CN109021896A

CN109021896A - 一种能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂及其制备方法

Info

Publication number: CN109021896A
Application number: CN201810581093.XA
Authority: CN
Inventors: 甘秋洋; 陈亦奇; 林奕鹏
Original assignee: Xiamen Taidai Flfei Technology Co Ltd
Current assignee: Xiamen Taidai Flfei Technology Co Ltd
Priority date: 2018-06-07
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2018-12-18

Abstract

本发明公开了一种能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂及其制备方法，其原料组成及其重量百分比含量如下：复合型环氧树酯50‑55%、碳源剂31‑35%、固化剂10‑15%、偶联剂0.15‑0.2%、活性稀释剂1‑5%、活性增韧剂1.5‑3%、促进剂0.3‑0.5%，所述碳源剂选自奈米石墨烯、微米胶体石墨中的一种或多种，所述复合型环氧树酯包括双酚A型环氧树脂和双酚F型环氧树脂。本发明的碳浆胶粘剂具有高导热率、低固化温度的优点，可以对LED照明组件、IC等电子元件进行有效散热，进而提高电子元件的使用寿命。

Description

一种能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种单组分碳浆胶粘剂及其制备方法，特别是涉及一种能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂及其制备方法。

背景技术

电子与光电产业中，材料的导热性能极为重要，一直以来都是备受关注与研究的议题，特别是在消费性电子产品与 LED照明市场中，散热效果与产品的使用寿命直接相关，材料导热性能较差极易导致产品长时间处于工作状态，造成产品使用寿命下降。高分子材料具有质量轻、耐腐蚀性能、强韧物性和优良的加工性等优点，可轻易实现电子产品获得轻薄化的目标，但普通的高分子材料导热性较差，导致LED照明组件、IC散热性较差，造成电器元件的使用寿命受到较大的负面影响。此外高分子材料在进行LED照明组件、IC封装时，其固化温度较高，导致封装条件过高，且在高温状态下，高分子材料易因材料内气体的膨胀而产生较大孔隙，影响高分子材料的封装效果。

石墨烯材料经研究显示为目前世界上应用材料中拥有最高散热系数的物质，约是铜的14倍、石墨的3.5倍，且具有非常优异的力学性能与化学稳定性。因此石墨烯被认为最适合解决目前LED照明和消费性电子产品散热问题。

发明内容

本发明提供了一种能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂及其制备方法，以至少解决现有技术中碳浆胶粘剂固化温度过高、导热效果不足的问题。

本发明提供了一种能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂，其原料组成及其重量百分比含量如下：复合型环氧树酯 50-55%、碳源剂31-35%、固化剂10-15%、偶联剂0.15-0.2%、活性稀释剂1-5%、活性增韧剂1.5-3%、促进剂0.3-0.5%，所述碳源剂选自奈米石墨烯、微米胶体石墨中的一种或多种，所述复合型环氧树酯包括双酚 A 型环氧树脂和双酚 F 型环氧树脂。

进一步地，所述碳浆胶粘剂的原料组成及其重量百分比含量如下：复合型环氧树酯 50%、奈米石墨烯或微米胶体石墨33%、固化剂14.05%、偶联剂0.15%、活性稀释剂1%、活性增韧剂1.5%、促进剂0.3%。

更进一步地，所述碳源剂为奈米石墨烯，且所述奈米石墨烯选自粒径为100nm 的石墨烯或粒径为100nm 的氧化石墨烯微片粉体中的一种或多种；或

所述碳源剂为微米胶体石墨，所述微米胶体石墨为粒径10µm的石墨烯微鳞片粉体。

更进一步地，所述固化剂选自双氰胺、双氰胺衍生物、二氨基马来腈、二氨基马来腈衍生物、咪唑类化合物中的一种或多种。

更进一步地，所述偶联剂选自γ―氨丙基三乙氧基硅烷或γ―(2, 3-环氧丙氧基) 丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

更进一步地，所述活性稀释剂选自烷基缩水甘油醚、新癸酸缩水甘油脂、烯丙基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、蓖麻油多缩水甘油醚中的一种或多种，所述活性增韧剂为聚丙二醇二缩水甘油酯，所述促进剂为咪唑类化合物促进剂。

