CN109679566A - 一种高性能聚氨酯灌封胶及其制备方法与使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高性能聚氨酯灌封胶及其制备方法与使用方法。该高性能聚氨酯灌封胶由A组分和B组分制备得到，其中A组分包括以下重量份的组分：聚合物多元醇、交联剂、填料、阻燃剂、除水剂、消泡剂；B组分包括以下重量份的组分：异氰酸酯、羟基化合物、催化剂、稀释剂。本发明的聚氨酯灌封胶机械性能优异，电气绝缘性能好，阻燃等级达到UL94‑V0级，且具有较高的热稳定性。该高性能聚氨酯灌封胶的制备方法工艺简单，成本低，可操作性强，对环境友好，适于工业化生产。该高性能聚氨酯灌封胶的使用方法易于实现灌封。

Description

一种高性能聚氨酯灌封胶及其制备方法与使用方法

技术领域

本发明属于聚氨酯技术领域，尤其涉及一种高性能聚氨酯灌封胶及其制备方法与使用方法。

背景技术

随着电子工业的快速发展，电子元器件逐渐向小型化、轻量化和智能化等方向发展。因此，对所使用的电子灌封胶提出了更高的要求。目前电子灌封胶主要可以分为环氧灌封胶、聚氨酯灌封胶和有机硅灌封胶三大类。环氧灌封胶韧性差、易开裂，有机硅灌封胶粘结强度低，而聚氨酯灌封胶具有软硬度可调、粘结强度适中、高弹性、高抗冲击性、高耐磨性和优异的耐低温性能等特点，与环氧灌封胶、有机硅灌封胶相比，聚氨酯灌封胶更适合用于电机和电子元器件灌封。但是国内聚氨酯灌封胶的研究大多集中在单一性能(如导热性能、阻燃性能等)的提高上，多种性能兼具的高性能聚氨酯灌封胶研究较少。

中国专利申请CN201210084380.2公开了一种双组份聚氨酯灌封胶及其制备方法，该方法通过添加大量导热填料来提高聚氨酯灌封胶的导热系数，但该方法仅提高了聚氨酯灌封胶的导热性能，而对机械性能和阻燃性能没有改善；中国专利申请CN201511016893.X公开了一种高阻燃双组份聚氨酯灌封胶，该方法通过添加大量的阻燃填料和补强材料，使聚氨酯灌封胶在阻燃性能(UL-94)达到V-0级的同时具有良好的力学性能，但其忽略了电气绝缘性能方面的提高；《电子封装用聚氨酯灌封胶的研制》通过添加大量的球形Al₂O₃提高了聚氨酯灌封胶的导热系数，但却造成聚氨酯灌封胶具有易沉降、储存稳定性差的缺点；同时为了提高阻燃性能，还加入了大量的高效液体阻燃剂，虽然聚氨酯灌封胶的阻燃性能得到了提高，但是机械性能却不断降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种无卤阻燃、机械性能优异且电气绝缘性能好的高性能聚氨酯灌封胶，同时还提供该聚氨酯灌封胶的制备方法与使用方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种高性能聚氨酯灌封胶，所述高性能聚氨酯灌封胶由A组分和B组分制备得到，所述A组分包括以下重量份的组分：

所述B组分包括以下重量份的组分：

上述的高性能聚氨酯灌封胶，优选的，所述聚合物多元醇为二官能度聚醚多元醇，具体为聚氧化丙烯二醇、聚氧化乙烯二醇、聚四氢呋喃醚二醇中的至少一种；所述聚合物多元醇的粘度为200～500mpa/s。本发明的高性能聚氨酯灌封胶，聚合物多元醇选用低粘度的二官能度聚醚多元醇，与多官能度多元醇相比，有利于制备得到粘度小的聚氨酯灌封胶，从而延长可操作时间，易于灌封。

上述的高性能聚氨酯灌封胶，优选的，所述羟基化合物为低分子量的多元醇，具体为丁二醇、乙二醇、丙二醇、聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇中的至少一种；所述羟基化合物的分子量为50～1000。本发明的高性能聚氨酯灌封胶，选用低分子量的多元醇作为改性剂，低分子量多元醇分子中的羟基与异氰酸酯中的异氰酸基团发生亲核反应，生成氨基甲酸酯基团，实现对异氰酸酯的改性，通过控制羟基化合物的种类和添加量，大大提高了氨基甲酸酯基团的含量，使产品聚氨酯硬段结构增加，最终形成了高硬度的聚氨酯灌封胶，大大提高了固化后灌封胶的综合性能。本发明中避免使用高分子量的聚醚多元醇，是为了避免降低氨基甲酸酯基团的含量，避免产品聚氨酯硬段结构减少形成低硬度的聚氨酯灌封胶。

