸酯、丙烯腈改性烯酸酯、丙烯酰胺改性烯酸酯等。
所述单体含有苯乙烯、以及式（1）结构的一种或多种单体：
CH2＝CR1-CO-OR2 式（1）
R1为H或CH3；R2为H或烷基；R1＋R2<15。
所述单体由苯乙烯、丙烯酸酯组成为佳，具体为苯乙烯单体5-20%，丙烯酸酯单体80-95%。
优选的，所述丙烯酸酯单体由丙烯酸乙酯（EA）、丙烯酸正丙酯（PA）、丙烯酸正丁酯（n-BA）、丙烯酸异丁酯（i-BA）、丙烯酸月桂酯（LA）、丙烯酸-2-乙基己酯（2-EHA，又名丙烯酸异辛酯）、由甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯中的一种或多种。
所述丙烯酸单体由丙烯酸（AA）、甲基丙烯酸（MAA）中的一种或两种。
所述引发剂为偶氮二异丁腈（AIBN）、偶氮二异庚腈（ABVN）、过氧化二苯甲酰（BPO）中的一种或多种组成，用量可以在0-100%之间调整。
为了便于聚合反应的进行，可以分别将散热剂和单体、引发剂加入溶剂溶解，分别形成单体溶液和引发剂溶液，所述单体溶液在引发剂溶液的存在下进行聚合反应而成。
所述溶剂为甲苯、二甲苯、乙酸乙酯（EAC）、乙酸丁酯（BAC）、丙二醇甲醚乙酸酯（PMA）中的一种或多种。
所述单体溶液中的各成分的用量为：10-40重量份散热剂、60-90重量份单体和100-300重量份的溶剂。
所述引发剂溶液中的各成分的用量为：0.05-0.3重量份引发剂和5-50重量份溶剂。
为了实现本发明的另一目的，本发明所述溶剂型丙烯酸酯散热涂料的制备方法，采用分别将散热剂和单体、引发剂加入溶剂溶解，分别形成单体溶液和引发剂溶液，所述单体溶液在引发剂溶液的存在下进行聚合反应而成。
其中，所述引发剂溶液由0.05-0.3重量份引发剂和5-50重量份溶剂配制而成。
所述单体溶液由10-40重量份散热剂、60-90重量份单体和100-300重量份的溶剂配制而成。
所述聚合反应采用在70-90℃向所述单体溶液中滴加引发剂溶液进行，滴加完毕后，继续反应0.5-2小时。
具体地说，本发明所述溶剂型丙烯酸酯散热涂料的制备方法，包括如下步骤：
1）将0.05-0.3重量份引发剂和5-50重量份溶剂配制成引发剂溶液；
2）将10-40重量份散热剂、60-90重量份单体和100-300重量份的溶剂配制成单体溶液；
3）然后在70-90℃向所述单体溶液中滴加引发剂溶液进行原位聚合反应，滴加完毕后，继续反应0.5-2小时而成。
聚合反应中的引发剂溶液可以分多次滴加，每两次滴加的时间间隔为0.5-2小时，每次滴加总量的1/6-1/3。
本发明的导热胶溶液脱溶剂后，可采用本领域熟知的涂布等方法形成压敏型丙烯酸导热胶膜，其厚度一般在0.05-0.25mm，优选的为0.05-0.1mm。
本发明的溶剂型丙烯酸酯散热涂料可采用本领域熟知的喷涂、刷涂或丝印等方法（优选喷涂方法）在需要散热的表面直接形成散热涂层。
在应用过程中，本发明所述溶剂型丙烯酸酯散热涂料形成的散热涂层可控制在10-40微米，优选的为20-30微米。
本发明的溶剂型丙烯酸酯散热涂料，选择碳纤维和纳米材料作为散热剂，采用将此特定组分的散热剂均匀的分散在丙烯酸类聚合单体内，进行原位聚合，制成均匀的涂料，使用后，能够形成稳定散热涂层，同时还具有防静电作用，可涂于背板外表面。
本发明提供一种散热涂层，由所述的溶剂型丙烯酸酯散热涂料制备而成。
本发明提供一种背光LED模组，包括所述的散热涂层，所述散热涂层设于背板外表面。