更进一步地，所述复合型环氧树酯中还包括全氟辛基乙醇，所述双酚 A 型环氧树脂、双酚 F 型环氧树脂、全氟辛基乙醇的重量比为（1-5）：（3-7）：（0.05-0.1）。

更进一步地，所述双酚 A 型环氧树脂为溴化环氧Ex—25，所述溴化环氧Ex—25、双酚 F 型环氧树脂、全氟辛基乙醇的重量比为5：7：0.05。

本发明的另一目地在于提供一种能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：取得碳源剂于冷冻式露点干燥设备中进行冻干4小时；

步骤2：取干燥后的碳源剂置于充氮保护的反应釜中，加入偶联剂进行预先改性接枝过程；

步骤3：取复合型环氧树酯于充氮保护的均质搅拌机中，加入活性稀释剂、活性增韧剂、固化剂、促进剂，在25℃的条件下进行高效均质混合搅拌60 分钟，即得单组分环氧树脂胶粘剂半成品；

步骤4：取步骤2的硅烷接枝碳源于步骤3的单组分环氧树脂胶粘剂半成品中，在真空条件下进行高效均质混合后，即得高导热绝缘单组分碳浆胶粘剂。

进一步地，所述步骤4中均质搅拌机的搅拌条件为：真空度–0.01Mpa、公转搅拌转速100 rpm、均质搅拌转速1000 rpm。

本发明相对于现有技术，采用奈米石墨烯、微米胶体石墨，使碳浆胶粘剂具有高导热性能，确保使碳浆胶粘剂可以对LED照明组件、IC进行有效导热降温，从而延长电子元件的使用寿命。同时，本发明采用双酚 A 型环氧树脂与双酚 F 型环氧树脂为主的复合型环氧树酯，通过添加活性稀释剂、活性增韧剂、固化剂、促进剂等原料有效降低碳浆胶粘剂的固化温度，从而方便碳浆胶粘剂的使用。此外，本发明通过硅烷改性奈米石墨烯、微米胶体石墨，使奈米石墨烯、微米胶体石墨可以稳定固定在复合型环氧树酯中。还需注意的是，本发明利用短时程、高效能且步骤明确的均质混合搅拌系统制得具有高稳定批次均匀性与优异导热性能的低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂，具有生产工艺简单明确、制程简短稳定和成本效益高等优点；其制备的碳浆胶粘剂拥有可低温固化、使用便利、加工性能优良、物性维持率高、强韧的粘接物性、优良的热与化学稳定性能的优点，且具备稳定的高效导热率。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

本发明实施例1能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂的原料组成及其重量百分比含量如下：复合型环氧树酯 50%、粒径为100nm 的石墨烯35%、二氨基马来腈10%、γ―氨丙基三乙氧基硅烷0.2%、新癸酸缩水甘油脂2.5%、聚丙二醇二缩水甘油酯1.8%、促进剂0.5%。其中，所述复合型环氧树酯包括双酚 A 型环氧树脂和双酚 F 型环氧树脂，且双酚 A 型环氧树脂与双酚 F 型环氧树脂的重量比为1：1；促进剂为低熔点咪唑加成物，具体为厦门泰启力飞电子科技有限公司资体研发产品牌号 TE-BC。

本发明实施例1能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂的制备步骤如下：

步骤1：取得石墨烯于冷冻式露点干燥设备中进行冻干4小时；

步骤2：取干燥后的石墨烯置于充氮保护的反应釜中，加入γ―氨丙基三乙氧基硅烷进行预先改性接枝过程；

步骤3：取复合型环氧树酯于充氮保护的均质搅拌机中，加入新癸酸缩水甘油脂、聚丙二醇二缩水甘油酯、二氨基马来腈、促进剂，在25℃的条件下进行高效均质混合搅拌60 分钟，即得单组分环氧树脂胶粘剂半成品；