上述的高性能聚氨酯灌封胶，优选的，所述阻燃剂为三聚氰胺、聚磷酸铵、磷酸酯类阻燃剂、次磷酸盐中的至少一种。本发明的高性能聚氨酯灌封胶，阻燃剂选用以氮-磷协调互配的高效无卤阻燃剂，其添加量少，既能保证灌封胶具有优异的阻燃性能，又能增强灌封胶的绝缘性能。通过添加阻燃剂，可以在聚氨酯结构中引入带有阻燃效果的基团，如三(一缩二丙二醇)二磷酸酯，它含有阻燃性好的磷酸酯基团，可以通过自身的羟基与异氰酸酯反应接入到聚氨酯结构中去，使得聚氨酯本身就带有阻燃性。

上述的高性能聚氨酯灌封胶，优选的，所述交联剂为三羟甲基丙烷、聚醚四醇、3,3-二氯-4,4-二苯基甲烷二胺(MOCA)、蓖麻油、蓖麻油改性多元醇中的至少一种。

上述的高性能聚氨酯灌封胶，优选的，所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、聚合二苯基甲烷二异氰酸酯(PM200)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)中的至少一种。

上述的高性能聚氨酯灌封胶，优选的，所述除水剂为活化分子筛粉末。

上述的高性能聚氨酯灌封胶，优选的，所述填料为碳酸钙、硅微粉、云母粉、氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种；所述稀释剂为丁酮、正硅酸乙酯、1.4-丁二醇酯、1.6-己二醇酯、低羟值丙烯酸树脂中的至少一种；所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二乙烯三胺、N-乙基吗啡啉、羧酸铋中的至少一种；所述消泡剂为有机硅类消泡剂。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的高性能聚氨酯灌封胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)A组分的制备：

将聚合物多元醇和交联剂混合均匀后进行减压蒸馏，然后加入消泡剂和除水剂，混合均匀后再加入阻燃剂和除水后的填料，经高速分散均匀后，再进行真空脱泡，制得A组分；

(2)B组分的制备：

将羟基化合物进行减压蒸馏，然后加入异氰酸酯和催化剂，在氮气保护下进行反应，测定NCO值接近理论值时，加入稀释剂，混合均匀后，制得B组分。

上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)和步骤(2)中，减压蒸馏的温度为100～120℃，时间为1～3h。

上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，除水的温度为100～120℃，时间为1～3h。

上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，将反应体系的温度降至室温后再加入消泡剂和除水剂。

上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，将反应体系的温度降至80℃以下再加入异氰酸酯和催化剂，将反应体系的温度降至室温后再加入稀释剂。

由于异氰酸酯与填料中水分会反应生成气体并在产品中形成气泡，本发明的制备方法预先对填料进行除水降低填料中的水分，以减少异氰酸酯参与的负反应，避免降低聚氨酯的机械性能。通过进一步控制原料的添加种类及顺序、反应温度、反应时间等工艺条件，保证了A、B组分混合后得到的聚氨酯灌封胶的综合性能。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的高性能聚氨酯灌封胶的使用方法，包括以下步骤：

将A组分和B组分按照质量比为1:1～4:1混合均匀，得到灌封胶，将灌封胶真空脱泡10～30min后浇注到需要灌封的器件上，固化后即完成灌封。经混合后，A、B组分发生交联反应，使形成的聚氨酯生成交联网络结构，提升了聚氨酯灌封胶的综合性能。

上述的使用方法，优选的，先在常温条件下预固化5～12小时，再于60～80℃固化5～10小时，即完成灌封。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的高性能聚氨酯灌封胶，具有无卤阻燃的特点，相比于常规的含卤阻燃产品，不会生成多溴二苯对二噁英(PBDDs)和多溴二苯并呋喃(PB-DFs)，阻燃等级达到UL94-V0级，且具有较高的热稳定性，便于加工使用。

(2)本发明的高性能聚氨酯灌封胶，机械性能优异(硬度高、拉伸强度大和冲击强度高)，能够有效地强化电子器件的整体性，提高对外来冲击、震动的抵抗力。

(3)本发明的高性能聚氨酯灌封胶，在高压环境下不易碳化，电气绝缘性能好(耐电痕≥600V，耐电弧≥180s)，与无机绝缘材料相比，有着特殊的电气破坏现象，即聚合物绝缘材料表面在特定的条件下会发生电痕劣化现象，并且可以导致电痕破坏，从而能够提高聚氨酯灌封胶的耐电痕和耐电弧性能，能够有效延长聚氨酯灌封胶在潮湿等恶劣环境下的使用寿命。

(4)本发明的高性能聚氨酯灌封胶，适用范围广，使用方便，可以应用于风电电机端部的灌封，也可应用于电子元器件的灌封。

(5)本发明的制备方法，工艺简单，成本低，可操作性强，对环境友好，适于工业化生产。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