本发明采用将特定组分的散热剂均匀的分散在丙烯酸聚合单体内，进行原位聚合，形成均匀的散热涂料，具有优良的传热和散热效率，可制成稳定的三维散热结构的溶剂型丙烯酸酯散热涂层。其具有如下优点：
1）采用碳纤维与纳米材料构成散热粒子，保证其在径向和轴向上都具有高的导热性和散热性，并在丙烯酸聚合物中起到“骨架”作用，以形成三维网状的散热结构。本领域熟知，沥青基碳纤维的散热性能与石墨类似，属于“各向异性”，由于其特殊的结构，碳纤维轴向的导热系数在500W/m·K以上，但是径向导热系数还不到轴向的1/10，这大大制约了碳纤维作为导热、散热材料的应用，而沥青基碳纤维微粉（官能化）表面、截面及内部有许多物理缺陷，因此，本发明采用在溶剂中将碳纤维和纳米材料进行混合，碳纤维作为骨架，利用纳米材料的吸附作用，可以搭接在碳纤维上，可以使得碳纳米管等纳米材料附着在碳纤维内部缺陷及表面上，使得碳纤维在径向和轴向上都具有高的导热性和散热性，由于其具备一定的长度，在聚合物中能起到“骨架”的作用，而羧基化的碳纤维和碳纳米管等纳米材料分散性非常好，可以分散在聚合物体系内，可以形成对散热有利的稳定的三维网状体系的散热结构；
2）由于采用了原位聚合的方法来制备，对于氮化硼等纳米级材料的分散起到了良好的促进作用，使用了羧基化的碳纳米管，都大大减弱了纳米材料的“团簇现象”，保持与体系内丙烯酸聚合物有良好的相容性，纳米材料附着在碳纤维上作为散热组分后，容易分散成均匀的连续相，更利于热量的传导，同时散热粒子可以增加在表面的有效散热面积，利于红外线发射出表面；
3）本发明中采用的散热材料具有可将热量转换为电磁波（红外线）发射功能，将其作为散热涂层覆于需要散热的表面，可将一部分热量，通过红外辐射的方式散去，在相同的散热面积上，增加了散热量，提高了散热效率，增强了散热性能。由于辐射和表面的发射率有关系（近似正比），本发明的散热材料的发射率能达到0.8以上，而普通的钢板为0.2左右，铝板则为0.07左右，热量在背板中是以分子震动的方式存在，经过本发明的红外材料可以转化成电磁波（红外线）发射出去，由此达到散热目的。
4）采用滴加引发剂溶液的方法进行反应，反应速度可控，提高反应均匀度，不易发生聚合过程中经常出现的“暴聚”现象。
5）本发明包含所述散热涂层的LED背光模组，由于使得大功率LED灯散发的热量可快速、均匀散发开来，有效减弱了其热量对光学膜片组所造成的热变形影响，因此避免了由LED等散热而引起的液晶模组漏光现象，提高了液晶模组显示图像的品质，并最大程度地延长了LED灯和液晶模组部件的使用寿命。
6）本发明所述散热涂料也可用于其他领域，以提高产品器件的散热效率，比如取暖器、散热片以及一些需要提高辐射或散热效率的产品。
附图说明
图1为本发明实施例1-5用于评价散热性能的液晶模组的结构示意图；
图2为本发明实施例6的包含所述散热涂层的液晶模组的结构示意图。
其中，1铝合金型材，2背板，3LED灯条，4测温点a，5测温点b，6测温点c，
7散热涂层，8反射片，9反射点，10导光板，11光学膜片组，12液晶面板。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
将0.1g偶氮二异丁腈和20g乙酸丁酯配制成引发剂溶液，将3g羧基含量为0.5％的多壁碳纳米管（直径40nm，长度600nm）和15g碳纤维（羧基含量为0.02%羧基化的沥青基碳纤维，直径7000nm，长度5000nm）、5g苯乙烯、4.5g丙烯酸、65g丙烯酸正丁酯、200g乙酸丁酯配制成单体溶液；
