CN109796596A - 一种聚硅氧烷型胺类固化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于LED封装胶技术领域,具体涉及一种聚硅氧烷型胺类固化剂及其制备方法。该方法通过非水解的溶胶‑凝胶工艺合成了聚硅氧烷型胺类固化剂,该固化剂透光率高、热稳定性好,具有高沸点不易挥发且毒性小的优点,其粘度为129~763mpa.s,分子量为352~983g/mol,分子量分布指数PDI为1.26~1.47,折射率为1.48~1.54,胺基上活泼氢当量(g/molH)含量为100~195。其以Si‑O‑Si为主链,与市售胺类固化剂的C‑C结构相比,该固化剂与改性硅树脂具有更好的相容性,能使环氧化改性硅树脂在中低温下快速固化。该反应过程单一易控制、杂质含量低,采用的催化剂后处理过程简单,重复性和可控性好,无水洗工艺,无需使用有机溶剂,绿色环保,大幅降低其生产成本,在工业上极易实现大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于LED封装胶技术领域,具体涉及一种聚硅氧烷型胺类固化剂及其制备方法。
背景技术
过去的几十年,环氧树脂由于其成本低廉、粘结性能好和高的机械强度等优点,垄断了LED封装材料的主要市场。但是近年来随着高功率LED灯的快速发展,对封装材料的要求越来越高,传统的环氧树脂材料的内应力大、耐热性差和易黄变等缺点使其不再适用于大功率LED灯的封装。而有机硅材料凭借其热稳定性、耐候性好、表面能低等优点引起了研究者们的注意。然而有机硅作为封装材料存在着粘结性差、价格昂贵等缺点,因此研究成本低廉、耐热性好以及高折光率的封装材料对于我国高功率LED灯的应用具有至关重要的作用。将环氧树脂与有机硅进行结合既能降低环氧树脂内应力大和提高其耐热性,同时也能够提高有机硅材料粘结性和降低生产成本,因此环氧化改性硅树脂成为了当今的研究热点。
固化是将不同的大分子链连接起来,形成立体交联网络,使制备的封装材料具有更好的力学性能、热稳定性能、抗紫外线性能等的一个过程。由于环氧有多种固化方式,且不同的固化方式对环氧化改性硅树脂封装材料的性能会产生不同的影响,因此选择合适的固化方式对封装材料进行固化是极其重要的。目前,环氧化改性硅树脂的固化方式主要有酸酐固化、紫外光固化和胺类固化三种。(1)酸酐固化。属于加成型聚合固化。酸酐有着挥发性小、毒性低、使用期长,操作方便的优点。固化后的树脂具有收缩率小、热变形温度高、耐热性能优良、固化物色泽浅以及机械性能好等优点。但是酸酐类固化剂也存在着所需的固化温度相对比较高、耗能大、固化周期长、不容易改性等缺点。(2)紫外光固化。光固化过程是利用紫外光或可见光在光引发剂的作用下引发环氧开环固化的过程。这种方式具有固化速度快、节能环保、绿色无污染等优点。但是其也存在设备成本高、背光处固化不完全等缺点。(3)胺类固化。多胺类固化剂是环氧固化剂中品种最多的一种固化剂。其固化反应机理是:环氧与胺基上的活泼氢依次反应,最终形成高交联密度的大分子物质。胺类固化具有反应活性高、能够低温固化、耗能小的优点。但是胺类固化剂存在着与硅树脂的相容性很差,并且具有高的挥发性和毒性、污染严重、固化产物脆性大等缺点。
因此合成出一种低挥发性和毒性且与硅树脂具有良好相容性的改性固化剂对于环氧化改性硅树脂的固化以及其在封装材料上的应用具有十分重要的作用。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明的首要目的在于提供一种聚硅氧烷型胺类固化剂的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种由上述制备方法得到的聚硅氧烷型胺类固化剂。该聚硅氧烷型胺类固化剂为无色透明粘稠状液体,具有高的透光率,良好的热稳定性,较低的挥发性和毒性的优点,且与环氧化改性硅树脂具有良好的相容性,因此可以用作环氧化改性硅树脂的固化剂。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种聚硅氧烷型胺类固化剂的制备方法,包括以下步骤:
将含胺基的有机硅氧烷与含硅醇的有机硅氧烷混合均匀,得到反应物,加入碱性阴离子交换树脂为催化剂,在加热搅拌条件下进行非水解的溶胶-凝胶反应,将所得的产物进行减压抽滤除去碱性阴离子交换树脂,再进行减压蒸馏脱除低沸物,即得到所述的聚硅氧烷型胺类固化剂。
优选的,所述的含胺基的有机硅氧烷为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、胺基丙基三甲氧基硅烷、胺基丙基三乙氧基硅烷、N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或两种以上。
优选的,所述的含硅醇的有机硅氧烷为二苯基硅二醇、二甲基苯基硅醇、三甲基硅醇、三苯基硅醇、乙基苯基硅二醇和二乙基苯基硅醇中的一种或两种以上。
优选的,所述的反应物中的烷氧基与硅醇的摩尔比为2:1~1:1。
优选的,所述的碱性阴离子交换树脂为D301R。
更选的,所述的碱性阴离子交换树脂的用量为反应物总质量的0.5%~1%。
优选的,所述的非水解的溶胶-凝胶反应的温度为85~95℃。
优选的,所述的非水解的溶胶-凝胶反应的时间为4~6小时。
优选的,所述的减压蒸馏的条件为100℃和-0.096MPa。
所述的聚硅氧烷型胺类固化剂为无色透明的聚硅氧烷型胺类固化剂。
本发明进一步提供一种由上述制备方法得到的聚硅氧烷型胺类固化剂。
相对于现有技术,本发明的有益效果如下:
本发明通过非水解的溶胶-凝胶工艺合成了聚硅氧烷型胺类固化剂,该固化剂为无色透明粘稠状液体,透光率高、热稳定性好,具有高沸点不易挥发且毒性小的优点,其粘度为129~763mpa.s,分子量为352~983g/mol,分子量分布指数PDI为1.26~1.47,折射率为1.48~1.54,胺基上活泼氢当量(g/molH)含量为100~195。其以Si-O-Si为主链,与市售胺类固化剂的C-C结构相比,该固化剂与改性硅树脂具有更好的相容性,能够使得环氧化改性硅树脂在中低温下快速固化,有效地解决了市售的胺类固化剂易挥发且毒性大的缺点。该反应过程单一易控制、杂质含量低,采用的碱性阴离子交换树脂后处理过程简单,重复性和可控性好,无水洗工艺,无需使用有机溶剂,绿色环保,大幅降低其生产成本,在工业上极易实现大规模生产。
附图说明
图1为实施例1制备的聚硅氧烷型胺类固化剂的反应原理图。
图2为实施例1制备的聚硅氧烷型胺类固化剂的红外谱图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明,但本发明的实施方式不限于此。对于未特别注明的工艺参数,可参照常规技术进行。
实施例1
本实施例提供一种聚硅氧烷型胺类固化剂及其制备方法。
(1)取21.6g二苯基硅二醇和33.35gN-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷于装有磁力搅拌子、温度控制器的150ml的三口烧瓶中,作为反应物,然后加入占反应物质量1wt%的碱性阴离子交换树脂D301R,控制反应温度为95℃,反应时间为4h,得到聚硅氧烷型胺类固化剂粗产物。
(2)将制得的聚硅氧烷型胺类固化剂粗产物进行减压抽滤除去催化剂,然后将滤液转移至圆底蒸馏烧瓶中,于100℃和-0.096Mpa条件下脱除体系内的副产物甲醇等小分子物质,得到所述的聚硅氧烷型胺类固化剂,为澄清透明粘稠液体。图1表示该反应的反应原理。图2表示聚硅氧烷型胺类固化剂的红外光谱图。经检测粘度为349mpa.s,产率92.35%,折光率为1.52,分子量为598g/mol,分子量分布指数为1.33,活泼氢当量为100g/molH。
实施例2
本实施例提供一种聚硅氧烷型胺类固化剂及其制备方法。
(1)取21.6g二苯基硅二醇和22.24gN-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷于装有磁力搅拌子、温度控制器的150ml的三口烧瓶中,作为反应物,然后加入占反应物质量1wt%的碱性阴离子交换树脂D301R,控制反应温度为95℃,反应时间为4h,得到聚硅氧烷型胺类固化剂粗产物。
