CN111269690A - 一种轻质导热灌封发泡硅胶 - Google Patents

一种轻质导热灌封发泡硅胶 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轻质导热灌封发泡硅胶由组分A和组分B按1:1质量比混合所得；其中，所述组分A包括液体聚有机硅氧烷10‑60份、增强型填料0‑30份、混合粉料20‑80份、铂金属的催化剂0.001‑1份、发泡剂0.001‑3份；所述组分B包括液体聚有机硅氧烷10‑60份、增强型填料0‑30份，有机氢硅氧烷0.1‑50份、混合粉料20‑80份、炔醇阻聚剂0.0001‑0.5份；该轻质导热灌封发泡具有流动性好，密度低，导热性和阻燃优异等优点，且该灌封胶质均匀，不分层，不沉降，不仅实现了轻质，降低机体质量，还由于其具有优良的流动性而具有广阔的应用前景。

Description

一种轻质导热灌封发泡硅胶
技术领域
本发明涉及灌封领域，具体地涉及一种轻质、导热灌封发泡硅胶。
背景技术
灌封胶，用于电子元器件的粘接，密封，灌封和涂覆保护。灌封胶在未固化前属于液体状，具有流动性，胶液黏度根据产品的材质、性能、生产工艺的不同而有所区别。灌封胶完全固化后才能实现它的使用价值，固化后可以起到防水防潮、防尘、绝缘、导热、保密、防腐蚀、耐温、防震的作用。有机硅灌封胶由于其柔软特性，用于电子配件等的灌封保护时不仅能防尘防潮，还能很好的降低外来冲击以保护内部元器件，减少受损情况，被广泛的用于医疗行业，电子电器行业，EV动力电池，汽车行业，高铁，航空等领域。但现有的有机硅灌封胶存在流动性差，导热率低，密度大等问题。流动性差容易出现填充不充分导致密封性能差问题。普通硅胶的导热性能较差，热导率通常只有0.2W/m·K左右，通常在普通硅胶中混合导热填料，如氧化铝、氮化硼以及石墨、碳化硅等，不仅提高灌封胶的导热性能，还进一步保证灌封胶的电绝缘性能。填料的热导率不仅与材料本身有关，而且与导热填料的粒径分布、形态、界面接触、分子内部的结合程度等密切相关，现有的导热灌封胶由于其灌封胶本身的流动性问题，加入填料进一步降低其流动性，若提高其流动性，则胶体粘度下降，填料则会出现沉降问题，由此导致导热灌封胶的应用存在一定问题。为了降低灌封胶的密度，实现轻质的目的，向灌封胶中添加膨胀微球，加热后体积可迅速膨胀增大到自身的几十倍，从而达到优良的发泡效果，降低灌封发泡硅胶的密度，但此方法存在密度分布不均的问题。
在一些特殊场合，比如新能源动力电池箱中，因为经常在高低温的使用场景中切换，要求封装的材料能够在电池温度过高的情况下具备一定的导热性能，同时在电池温度过低的情况下具有较好的保温性能。本发明综合二者的需求，较好的解决了这个问题。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种轻质导热灌封发泡硅胶，其具有流动性好，密度低，导热性优等优点，且该灌封发泡硅胶质均匀，不分层，不沉降，不仅实现了轻质，降低机体质量，还由于其具有优良的流动性而具有广阔的应用前景。
本发明通过如下技术方案实现：
一种轻质导热灌封发泡硅胶由组分A和组分B按1:1质量比混合所得；
其中，所述组分A包括液体聚有机硅氧烷10-60份、增强型填料0-30份、混合粉料20-80份、铂金属的催化剂0.001-1份、发泡剂0.001-3份；
所述组分B包括液体聚有机硅氧烷10-60份、增强型填料0-30份，有机氢硅氧烷0.1-50份、混合粉料20-80份、炔醇阻聚剂0.0001-0.5份；
所述液体有机硅氧烷为平均每分子至少含两个链烯基，粘度为10mpas-100000mpas，优选地400-10000mpas，更优选的600-10000mpas；其中乙烯基硅氧烷含量为0.05％-5％，优选地，0.1％-1.5％；
所述混合粉料由氧化锌和氢氧化铝组分按照质量比1:100-2:1混合而成，所述氢氧化铝经有机硅氧烷处理，氧化锌经硬脂酸或者脂肪酸表面处理；
所述有机氢硅氧烷为每分子含至少三个Si-H键，其中氢含量为0.1％-60％，优选地，5％-50％；所述有机氢硅氧烷用量优选为5-25份；