在带有物料混合功能以及温控功能的反应器内将单体溶液升温至85℃，分4次向单体溶液内滴加引发剂溶液进行聚合反应，每次滴加时间为15分钟，滴加后持续反应1小时，当引发剂溶液全部加入聚合体系后，继续反应1小时，合成反应结束，得到涂料溶液。
将涂料溶液用1.2mm喷嘴喷涂在SECC钢板（模组背板）上，150℃烘干后在背板表面形成约30微米的散热涂层，对该液晶模组背板进行散热性能检测：
1.对无散热涂层的液晶模组背板进行温度测试，液晶模组包括背板2，背板2的一侧固定连接铝合金型材1和LED灯条3；背板2底部上依次设有反射片8、导光板10、光学膜片组11和液晶面板12，导光板10上设有用于光反射的反射点9，如图1所示，分别测量测温点a 4、测温点b 5和测温点c 6的温度，其温度分别为67.5℃、58.9℃、54.6℃。
2.增加散热涂层后测温点a 4、测温点b 5和测温点c 6的温度分别为62.3℃、54.7℃、50.8℃。
在固定热源的情况下，测温点的温度越低，说明散热的效率高，即材料的散热性能越好。
实施例2
将0.15g偶氮二异丁腈和40g乙酸乙酯配制成引发剂溶液，将5g六方氮化硼（直径200-500nm）和16g碳纤维（羧基含量为0.04%羧基化的沥青基碳纤维，直径7000nm，长度5000nm）、7.5g苯乙烯、5g甲基丙烯酸甲酯、80g丙烯酸-2-乙基己酯、220g乙酸乙酯配制成单体溶液；
在带有物料混合功能以及温控功能的反应器内将单体溶液升温至75℃，分4次向单体溶液内滴加引发剂溶液进行聚合反应，每次滴加时间为15分钟，滴加后持续反应1小时，当引发剂溶液全部加入聚合体系后，继续反应1小时，合成反应结束，得到涂料溶液。
将涂料溶液用1.2mm喷嘴喷涂在5052铝背板上，自然挥发后，在背板表面形成25微米的散热涂层，对该液晶模组背板进行散热性能检测：
1.对无散热涂层的液晶模组背板进行温度测试，如图1所示，分别测量测温点a 4、测温点b 5和测温点c 6的温度，其温度分别为65.4℃、54.3℃、50.5℃。
2.增加散热涂层后测温点a 4、测温点b 5和测温点c 6的温度分别为59.5℃、50.7℃、46.9℃。
实施例3
将0.1g偶氮二异丁腈和20g乙酸丁酯配制成引发剂溶液，将1.5g羧基含量为0.7％的多壁碳纳米管（直径40nm，长度600nm）和13.5g碳纤维（羧基含量为0.02%羧基化的沥青基碳纤维，直径7000nm，长度5000nm）、9g苯乙烯、2g丙烯酸、65g丙烯酸正丁酯、20g丙烯酸-2-乙基己酯、280g乙酸乙酯配制成单体溶液；
在带有物料混合功能以及温控功能的反应器内将单体溶液升温至76℃，分3次向单体溶液内滴加引发剂溶液进行聚合反应，每次滴加时间为15分钟，滴加后持续反应1小时，当热引发剂溶液全部加入聚合体系后，继续反应1小时，合成反应结束，得到涂料溶液。
将涂料溶液用1.2mm喷嘴喷涂在SECC钢板上，140℃烘干后在背板表面形成约25微米的散热涂层，对该液晶模组背板进行散热性能检测：
1.对无散热涂层的液晶模组背板进行温度测试，如图1所示，分别测量测温点a 4、测温点b 5和测温点c 6的温度，其温度分别为67.5℃、58.9℃、54.6℃。
2.增加涂层后测温点a 4、测温点b 5和测温点c 6的温度分别为62.7℃、53.6℃、51.5℃。
实施例4