(2)将制得的聚硅氧烷型胺类固化剂粗产物进行减压抽滤除去催化剂,然后将滤液转移至圆底蒸馏烧瓶中,于100℃和-0.096Mpa条件下脱除体系内的副产物甲醇等小分子物质,得到所述的聚硅氧烷型胺类固化剂,为澄清透明粘稠液体。经检测粘度为755mpa.s,产率93.83%,折光率为1.54,分子量为966g/mol,分子量分布指数为1.26,活泼氢当量为150g/molH。
实施例3
本实施例提供一种聚硅氧烷型胺类固化剂及其制备方法。
(1)取21.6g二苯基硅二醇和22.24gN-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷于装有磁力搅拌子、温度控制器的150ml的三口烧瓶中,作为反应物,然后加入占反应物质量0.5wt%的碱性阴离子交换树脂D301R,控制反应温度为95℃,反应时间为4h,得到聚硅氧烷型胺类固化剂粗产物。
(2)将制得的聚硅氧烷型胺类固化剂粗产物进行减压抽滤除去催化剂,然后将滤液转移至圆底蒸馏烧瓶中,于100℃和-0.096Mpa条件下脱除体系内的副产物甲醇等小分子物质,得到所述的聚硅氧烷型胺类固化剂,为澄清透明粘稠液体。经检测粘度为528mpa.s、产率89.72%,折光率为1.51,分子量为760g/mol,分子量分布指数为1.32,活泼氢当量为179g/molH。
实施例4
本实施例提供一种聚硅氧烷型胺类固化剂及其制备方法。
(1)取21.6g二苯基硅二醇和39.66gN-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷于装有磁力搅拌子、温度控制器的150ml的三口烧瓶中,作为反应物,然后加入占反应物质量1wt%的碱性阴离子交换树脂D301R,控制反应温度为95℃,反应时间为4h,得到聚硅氧烷型胺类固化剂粗产物。
(2)将制得的聚硅氧烷型胺类固化剂粗产物进行减压抽滤除去催化剂,然后将滤液转移至圆底蒸馏烧瓶中,于100℃和-0.096Mpa条件下脱除体系内的副产物甲醇等小分子物质,得到所述的聚硅氧烷型胺类固化剂,为澄清透明粘稠液体。经检测粘度为256mpa.s,产率90.22%,折光率为1.52,分子量为532g/mol,分子量分布指数为1.37,活泼氢当量为118g/molH。
实施例5
本实施例提供一种聚硅氧烷型胺类固化剂及其制备方法。
(1)取9.02g三甲基硅醇和33.35gN-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷于装有磁力搅拌子、温度控制器的150ml的三口烧瓶中,作为反应物,然后加入占反应物质量1wt%的碱性阴离子交换树脂D301R,控制反应温度为95℃,反应时间为4h,得到聚硅氧烷型胺类固化剂粗产物。
(2)将制得的聚硅氧烷型胺类固化剂粗产物进行减压抽滤除去催化剂,然后将滤液转移至圆底蒸馏烧瓶中,于100℃和-0.096Mpa条件下脱除体系内的副产物甲醇等小分子物质,得到所述的聚硅氧烷型胺类固化剂,为澄清透明粘稠液体。经检测粘度为129mpa.s、产率87.31%、折光率为1.48,分子量为352g/mol,分子量分布指数为1.47,活泼氢当量为121g/molH。
实施例6
本实施例提供一种聚硅氧烷型胺类固化剂及其制备方法。
(1)取21.6g二苯基硅二醇和22.24gN-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷于装有磁力搅拌子、温度控制器的150ml的三口烧瓶中,作为反应物,然后加入占反应物质量1wt%的碱性阴离子交换树脂D301R,控制反应温度为85℃,反应时间为4h,得到聚硅氧烷型胺类固化剂粗产物。
(2)将制得的聚硅氧烷型胺类固化剂粗产物进行减压抽滤除去催化剂,然后将滤液转移至圆底蒸馏烧瓶中,于100℃和-0.096Mpa条件下脱除体系内的副产物甲醇等小分子物质,得到所述的聚硅氧烷型胺类固化剂,为澄清透明粘稠液体。经检测粘度为452mpa.s,产率90.52%,折光率为1.52,分子量为658g/mol,分子量分布指数为1.39,活泼氢当量为163g/molH。
实施例7
本实施例提供一种聚硅氧烷型胺类固化剂及其制备方法。
(1)取21.6g二苯基硅二醇和22.24gN-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷于装有磁力搅拌子、温度控制器的150ml的三口烧瓶中,作为反应物,然后加入占反应物质量1wt%的碱性阴离子交换树脂D301R,控制反应温度为95℃,反应时间为6h,得到聚硅氧烷型胺类固化剂粗产物。
