CN103923322A - 一种环氧/聚氨酯/有机硅hb-led封装材料制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环氧/聚氨酯/有机硅HB-LED封装材料制备方法，采用甲基苯基环体与氨丙基三乙氧基硅烷开环反应制备带胺基的三维互穿网络体型有机硅预聚体，用环氧丙醇改性二异氰酸酯得到环氧-聚氨酯扩链剂，预聚体与扩链剂按官能团等摩尔比混合，在室温快速固化制备HB-LED封装材料。本发明所制备的以环氧、聚氨酯、有机硅为一体的新型HB-LED封装材料具有高的耐热性、机械强度、折射率和透光性能，以及优异的耐磨性、耐候性、低介电性、耐油性、韧性、高光泽、粘合性等优点；新型环氧-聚氨酯扩链剂使其胶体能够室温或者中温快速固化，80℃时固化时间只需15~30min；固化混合时粘度低、流动性好、易消泡、可使用时间长，工艺简单，成本低廉。

Description

一种环氧/聚氨酯/有机硅HB-LED封装材料制备方法

技术领域

本发明涉及一种环氧/聚氨酯/有机硅HB-LED封装材料制备方法，属于光电器件特种封装胶或胶黏剂技术领域。

背景技术

发光二极管（LED）作为一种半导体固体光源，具有节能环保，寿命长，响应速度快，无辐射，无电磁干扰，无有毒气体，抗冲击性好、发光效率高且易控制等显著优点，被认为是继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源，在照明、显示器、车灯等各个领域都有广泛的运用。国内功率型和大功率HB-LED已达到国际产业化先进水平，LED产业中外延片和芯片的研究生产进展十分迅速，然而对HB-LED封装材料的研究相对较少，技术比较落后，而国外的封装材料价格昂贵。封装材料没有革命性的突破，这是制约我国HB-LED产业发展的瓶颈。

目前，已工业化的LED封装胶大多为环氧树脂封装胶、聚氨酯封装和缩合型硅胶，存在严重的高温黄变和紫外黄变问题，难满足大功率LED封装胶要求。纯有机硅LED封装胶，耐黄变性能有所改善，但大部分折射率偏低，造成芯片与封装胶不匹配，质软，机械强度低，耐磨性不好，表面光泽度不好。国外进口的大功率LED封装胶，价格昂贵，5000-8000元/kg。聚氨酯材料具有优异的化学物理性能，耐磨性好，硬度范围宽，强力高，伸长率高，耐油性好等优点，将其引入到有机硅中能得到综合性能优异的复合材料。在现有有机硅/聚氨酯的研究中，大部分都是由端羟基有机硅树脂与二异氰酸酯共聚，多用作涂料，机械强度、折射率、耐温性、柔韧性等都不能满足LED封装胶的要求。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种环氧/聚氨酯/有机硅HB-LED封装材料制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种环氧/聚氨酯/有机硅HB-LED封装材料制备方法，具体步骤如下：

a)      预聚体A组分基胶的制备：甲基苯基环体与氨丙基三乙氧基硅烷按质量比1：（0.1~1.2）混合，抽真空，在高纯氮气保护下，25~55℃高速搅拌10~60 min直至混合均匀；按体系的0.01%~0.5wt%称取四甲基氢氧化铵并配成质量浓度0.1%~1%的四甲基氢氧化胺水溶液，缓慢滴入到反应器中；按体系的5%~10wt%称取六甲基二硅氧烷作为封端剂加入到反应器中，然后在80~110℃反应2~6 h，后期高温抽真空，除去副产物、小分子，最后出料，得到A组分；

b)      扩链剂B组分的制备：异佛尔酮二异氰酸酯，即IPDI，与环氧丙醇按官能团等摩尔比溶在适量丙酮溶液中，低温抽真空，通入高纯氮气保护，搅拌10~60 min混合均匀；取体系0.01~0.1wt%的二月桂酸丁二锡溶于适量的丙酮中作为催化剂，通过恒压滴液漏斗将催化剂经30~60 min缓慢滴入反应器中，在25~60℃水浴中反应1~9 h，按与体系质量比1：（0.5~2）加入γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷，旋转蒸发除去丙酮溶剂得到B组分；

c)      固化：将A组分与B组分官能团等摩尔比室温混合均匀，静置1~3 h，真空抽气泡，再放置常温烘箱中在60~100℃烘烤10~60 min，或者放置在空气1~2 d，制得环氧/聚氨酯/有机硅HB-LED封装材料。