所述增强型填料的比表面积50-400g/cm3，优选为100-200g/cm3；所述增强型填料为二氧化硅；
所述混合粉料中氢氧化铝的粒径2-50μm，优选2-10μm；所述氧化锌粒径1—20μm，优选1—10μm；其中氧化锌和氢氧化铝的质量比优选为1:20-3:2，最优选为1:10-6:5。
所述铂金属催化剂优选为0.01-0.05份；铂金属催化剂包括但不限于氯铂酸，1,3-二乙烯-1,1,2,2-四甲基硅氧烷铂配合物，铂卤化物或氯铂酸与二乙烯硅氧烷、四甲基二乙烯基硅氧烷或四甲基二硅氧烷形成的铂配合物。
所述发泡剂为乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、辛醇、乙二醇、月桂醇、含至少一个羟基的有机硅化合物或水中的一种或两种以上的混合物；
所述炔醇阻聚剂优选为0.0001-0.05份；所述炔醇阻聚剂为乙炔基环己醇，甲基丁炔醇，1-丁炔醇中的一种或两种以上的组合；
更优选的情形是组合物还进一步含有树脂状乙烯基聚有机硅氧烷5-30份，分子量1000-5000g/mol，优选地2000-4000g/mol；所述有机硅乙烯基树脂乙烯基含量0.5％-5％，优选地,1％-3％；
本发明的有益效果为：本发明所制得的轻质导热灌封发泡硅胶，制备工艺简单，只需将组分A和组分B混合即可，无需加热固化，所选用的原料安全环保，其中聚有机硅氧烷每分子至少两个链烯基与每分子至少含有三个Si-H键的有机氢硅氧烷反应，形成致密的网络结构，同时发泡剂中的OH基团与有机氢硅氧烷反应释放氢气，在网络结构中进行填充，最终与空气置换后形成中空网络，使固化后的有机硅胶体密度远小于非发泡体系。本发明独创了氧化锌和氢氧化铝混合粉料加入有机硅灌封发泡硅胶的配方中，在得到灌封发泡硅胶自身较低密度的情况下，在有机硅泡沫的孔壁上由粉料形成导热通路，在保持原有低密度的情况下，使热量由薄壁上的粉料传导，实现了低密度导热的有机硅灌封发泡硅胶。另外一方面，该灌封发泡硅胶在遇到高温或者火焰时，其含有的氢氧化铝会释放出大量的水，同时吸收大量的热量，起到阻燃的作用。由于氢氧化铝具有密度较高的特性，单独使用会容易产生沉降，尤其是在低粘度灌封胶的体系中，通过加入特定比例的氧化锌，具有很小的粒径，比表面积很大，50-400m2/g，经过表面处理，使其表面带有羟基基团，可与邻近的氧化锌和氢氧化铝颗粒间相互作用而形成弱氢键，氢键作用使其形成空间网状结构，使体系形成了屈服点，固体颗粒分散于体系中，其重力作用不足以克服屈服点时，则体系就可以稳定，不会沉降。实际实验中验证了这一机理，产品保持了很好的初始混合效果，长时间也不会发生沉降。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。
下面的实施例所用物质用量按照重量份计，所述的氢氧化铝均经有机硅氧烷处理，所述的氧化锌均经硬脂酸或者脂肪酸表面处理，实施例里不再鳌述。
实施例1
本发明提供一种轻质导热灌封发泡硅胶，由组分A和组分B按照1:1质量比混合而得；
所述组分A包括30份乙烯基封端的粘度为600mpas的聚甲基有机硅氧烷，20份乙烯基封端的粘度为3500mpas聚甲基有机硅氧烷，二氧化硅15份、混合粉料50份(其中氧化锌：氢氧化铝＝2:3)、铂金属催化剂为1,3-二乙烯-1,1,2,2-四甲基硅氧烷铂配合物0.002份、树脂状乙烯基聚有机硅氧烷(分子量4000g/mol)10份、乙醇1份；
所述组分B包括30份乙烯基封端的粘度为600mpas聚甲基有机硅氧烷，20份乙烯基封端的粘度为3500mpas聚甲基有机硅氧烷，二氧化硅15份、混合粉料50份(其中氧化锌：氢氧化铝＝2:3)、粘度为20mpas聚氢基甲基有机硅氧烷(氢含量为30％)30份、炔醇阻聚剂乙炔基环己醇0.1份、树脂状乙烯基聚有机硅氧烷(分子量4000g/mol)10份。
实施例2(无树脂配方)
本发明提供一种轻质导热灌封发泡硅胶，由组分A和组分B按照1:1质量比混合而得；
所述组分A包括30份乙烯基封端的粘度为600mpas聚甲基有机硅氧烷，20份乙烯基封端的粘度为3500mpas聚甲基有机硅氧烷，二氧化硅15份、混合粉料50份(其中氧化锌：氢氧化铝＝2:3)、铂金属催化剂氯铂酸0.05份、丙醇3份；