步骤4：取步骤2的硅烷接枝石墨烯于步骤3的单组分环氧树脂胶粘剂半成品中，在真空度为–0.01Mpa的条件下以公转搅拌转速100 rpm、均质搅拌转速1000 rpm进行高效均质混合，得到高导热绝缘单组分碳浆胶粘剂。

实施例2

本发明实施例2能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂的原料组成及其重量百分比含量如下：复合型环氧树酯 50%、粒径10µm的石墨烯微鳞片粉体33%、二氨基马来腈14.05%、γ―(2, 3-环氧丙氧基) 丙基三甲氧基硅烷0.15%、丁基缩水甘油醚1%、聚丙二醇二缩水甘油酯1.5%、2-甲基咪唑0.3%。其中，所述复合型环氧树酯包括双酚 A 型环氧树脂和双酚 F型环氧树脂，且双酚 A 型环氧树脂与双酚 F 型环氧树脂的重量比为1：2。

本发明实施例2能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂的制备步骤如下：

步骤1：取得石墨烯微鳞片粉体于冷冻式露点干燥设备中进行冻干4小时；

步骤2：取干燥后的石墨烯微鳞片粉体置于充氮保护的反应釜中，加入γ―(2, 3-环氧丙氧基) 丙基三甲氧基硅烷进行预先改性接枝过程；

步骤3：取复合型环氧树酯于充氮保护的均质搅拌机中，加入丁基缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油酯、二氨基马来腈、2-甲基咪唑，在25℃的条件下进行高效均质混合搅拌60分钟，即得单组分环氧树脂胶粘剂半成品；

步骤4：取步骤2的硅烷接枝石墨烯微鳞片粉体于步骤3的单组分环氧树脂胶粘剂半成品中，在真空度为–0.01Mpa的条件下以公转搅拌转速100 rpm、均质搅拌转速1000 rpm进行高效均质混合，得到高导热绝缘单组分碳浆胶粘剂。

实施例3

本发明实施例3能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂的原料组成及其重量百分比含量如下：复合型环氧树酯 50%、碳源剂31%、咪唑15%、γ―氨丙基三乙氧基硅烷0.2%、烯丙基缩水甘油醚1.3%、聚丙二醇二缩水甘油酯2%、2-乙基-4-甲基咪唑0.5%。其中，复合型环氧树酯包括溴化环氧Ex—25、双酚 F 型环氧树脂、全氟辛基乙醇，且溴化环氧Ex—25、双酚 F型环氧树脂、全氟辛基乙醇的重量比为5：7：0.05；碳源剂为粒径100nm 的石墨烯与粒径100nm 的氧化石墨烯微片粉体以重量比2：1混合。

本发明实施例3能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂的制备步骤如下：

步骤2：取干燥后的碳源剂置于充氮保护的反应釜中，加入γ―氨丙基三乙氧基硅烷进行预先改性接枝过程；

步骤3：取复合型环氧树酯于充氮保护的均质搅拌机中，加入烯丙基缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油酯、咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑，在25℃的条件下进行高效均质混合搅拌60分钟，即得单组分环氧树脂胶粘剂半成品；

步骤4：取步骤2的硅烷接枝碳源于步骤3的单组分环氧树脂胶粘剂半成品中，在真空度为–0.05Mpa的条件下均质搅拌转速1000 rpm进行高效均质混合，得到高导热绝缘单组分碳浆胶粘剂。

将实施例1-3的碳浆胶粘剂分为三个大组，每大组分为三个小组，每个小组中含碳浆胶粘剂10g，同一大组下的三小组分别放置于60℃、70℃、80℃的条件下固化60分钟，固化结果如下表所示：

	60℃	70℃	80℃
				实施例1	表面固化，内部仍未固化	完全固化	完全固化
实施例2	完全固化	完全固化	完全固化
				实施例3	表面固化，内部仍未固化	表面固化，内部仍未固化	完全固化

采用 ASTM 检测标准对实施例1-3固化后的碳浆胶粘剂进行各项性能检验，结果如下表所示：

	实施例1	实施例2	实施例3
				热导率 (W/m．K)	54.52	53.37	47.65
固化温度	70℃	60℃	80℃
				冲击强度 / J/m	38.6	38.5	32.7
阻燃性	V-1	V-1	V-0
				耐汽油性(200#溶剂汽油，500h)	表面软化	表面软化	无明显变化