由于环氧-聚氨酯小分子扩链剂具有优异的化学物理性能，含氨基甲酸酯（-NHCOO-）结构和环氧基，具有良好的耐油性、韧性、耐磨性、高光泽、耐老化性、粘合性等优点；还含有脂肪六元环结构，提高耐热性的同时，又具有良好的折射率。采用对二异氰酸酯结构改性的方法将聚氨酯与高苯基含量带胺基的三维互穿网络体型有机硅预聚体通过环氧与伯胺的室温反应有效地结合起来，兼具其各自的优异性能，得到性能更佳的环氧-聚氨酯/有机硅复合材料。其耐热性优良，热重分析实验TG曲线表明，复合材料在390℃时固体残留率为90 %，到600℃时残留率仍在60 %左右，具有耐1000小时高温不变色的特性；此封装胶的折射率1.5614；具有高透明性，在400 nm处，1 mm膜厚时透光率为95 %；固化混合时粘度低、流动性好、易消泡、可使用时间长；可中温或高温固化，固化速度快，固化后收缩率小、耐湿性佳、有很好的光泽；硬度高，铅笔硬度在5 H以上。

与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点： 

本发明所制备的以环氧、聚氨酯、有机硅为一体的新型HB-LED封装材料具有高的耐热性、机械强度、折射率和透光性能，以及优异的耐磨性、耐候性、低介电性、耐油性、韧性、高光泽、粘合性等优点；新型环氧-聚氨酯扩链剂使其胶体能够室温或者中温快速固化，80℃时固化时间只需15~30min；固化混合时粘度低、流动性好、易消泡、可使用时间长，工艺简单，成本低廉。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明：

实施例一

第一步：预聚体A组分基胶的制备：

甲基苯基环体与氨丙基三乙氧基硅烷按质量比1:1混合，抽真空，高纯氮气保护，25℃高速搅拌15 min直至混合均匀。按体系的0.02wt%称取四甲基氢氧化铵并配成质量浓度0.3%的四甲基氢氧化铵水溶液，缓慢滴入到反应器中；按体系的20wt%取六甲基二硅氧烷作为封端剂加入到反应器中，然后在80℃反应3h，100℃反应1h，后期200℃抽真空，除去副产物、小分子，最后出料，得到A组分。

第二步：扩链剂B组分的制备：

异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）与环氧丙醇按官能团等摩尔比溶在适量丙酮溶液中，低温抽真空，通入高纯氮气保护，搅拌45 min混合均匀。取体系0.05wt%的二月桂酸丁二锡溶于适量的丙酮中作为催化剂，通过恒压滴液漏斗将催化剂经30 min缓慢滴入反应器中，在25℃水浴中反应4 h，按体系质量比1:1加入γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷，旋转蒸发除去丙酮溶剂得到B组分。

第三步：固化

A组分与B组分按官能团等摩尔比室温混合均匀，静置1h，真空抽气泡，再放置常温烘箱中在80℃烘烤30 min。

热重分析实验TG曲线表明，在388℃时固体残留率90%，600℃时残留率为50%；折射率为1.5214；在400nm处，1mm膜厚时光透过率95%；铅笔硬度为5H。

实施例二

第一步：预聚体A组分基胶的制备：

甲基苯基环体与氨丙基三乙氧基硅烷按质量比1:0.75混合，抽真空，高纯氮气保护，40℃高速搅拌30min直至混合均匀。按体系的0.03wt%称取四甲基氢氧化铵并配成质量浓度0.5%的四甲基氢氧化铵水溶液，缓慢滴入到反应器中；按体系的30wt%取六甲基二硅氧烷作为封端剂加入到反应器中，然后在85℃反应4h，后期200℃抽真空，除去副产物、小分子，最后出料，得到A组分。