将0.15g偶氮二异丁腈和40g乙酸丁酯配制成引发剂溶液，将1g六方氮化硼（直径200-500nm）、将1g纳米氧化铝（直径200-500nm）、1g纳米碳化硅（直径200-400nm）、3g羧基含量为0.8％的多壁碳纳米管（直径40nm，长度600nm）和14g碳纤维（羧基含量为0.04%羧基化的沥青基碳纤维，直径6000nm，长度7000nm）、8g苯乙烯、5g甲基丙烯酸甲酯、80g丙烯酸-2-乙基己酯、250g乙酸丁酯配制成单体溶液；
在带有物料混合功能以及温控功能的反应器内将单体溶液升温至80℃，分5次向单体溶液内滴加引发剂溶液进行聚合反应，每次滴加时间为15分钟，滴加后持续反应1小时，当引发剂溶液全部加入聚合体系后，继续反应1小时，合成反应结束，得到涂料溶液。
将涂料溶液用1.2mm喷嘴喷涂在5052铝背板上，150℃烘干后在背板表面形成约30微米的散热涂层，对该液晶模组背板进行散热性能检测：
1.对无散热涂层的液晶模组背板进行温度测试，如图1所示，分别测量测温点a 4、测温点b 5和测温点c 6的温度，其温度分别为65.4℃、54.3℃、50.5℃。
2.增加散热涂层后测温点a 4、测温点b 5和测温点c 6的温度分别为58.4℃、50.3℃、46.2℃。
实施例5
将0.2g偶氮二异丁腈和40g乙酸丁酯配制成引发剂溶液，将2g六方氮化硼（直径200-500nm）、将1g纳米氧化铝（直径200-500nm）、和8g碳纤维（羧基含量为0.04%羧基化的沥青基碳纤维，直径6000nm，长度7000nm）、8g苯乙烯、3g甲基丙烯酸甲酯、70g丙烯酸-2-乙基己酯、200g乙酸丁酯配制成单体溶液；
在带有物料混合功能以及温控功能的反应器内将单体溶液升温至82℃，分4次向单体溶液内滴加引发剂溶液进行聚合反应，每次滴加时间为15分钟，滴加后持续反应1小时，当引发剂溶液全部加入聚合体系后，继续反应1小时，合成反应结束，得到涂料溶液。
将涂料溶液用1.2mm喷嘴喷涂在5052铝背板上，150℃烘干后，在背板表面形成约30微米的散热涂层，对该液晶模组背板进行散热性能检测：
1.对无散热涂层的液晶模组背板进行温度测试，如图1所示，分别测量测温点a 4、测温点b 5和测温点c 6的温度，其温度分别为65.4℃、54.3℃、50.5℃。
2.增加散热涂层后测温点a 4、测温点b 5和测温点c 6的温度分别为58.5℃、50.2℃、46.1℃。
实施例6
图2为本发明包含所述散热涂层的液晶模组的结构示意图。如图2所示，该液晶模组包括散热涂层7，设于背板2外表面。散热涂层7为实施例1-5制成的散热涂层。
该液晶模组的其他部件与现有的液晶模组中通常设有的部件相同，背板2的一侧固定连接铝合金型材1和LED灯条3；背板2底部上依次设有反射片8、导光板10、光学膜片组11和液晶面板12，导光板10上设有用于光反射的反射点9。
散热涂层7可将LED灯条3上LED灯散发出来的热量快速、均匀地散发开来，有效减弱了其热量对光学膜片组所造成的热变形影响，因此避免了由LED等散热而引起的液晶模组漏光现象，提高了液晶模组显示图像的品质，并最大程度地延长了LED灯和液晶模组部件的使用寿命。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (12)
1.一种溶剂型丙烯酸酯散热涂料，采用如下重量份的原料制成：10-40重量份散热剂、60-90重量份单体和0.05-0.3重量份引发剂，所述溶剂型丙烯酸酯散热涂料先采用将散热剂分散在单体溶液中，再进行原位聚合而成，所述散热剂由70-90%碳纤维和10-30%纳米材料组成，所述的单体为改性丙烯酸酯、丙烯酸或丙烯酸酯中一种或多种;