所述组分B包括30份乙烯基封端的粘度为600mpas聚甲基有机硅氧烷，20份乙烯基封端的粘度为3500mpas聚甲基有机硅氧烷，二氧化硅15份、混合粉料50份(其中纳米氧化锌：氢氧化铝＝2:3)、粘度为20mpas聚氢基甲基有机硅氧烷(氢含量为30％)18份、炔醇阻聚剂甲基丁炔醇0.1份。
实施例3(不同混合粉料比例)
本发明提供一种轻质导热灌封发泡硅胶，由组分A和组分B按照1:1质量比混合而得；
所述组分A包括30份乙烯基封端的粘度为100mpas聚甲基有机硅氧烷，20份乙烯基封端的粘度为5000mpas聚甲基有机硅氧烷，二氧化硅15份、混合粉料50份(其中氧化锌：氢氧化铝＝3:16)、铂金属催化剂二乙烯硅氧烷铂配合物0.01份、树脂状乙烯基聚有机硅氧烷(分子量4000g/mol)5份、乙二醇0.5份；
所述组分B包括30份乙烯基封端的粘度为100mpas聚甲基有机硅氧烷，20份乙烯基封端的粘度为5000mpas聚甲基有机硅氧烷，二氧化硅15份、混合粉料50份(其中氧化锌：氢氧化铝＝3:16)、炔醇阻聚剂1-丁炔醇0.5份、树脂状乙烯基聚有机硅氧烷(分子量4000g/mol)20份，30份粘度为20mpas聚氢基甲基有机硅氧烷(氢含量为30％)。
实施例4
本发明提供一种轻质导热灌封发泡硅胶，由组分A和组分B按照1:1质量比混合而得；
所述组分A包括10份乙烯基封端的粘度为100mpas聚甲基有机硅氧烷，10份乙烯基封端的粘度为5000mpas聚甲基有机硅氧烷，二氧化硅30份、混合粉料20份(其中氧化锌：氢氧化铝＝1:10)、铂金属催化剂1,3-二乙烯-1,1,2,2-四甲基硅氧烷铂配合物0.05份、树脂状乙烯基聚有机硅氧烷(分子量1000g/mol)20份、粘度为100mpas的端基为羟基的聚甲基有机硅氧烷；
所述组分B包括30份乙烯基封端的粘度为100mpas聚甲基有机硅氧烷，20份乙烯基封端的粘度为5000mpas聚甲基有机硅氧烷，二氧化硅15份、混合粉料50份(其中氧化锌：氢氧化铝＝1:10)、炔醇阻聚剂乙炔基环己醇0.1份、粘度为35mpas聚氢基甲基有机硅氧烷(氢含量为60％)20份、树脂状乙烯基聚有机硅氧烷10份(分子量1000g/mol)。
实施例5
本发明提供一种轻质导热灌封发泡硅胶，由组分A和组分B按照1:1质量比混合而得；
所述组分A包括10份乙烯基封端的粘度为50mpas聚甲基有机硅氧烷，10份乙烯基封端的粘度为10000mpas聚甲基有机硅氧烷，二氧化硅30份、混合粉料80份(其中氧化锌：氢氧化铝＝1:20)、铂金属催化剂1,3-二乙烯-1,1,2,2-四甲基硅氧烷铂配合物0.05份、树脂状乙烯基聚有机硅氧烷(分子量3000g/mol)5份、月桂醇3份；
所述组分B包括30份乙烯基封端的粘度为50mpas聚甲基有机硅氧烷，20份乙烯基封端的粘度为10000mpas聚甲基有机硅氧烷，二氧化硅15份、混合粉料50份(其中氧化锌：氢氧化铝＝1:20)、炔醇阻聚剂乙炔基环己醇0.1份、粘度为35mpas聚氢基甲基有机硅氧烷(氢含量为5％)60份、树脂状乙烯基聚有机硅氧烷(分子量3000g/mol)2份。
对比例1(不含纳米氧化锌配方)
一种导热灌封发泡硅胶，由组分A和组分B按照1:1质量比混合而得；
所述组分A包括30份乙烯基封端的粘度为600mpas聚甲基有机硅氧烷，20份乙烯基封端的粘度为3500mpas聚甲基有机硅氧烷，二氧化硅15份、混合粉料50份(其中不含氧化锌)、铂金属催化剂为1,3-二乙烯-1,1,2,2-四甲基硅氧烷铂配合物0.002份、树脂状乙烯基聚有机硅氧烷(分子量4000g/mol)10份、乙醇1份；
所述组分B包括30份乙烯基封端的粘度为600mpas聚甲基有机硅氧烷，20份乙烯基封端的粘度为3500mpas聚甲基有机硅氧烷，二氧化硅15份、混合粉料50份(其中不含氧化锌)、粘度为20mpas聚氢基甲基有机硅氧烷(氢含量为30％)30份、炔醇阻聚剂乙炔基环己醇0.1份、树脂状乙烯基聚有机硅氧烷(分子量4000g/mol)10份。
对比例2(不含混合粉料配方)
一种导热灌封发泡硅胶，由组分A和组分B按照1:1质量比混合而得；