一种本发明的高性能聚氨酯灌封胶，该高性能聚氨酯灌封胶由A组分和B组分制备得到，A组分包括以下重量份的组分：

B组分包括以下重量份的组分：

本实施例的高性能聚氨酯灌封胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)A组分的制备：

将硅微粉在120℃的烘箱中干燥除水2h，备用；将聚氧化丙烯二醇和三羟甲基丙烷加入到四口烧瓶中混合均匀，然后在120℃下减压蒸馏2h，冷却到室温后，依次加入BYK022消泡剂和活化分子筛粉末，混合均匀后再加入聚磷酸铵、三聚氰胺和除水后的硅微粉，经高速分散均匀后，再进行真空脱泡，制得A组分；

(2)B组分的制备：

将丁二醇加入到四口烧瓶，在120℃下减压蒸馏2h，然后降温到80℃以下，再加入PM200和二月桂酸二丁基锡，在氮气保护下反应2h，测定NCO值接近理论值时，降至室温，加入丁酮，混合均匀后，制得B组分。

本实施例的高性能聚氨酯灌封胶的使用方法，包括以下步骤：

将A组分和B组分按照质量比为4:1混合均匀，得到灌封胶，将灌封胶真空脱泡10min后浇注到需要灌封的器件上，在常温条件下预固化5小时，再于80℃固化8小时，即完成灌封。

实施例2：

一种本发明的高性能聚氨酯灌封胶，该高性能聚氨酯灌封胶由A组分和B组分制备得到，A组分包括以下重量份的组分：

B组分包括以下重量份的组分：

本实施例的高性能聚氨酯灌封胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)A组分的制备：

将硅微粉、氢氧化铝在120℃的烘箱中干燥除水1.5h，备用；将聚氧化丙烯二醇和蓖麻油加入到四口烧瓶中混合均匀，再加入40℃的聚氧化乙烯二醇混合均匀，然后在120℃下减压蒸馏1.5h，冷却到室温后，依次加入BYK022消泡剂和活化分子筛粉末，混合均匀后再加入磷酸三乙酯和除水后的填料，经高速分散均匀后，再进行真空脱泡，制得A组分；

(2)B组分的制备：

将丁二醇加入到四口烧瓶，在120℃下减压蒸馏1.5h，然后降温到80℃以下，再加入二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，在氮气保护下反应1h，测定NCO值接近理论值时，降至室温，加入丁酮，混合均匀后，制得B组分。

本实施例的高性能聚氨酯灌封胶的使用方法，包括以下步骤：

将A组分和B组分按照质量比为2:1混合均匀，得到灌封胶，将灌封胶真空脱泡10min后浇注到需要灌封的器件上，在常温条件下预固化6小时，再于80℃固化9小时，即完成灌封。

实施例3：

一种本发明的高性能聚氨酯灌封胶，该高性能聚氨酯灌封胶由A组分和B组分制备得到，A组分包括以下重量份的组分：

B组分包括以下重量份的组分：

本实施例的高性能聚氨酯灌封胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)A组分的制备：

将氢氧化铝在120℃的烘箱中干燥除水2h，备用；将聚氧化丙烯二醇和蓖麻油改性多元醇加入到四口烧瓶中混合均匀，再加入40℃的聚四氢呋喃醚二醇并混合均匀，然后在120℃下减压蒸馏2h，冷却到室温后，依次加入BYK022消泡剂和活化分子筛粉末，混合均匀后再加入磷酸三甲苯酯、三聚氰胺和除水后的填料，经高速分散均匀后，再进行真空脱泡，制得A组分；

(2)B组分的制备：

将聚氧化丙烯二醇加入到四口烧瓶，在120℃下减压蒸馏2h，然后降温到80℃以下，再加入二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，在氮气保护下反应3h，测定NCO值接近理论值时，降至室温，加入丁酮，混合均匀后，制得B组分。

本实施例的高性能聚氨酯灌封胶的使用方法，包括以下步骤：

将A组分和B组分按照质量比为3:1混合均匀，得到灌封胶，将灌封胶真空脱泡10min后浇注到需要灌封的器件上，在常温条件下预固化8小时，再于80℃固化10小时，即完成灌封。

实施例4：

一种本发明的高性能聚氨酯灌封胶，该高性能聚氨酯灌封胶由A组分和B组分制备得到，A组分包括以下重量份的组分：

B组分包括以下重量份的组分：

本实施例的高性能聚氨酯灌封胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)A组分的制备：

将氢氧化铝、碳酸钙在120℃的烘箱中干燥除水2h，备用；将聚氧化丙烯二醇和蓖麻油改性多元醇加入到四口烧瓶中混合均匀，再加入40℃的聚四氢呋喃醚二醇并混合均匀，然后在120℃下减压蒸馏2h，冷却到室温后，依次加入BYK022消泡剂和活化分子筛粉末，混合均匀后再加入磷酸三甲苯酯、三聚氰胺和除水后的填料，经高速分散均匀后，再进行真空脱泡，制得A组分；