所述碳纤维为羧基质量百分数为0.01-0.1%羧基化的沥青基碳纤维，直径5000-7000nm，长度5000-10000nm；
所述纳米材料为碳纳米管、纳米氮化硼、纳米碳化硅或纳米氧化铝中的一种或多种；所述碳纳米管为羧基质量百分数为0.3-2.5%的单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，直径10-100nm，长度为100-5000nm；所述纳米氮化硼为纳米六方氮化硼或者纳米氮化硼管；所述纳米六方氮化硼、纳米碳化硅、纳米氧化铝的直径为50-1000nm，所述纳米氮化硼管直径为20-100nm，长度为100-1000nm。
2.根据权利要求1所述的溶剂型丙烯酸酯散热涂料，其特征在于，所述溶剂型丙烯酸酯散热涂料采用如下重量份的原料制成：15-20重量份散热剂、80-85重量份单体和0.1-0.2重量份引发剂。
3.根据权利要求2所述的溶剂型丙烯酸酯散热涂料，其特征在于，所述碳纤维为沥青基碳纤维粉，所述沥青基碳纤维粉的直径5000-7000nm，长度5000-10000nm。
4.根据权利要求3所述的溶剂型丙烯酸酯散热涂料，其特征在于，所述沥青基碳纤维粉采用羧基质量百分数为0.01-0.1%羧基化的沥青基碳纤维。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的溶剂型丙烯酸酯散热涂料，其特征在于，所述单体含有苯乙烯、以及式（1）结构的一种或多种单体：
CH2＝CR1-CO-OR2 式（1）
R1为H或CH3；R2为H或烷基；R1＋R2<15。
6.制备权利要求1-5中任意一项所述的溶剂型丙烯酸酯散热涂料的方法，其特征在于，该方法采用分别将散热剂和单体、引发剂加入溶剂溶解，分别形成单体溶液和引发剂溶液，所述单体溶液在引发剂溶液的存在下进行聚合反应而成。
7.根据权利要求6所述的溶剂型丙烯酸酯散热涂料的制备方法，其特征在于，所述引发剂溶液由0.05-0.3重量份引发剂和5-50重量份溶剂配制而成；所述单体溶液由10-40重量份散热剂、60-90重量份单体和100-300重量份的溶剂配制而成。
8.根据权利要求6所述的溶剂型丙烯酸酯散热涂料的制备方法，其特征在于，所述聚合反应采用在70-90℃向所述单体溶液中滴加引发剂溶液进行，滴加完毕后，继续反应0.5-2小时。
9.根据权利要求6所述的溶剂型丙烯酸酯散热涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将0.05-0.3重量份引发剂和5-50重量份溶剂配制成引发剂溶液；
2）将10-40重量份散热剂、60-90重量份单体和100-300重量份的溶剂配制成单体溶液；
3）然后在70-90℃向所述单体溶液中滴加引发剂溶液进行原位聚合反应，滴加完毕后，继续反应0.5-2小时而成。
10.根据权利要求9所述的溶剂型丙烯酸酯散热涂料的制备方法，其特征在于，聚合反应中的引发剂溶液分多次滴加，每两次滴加的时间间隔为0.5-2小时，每次滴加总量的1/6-1/3。
11.一种散热涂层，其特征在于，由权利要求1-5中任意一项所述的溶剂型丙烯酸酯散热涂料制备而成。
12.一种背光LED模组，其特征在于，包括权利要求11所述的散热涂层，所述散热涂层设于背板外表面。
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