所述组分A包括30份乙烯基封端的粘度为600mpas聚甲基有机硅氧烷，20份乙烯基封端的粘度为3500mpas聚甲基有机硅氧烷，二氧化硅15份、铂金属催化剂为1,3-二乙烯-1,1,2,2-四甲基硅氧烷铂配合物0.002份、树脂状乙烯基聚有机硅氧烷(分子量4000g/mol)10份、乙醇1份；
所述组分B包括30份乙烯基封端的粘度为600mpas聚甲基有机硅氧烷，20份乙烯基封端的粘度为3500mpas聚甲基有机硅氧烷，二氧化硅15份、粘度为20mpas聚氢基甲基有机硅氧烷(氢含量为30％)30份、炔醇阻聚剂乙炔基环己醇0.1份、树脂状乙烯基聚有机硅氧烷(分子量4000g/mol)10份。
评价方法
以上实施例和对比例的密度采用ASTMD3574 Test A测得，导热系数测试方法依据ISO22007-2、阻燃测试方法遵循ASTMD 3575M，具体结果见表2。
防沉降效果测试：配置上述实施例和对比例的组分A和组分B各100g，常温放置3个月，观察表面的浮油情况，评定标准如下，见表1。
表1防沉降效果评定标准
Figure BDA0002431333560000061
表2性能评价结果
Figure BDA0002431333560000062
从表2可以看出，在低密度的发泡硅胶中加入氢氧化铝可以提高耐热和导热性能，加入氧化锌能提高防沉降效果，氢氧化铝和氧化锌优化混合比例后能达到最佳的防沉降，阻燃和导热效果。

Claims (7)

1.一种轻质导热灌封发泡硅胶，由组分A和组分B按1:1质量比混合所得；
其中，所述组分A包括液体聚有机硅氧烷10-60份、增强型填料0-30份、混合粉料20-80份、铂金属的催化剂0.001-1份、发泡剂0.001-3份；
所述组分B包括液体聚有机硅氧烷10-60份、增强型填料0-30份，有机氢硅氧烷0.1-50份、混合粉料20-80份、炔醇阻聚剂0.0001-0.5份；
所述液体有机硅氧烷为平均每分子至少含两个链烯基，粘度为10mpas-100000mpas，优选地400-10000mpas，更优选的600-10000mpas；其中乙烯基硅氧烷含量为0.05％-5％，优选地，0.1％-1.5％；
所述混合粉料由氧化锌和氢氧化铝组分按照质量比1:100-2:1混合而成，所述氢氧化铝经有机硅氧烷处理，氧化锌经硬脂酸或者脂肪酸表面处理；
所述有机氢硅氧烷为每分子含至少三个Si-H键，其中氢含量为0.1％-60％，优选地，5％-50％；所述有机氢硅氧烷用量优选为5-25份。
2.如权利要求1所述的轻质导热灌封发泡硅胶，所述增强型填料的比表面积50-400g/cm3，优选为100-200g/cm3；所述增强型填料为二氧化硅。
3.如权利要求1所述的轻质导热灌封发泡硅胶，所述混合粉料中氢氧化铝的粒径2-50μm，优选2-10μm；所述氧化锌粒径1—20μm，优选1—10μm；其中氧化锌和氢氧化铝的质量比优选为1:20-3:2，最优选为1:10-6:5。
4.如权利要求1所述的轻质导热灌封发泡硅胶，所述铂金属催化剂优选为0.01-0.05份；所述铂金属催化剂包括氯铂酸，1,3-二乙烯-1,1,2,2-四甲基硅氧烷铂配合物，铂卤化物或氯铂酸与二乙烯硅氧烷、四甲基二乙烯基硅氧烷或四甲基二硅氧烷形成的铂配合物。
5.如权利要求1所述的轻质导热灌封发泡硅胶，所述发泡剂为乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、辛醇、乙二醇、月桂醇、含至少一个羟基的有机硅化合物或水中的一种或两种以上的混合物。
6.如权利要求1所述的轻质导热灌封发泡硅胶，所述炔醇阻聚剂优选为0.0001-0.05份；所述炔醇阻聚剂为乙炔基环己醇，甲基丁炔醇，1-丁炔醇中的一种或两种以上的组合。
7.如权利要求1所述的轻质导热灌封发泡硅胶，所述组分A和组分B还含有树脂状乙烯基聚有机硅氧烷5-30份，分子量1000-5000g/mol，优选地2000-4000g/mol；所述有机硅乙烯基树脂乙烯基含量0.5％-5％，优选地,1％-3％。
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