如上表所示，本发明实施例1-3相对于现有技术，采用奈米石墨烯、微米胶体石墨，使碳浆胶粘剂具有较高的导热性能，进而确保在使用碳浆胶粘剂进行封装时，可以对LED照明组件、IC等电子元件进行有效导热降温，从而延长电子元件的使用寿命。

同时，本发明实施例1-2采用双酚 A 型环氧树脂与双酚 F 型环氧树脂为主的复合型环氧树酯，利用活性稀释剂、活性增韧剂、固化剂、促进剂等原料有效降低碳浆胶粘剂的固化温度，最低可降至60℃，从而降低了碳浆胶粘剂对封装固化的条件要求，提高封装效率。

还需注意的是，本发明实施例3采用溴化环氧Ex—25作为双酚 A 型环氧树脂，并通过加入少量的全氟辛基乙醇，形成氟改性的碳浆胶粘剂，有效提高碳浆胶粘剂的阻燃性能，相比于实施例1-2具有更好的阻燃能力。此外，本发明实施例3通过引入全氟辛基乙醇，形成氟改性的碳浆胶粘剂，相比于实施例1-2有效提高碳浆胶粘剂的耐溶剂性，特别是耐汽油腐蚀的性能。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂，其特征在于，所述碳浆胶粘剂的原料组成及其重量百分比含量如下：复合型环氧树酯 50-55%、碳源剂31-35%、固化剂10-15%、偶联剂0.15-0.2%、活性稀释剂1-5%、活性增韧剂1.5-3%、促进剂0.3-0.5%，所述碳源剂选自奈米石墨烯、微米胶体石墨中的一种或多种，所述复合型环氧树酯包括双酚 A 型环氧树脂和双酚 F 型环氧树脂。

2.根据权利要求 1 所述的一种能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂，其特征在于，所述碳浆胶粘剂的原料组成及其重量百分比含量如下：复合型环氧树酯 50%、奈米石墨烯或微米胶体石墨33%、固化剂14.05%、偶联剂0.15%、活性稀释剂1%、活性增韧剂1.5%、促进剂0.3%。

3.根据权利要求1 或2所述的一种能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂，其特征在于，所述碳源剂为奈米石墨烯，且所述奈米石墨烯选自粒径为100nm 的石墨烯或粒径为100nm 的氧化石墨烯微片粉体中的一种或多种；或

4.根据权利要求1 或2所述的一种能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂，其特征在于，所述固化剂选自双氰胺、双氰胺衍生物、二氨基马来腈、二氨基马来腈衍生物、咪唑类化合物中的一种或多种。

5.根据权利要求1 或2所述的一种能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂，其特征在于，所述偶联剂选自γ―氨丙基三乙氧基硅烷或γ―(2, 3-环氧丙氧基) 丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

6.根据权利要求1 或2所述的一种能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂，其特征在于，所述活性稀释剂选自烷基缩水甘油醚、新癸酸缩水甘油脂、烯丙基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、蓖麻油多缩水甘油醚中的一种或多种，所述活性增韧剂为聚丙二醇二缩水甘油酯，所述促进剂为咪唑类化合物促进剂。

7.根据权利要求1 或2所述的一种能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂，其特征在于，所述复合型环氧树酯中还包括全氟辛基乙醇，所述双酚 A 型环氧树脂、双酚 F 型环氧树脂、全氟辛基乙醇的重量比为（1-5）：（3-7）：（0.05-0.1）。

8.根据权利要求7所述的一种能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂，其特征在于，所述双酚 A 型环氧树脂为溴化环氧Ex—25，所述溴化环氧Ex—25、双酚 F 型环氧树脂、全氟辛基乙醇的重量比为5：7：0.05。

9.一种如权利要求1 所述一种能低温固化的高导热单组分碳浆胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求 9 所述高导热绝缘单组分碳浆胶粘剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4中均质搅拌机的搅拌条件为：真空度–0.01Mpa、公转搅拌转速100 rpm、均质搅拌转速1000 rpm。