(2)B组分的制备：

将丁二醇加入到四口烧瓶，在120℃下减压蒸馏2h，然后降温到80℃以下，再加入二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，在氮气保护下反应2h，测定NCO值接近理论值时，降至室温，加入丁酮，混合均匀后，制得B组分。

本实施例的高性能聚氨酯灌封胶的使用方法，包括以下步骤：

将A组分和B组分按照质量比为1:1混合均匀，得到灌封胶，将灌封胶真空脱泡10min后浇注到需要灌封的器件上，在常温条件下预固化10小时，再于80℃固化8小时，即完成灌封。

测试本发明上述实施例1～4中制备的聚氨酯灌封胶的相关性能，其测试结果如表1：

表1本发明实施例1～4中制备的聚氨酯灌封胶的相关性能

由表1可知，本发明的聚氨酯灌封胶机械性能优异，电气绝缘性能好，阻燃等级达到UL94-V0级，且具有较高的热稳定性。

Claims (15)

1.一种高性能聚氨酯灌封胶，其特征在于，所述高性能聚氨酯灌封胶由A组分和B组分制备得到，所述A组分包括以下重量份的组分：

所述B组分包括以下重量份的组分：

2.根据权利要求1所述的高性能聚氨酯灌封胶，其特征在于，所述聚合物多元醇为二官能度聚醚多元醇，具体为聚氧化丙烯二醇、聚氧化乙烯二醇、聚四氢呋喃醚二醇中的至少一种；所述聚合物多元醇的粘度为200～500mpa/s。

3.根据权利要求1或2所述的高性能聚氨酯灌封胶，其特征在于，所述羟基化合物为低分子量的多元醇，具体为丁二醇、乙二醇、丙二醇、聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇中的至少一种；所述羟基化合物的分子量为50～1000。

4.根据权利要求1或2所述的高性能聚氨酯灌封胶，其特征在于，所述阻燃剂为三聚氰胺、聚磷酸铵、磷酸酯类阻燃剂、次磷酸盐中的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的高性能聚氨酯灌封胶，其特征在于，所述交联剂为三羟甲基丙烷、聚醚四醇、3,3-二氯-4,4-二苯基甲烷二胺、蓖麻油、蓖麻油改性多元醇中的至少一种。

6.根据权利要求1或2所述的高性能聚氨酯灌封胶，其特征在于，所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、聚合二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的至少一种。

7.根据权利要求1或2所述的高性能聚氨酯灌封胶，其特征在于，所述除水剂为活化分子筛粉末。

8.根据权利要求1或2所述的高性能聚氨酯灌封胶，其特征在于，所述填料为碳酸钙、硅微粉、云母粉、氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种；所述稀释剂为丁酮、正硅酸乙酯、1.4-丁二醇酯、1.6-己二醇酯、低羟值丙烯酸树脂中的至少一种；所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二乙烯三胺、N-乙基吗啡啉、羧酸铋中的至少一种；所述消泡剂为有机硅类消泡剂。

9.一种如权利要求1～8中任一项所述的高性能聚氨酯灌封胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)A组分的制备：

将聚合物多元醇和交联剂混合均匀后进行减压蒸馏，然后加入消泡剂和除水剂，混合均匀后再加入阻燃剂和除水后的填料，经高速分散均匀后，再进行真空脱泡，制得A组分；

(2)B组分的制备：

将羟基化合物进行减压蒸馏，然后加入异氰酸酯和催化剂，在氮气保护下进行反应，测定NCO值接近理论值时，加入稀释剂，混合均匀后，制得B组分。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(2)中，减压蒸馏的温度为100～120℃，时间为1～3h。

11.根据权利要求9或10所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，除水的温度为100～120℃，时间为1～3h。

12.根据权利要求9或10所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将反应体系的温度降至室温后再加入消泡剂和除水剂。

13.根据权利要求9或10所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，将反应体系的温度降至80℃以下再加入异氰酸酯和催化剂，将反应体系的温度降至室温后再加入稀释剂。

14.一种如权利要求1～8中任一项所述的高性能聚氨酯灌封胶的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

将A组分和B组分按照质量比为1:1～4:1混合均匀，得到灌封胶，将灌封胶真空脱泡10～30min后浇注到需要灌封的器件上，固化后即完成灌封。

15.根据权利要求14所述的使用方法，其特征在于，先在常温条件下预固化5～12小时，再于60～80℃固化5～10小时，即完成灌封。