第二步：扩链剂B组分的制备：

异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）与环氧丙醇按官能团等摩尔比溶在适量丙酮溶液中，低温抽真空，通入高纯氮气保护，搅拌30 min混合均匀。取体系0.01wt%的二月桂酸丁二锡溶于适量的丙酮中作为催化剂，通过恒压滴液漏斗将催化剂经40 min缓慢滴入反应器中，在40℃水浴中反应3 h，按体系质量比1:0.8加入γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷，旋转蒸发除去丙酮溶剂得到B组分。

第三步：固化

A组分与B组分按官能团等摩尔比室温混合均匀，静置1h，真空抽气泡，再放置常温烘箱中在75℃烘烤45 min。

热重分析实验TG曲线表明，在388 ℃时固体残留率90 %，600℃时残留率为49 %；折射率为1.5428；在400 nm处，1 mm膜厚光透过率95 %；铅笔硬度为5 H。

实施例三

第一步：预聚体A组分基胶的制备：

甲基苯基环体与氨丙基三乙氧基硅烷按质量比1:0.5混合，抽真空，高纯氮气保护，50℃高速搅拌15 min直至混合均匀。按体系的0.02wt%称取四甲基氢氧化铵并配成质量浓度0.4%的四甲基氢氧化铵水溶液，缓慢滴入到反应器中；按体系的25wt%取六甲基二硅氧烷作为封端剂加入到反应器中，然后在100℃反应5h，后期200℃抽真空，除去副产物、小分子，最后出料，得到A组分。

第二步：扩链剂B组分的制备：

异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）与环氧丙醇按官能团等摩尔比溶在适量丙酮溶液中，低温抽真空，通入高纯氮气保护，搅拌60 min混合均匀。取体系0.02wt%的二月桂酸丁二锡溶于适量的丙酮中作为催化剂，通过恒压滴液漏斗将催化剂经50min缓慢滴入反应器中，在60℃水浴中反应2 h，按体系质量比1:1.2加入γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷，旋转蒸发除去丙酮溶剂得到B组分。

第三步：固化

A组分与B组分按官能团等摩尔比室温混合均匀，静置2h，真空抽气泡，再放置常温烘箱中在100℃烘烤15 min。

热重分析实验TG曲线表明，在392℃时固体残留率90%，599℃时残留率为50%；折射率为1.5614；在400 nm处，1 mm膜厚光透过率95 %；铅笔硬度为5H。 

Claims (1)

1.一种环氧/聚氨酯/有机硅HB-LED封装材料制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

a)      预聚体A组分基胶的制备：甲基苯基环体与氨丙基三乙氧基硅烷按质量比1：（0.1~1.2）混合，抽真空，在高纯氮气保护下，25~55℃高速搅拌10~60 min直至混合均匀；按体系的0.01%~0.5wt%称取四甲基氢氧化铵并配成质量浓度0.1%~1%的四甲基氢氧化胺水溶液，缓慢滴入到反应器中；按体系的5%~10wt%称取六甲基二硅氧烷作为封端剂加入到反应器中，然后在80~110℃反应2~6 h，后期高温抽真空，除去副产物、小分子，最后出料，得到A组分；

b)      扩链剂B组分的制备：异佛尔酮二异氰酸酯，即IPDI，与环氧丙醇按官能团等摩尔比溶在适量丙酮溶液中，低温抽真空，通入高纯氮气保护，搅拌10~60 min混合均匀；取体系0.01~0.1wt%的二月桂酸丁二锡溶于适量的丙酮中作为催化剂，通过恒压滴液漏斗将催化剂经30~60 min缓慢滴入反应器中，在25~60℃水浴中反应1~9 h，按与体系质量比1：（0.5~2）加入γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷，旋转蒸发除去丙酮溶剂得到B组分；

c)        固化：将A组分与B组分官能团等摩尔比室温混合均匀，静置1~3 h，真空抽气泡，再放置常温烘箱中在60~100℃烘烤10~60 min，或者放置在空气1~2 d，制得环氧/聚氨酯/有机硅HB-LED封装材料。