(2)将制得的聚硅氧烷型胺类固化剂粗产物进行减压抽滤除去催化剂,然后将滤液转移至圆底蒸馏烧瓶中,于100℃和-0.096Mpa条件下脱除体系内的副产物甲醇等小分子物质,得到所述的聚硅氧烷型胺类固化剂,为澄清透明粘稠液体。经检测粘度为763mpa.s,产率92.39%,折光率为1.52,分子量为983g/mol,分子量分布指数为1.29,活泼氢当量为146g/molH。
实施例8
本实施例提供一种聚硅氧烷型胺类固化剂及其制备方法。
(1)取21.6g二苯基硅二醇和20.6gN-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷于装有磁力搅拌子、温度控制器的150ml的三口烧瓶中,作为反应物,然后加入占反应物质量1wt%的碱性阴离子交换树脂D301R,控制反应温度为95℃,反应时间为4h,得到聚硅氧烷型胺类固化剂粗产物。
(2)将制得的聚硅氧烷型胺类固化剂粗产物进行减压抽滤除去催化剂,然后将滤液转移至圆底蒸馏烧瓶中,于100℃和-0.096Mpa条件下脱除体系内的副产物甲醇等小分子物质,得到所述的聚硅氧烷型胺类固化剂,为澄清透明粘稠液体。经检测粘度为362mpa.s、产率89.90%,折光率为1.53,分子量为613g/mol,分子量分布指数为1.42,活泼氢当量为195g/molH。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合及简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种聚硅氧烷型胺类固化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将含胺基的有机硅氧烷与含硅醇的有机硅氧烷混合均匀,得到反应物,加入碱性阴离子交换树脂为催化剂,在加热搅拌条件下进行非水解的溶胶-凝胶反应,将所得的产物进行减压抽滤除去碱性阴离子交换树脂,再进行减压蒸馏脱除低沸物,即得到所述的聚硅氧烷型胺类固化剂。
2.根据权利要求1所述的聚硅氧烷型胺类固化剂的制备方法,其特征在于:所述的含胺基的有机硅氧烷为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、胺基丙基三甲氧基硅烷、胺基丙基三乙氧基硅烷、N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的聚硅氧烷型胺类固化剂的制备方法,其特征在于:所述的含硅醇的有机硅氧烷为二苯基硅二醇、二甲基苯基硅醇、三甲基硅醇、三苯基硅醇、乙基苯基硅二醇和二乙基苯基硅醇中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1~3任一项所述的聚硅氧烷型胺类固化剂的制备方法,其特征在于:所述的反应物中的烷氧基与硅醇的摩尔比为2:1~1:1。
5.根据权利要求1~3任一项所述的聚硅氧烷型胺类固化剂的制备方法,其特征在于:所述的碱性阴离子交换树脂为D301R。
6.根据权利要求5所述的聚硅氧烷型胺类固化剂的制备方法,其特征在于:所述的碱性阴离子交换树脂的用量为反应物总质量的0.5%~1%。
7.根据权利要求1~3任一项所述的聚硅氧烷型胺类固化剂的制备方法,其特征在于:所述的非水解的溶胶-凝胶反应的温度为85~95℃。
8.根据权利要求1~3任一项所述的聚硅氧烷型胺类固化剂的制备方法,其特征在于:所述的非水解的溶胶-凝胶反应的时间为4~6小时。
9.根据权利要求1~3任一项所述的聚硅氧烷型胺类固化剂的制备方法,其特征在于:所述的减压蒸馏的条件为100℃和-0.096MPa。
10.一种聚硅氧烷型胺类固化剂,其特征在于:由权利要求1~9任一项所述的制备方法得到。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190524 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |