CN112961611B - 一种高导热高可靠性可快速固化的丙烯酸酯结构胶 - Google Patents

一种高导热高可靠性可快速固化的丙烯酸酯结构胶 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高导热高可靠性可快速固化的丙烯酸酯结构胶，AB组份按体积比为1:1组成；A组份包括：丙烯酸酯单体8～12份、多官交联剂0.1～0.5份、增韧剂1～3份、还原剂0.1～0.5份、预处理导热填料75～90份、颜料0.01～0.03份；B组份包括：丙烯酸酯单体8～12份、粘接力促进剂0.1～0.5份、增韧剂1～3份、氧化剂0.1～0.5份、预处理导热填料80～90份、稳定剂0.01～0.03份。本发明由于导热填料经过分散预处理可实现导热填料和丙烯酸酯单体更好浸润相容，同时经过接枝处理的导热填料在胶黏剂固化物中实现了更多的化学键结合，因此最终制备的丙烯酸酯结构胶实现高导热高可靠性的优点。

Description

一种高导热高可靠性可快速固化的丙烯酸酯结构胶
技术领域
本发明涉及一种高导热高可靠性可快速固化的丙烯酸酯结构胶，属于胶 黏剂技术领域。
背景技术
随着5G时代到来，软件硬件的升级、高频波段的应用，以及联网设备 和天线数量的成倍增长，各种设备的功耗不断增大，不可避免带来电子元器 件产热和散热问题。然而晶体管、发光二极管等半导体在使用往往因为产生 热量得不到及时散发，使得电子部件的性能下降，为了解决此问题，电子产 品在设计时将会加入越来越多的高性能导热材料。因此导热材料的作用将愈 发重要，未来需求也将持续增长。目前市面多数导热结构胶多为有机硅固化 体系，固化速度较慢，室温固化需要24小时，往往应用于导热灌封领域居 多，在实际使用过程中影响工装效率节拍，并且粘接强度偏低，不再适合 5G时代电子元器件快速定位粘接，高导热高可靠性的发展需求。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种高导热高可靠性可快速固化的 丙烯酸酯结构胶，本发明的丙烯酸酯结构胶具有两组份混合后室温2～3分 钟快速定位；根据导热填料的添加分数不同，导热率可以达到1.5～ 2.0W/m·K之间；电子元器件粘接固定后高温高湿500h(60℃/90％RH) 老化、温度冲击(-40℃～85℃)500h老化后强度保持率均≥80％；因此具 有高导热高可靠性优点，可广泛应用于5G时代电子元器件快速定位粘接， 高导热高可靠性的发展需求。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明涉及一种高导热高可靠性可快速固化的丙烯酸酯结构胶，包括A、 B两个组份,其中A组份的构成包括：丙烯酸酯单体、多官交联剂、增韧剂、 还原剂、预处理导热填料、颜料；B组份的构成包括：丙烯酸酯单体、粘接 力促进剂、增韧剂、氧化剂、预处理导热填料、稳定剂；将上述将A、B两 组份按体积比为1:1组成，搅拌均匀，即得所述高导热高可靠性可快速固化 的丙烯酸酯结构胶。
由A组份和B组份按体积比为1:1组成；其中所述的A组份按重量份计 包括：丙烯酸酯单体8～12份、多官交联剂0.1～0.5份、增韧剂1～3份、 还原剂0.1～0.5份、预处理导热填料75～90份、颜料0.01～0.03份；所 述的B组份按重量份计包括：丙烯酸酯单体8～12份、粘接力促进剂0.1～ 0.5份、增韧剂1～3份、氧化剂0.1～0.5份、预处理导热填料80～90份、稳定剂0.01～0.03份；
A组份和B组份所述丙烯酸酯单体均为2-苯氧乙基甲基丙烯酸酯(cas： 10595-06-9)、甲基丙烯酸四氢糠基酯(cas：2455-24-5)、3.3.5-三甲基环 己烷甲基丙烯酸酯(cas：7779-31-9)、甲基丙烯酸羟乙酯(cas:868-77-9)、 甲基丙烯酸羟丙酯(cas:27813-02-1)一种或两种以上混合；采用上述方案的 有益效果是，所选丙烯酸酯单体均为高沸点低挥发性丙烯酸酯树脂，在两组 份混合固化过程中，可以有效避免因为挥发而造成混合物树脂单体减少，保 证固化物具有较高的本体强度。
A组份和B组份增韧剂均为ABS、MBS、SBS或端乙烯基丁腈橡胶中的一 种或两种以上混合；采用上述方案的有益效果是，一方面增加两组份混合物 树脂单体与导热填料的浸润相容，防止树脂单体在存储过程中析出，另一方 面可以提高固化物的柔韧性，改善电子元器件粘接后的耐高低温冲击性能。
A组份和B组份所述预处理导热填料均为如下处理过程：
第一步：导热填料选自氧化硅、氧化铝、氧化锌之中的至少一种。填料形状 有球状、鳞片状、多面体状中一种或几种组合。进一步上述导热填料优选导 热率更高的氧化铝，更进一步的讲，从增加导热填料的添加分数，降低体系 的增粘性角度考虑，优选填料形状为球形的填料结构。
第二步：上述导热填料加入质量浓度分数1％～5％的硅烷化合物的醇溶液，于20-30℃浸泡搅拌2小时，其中所用醇可以选自乙醇、乙二醇或丙三醇中一 种或几种组合物；导热填料与硅烷化合物的醇溶液的质量之比为(2～5)：1； 其中硅烷化合物的结构为：R2(CH3)aSi(OR1)3-a，其中a代表0或1；R1代表 碳原子数为1-4的烷基；R2代表碳原子数为6-18的非取代或取代有机基烷 基；
第三步：将第二步所得产物过滤、抽真空除去醇溶液，于120℃烘烤3小时， 最后冷却降温，密封保存待用。
更进一步的讲，导热填料的预处理的有效益处是经过分散预处理，一方 面有效降低导热填料表面极性，增加填料在树脂中有效堆积密度、从而通过 提高添加量实现更高的高热性能。另一方面经过预处理过程，硅烷化合物可 以在导热填料表面不仅可以形成物理吸附作用，还可以形成化学键合作用， 当R2代表碳链数为10以上的有机基烷基时，长链的烃基会存在相互缠绕作 用，使得导热填料表面形成一定程度的单分子层包覆，从而达到无机导热填 料表面接枝有机化，大大改善固化物后期的耐老化性能。
根据权利要求1所述的一种高导热高可靠性可快速固化的丙烯酸酯结构 胶的制备方法，其特征在于所述多官交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯 (cas：3290-92-4)、三-2-丙烯酸[2,4,6-三氧代-1,3,5-三嗪 -1,3,5(2H,4H,6H)-次基]三-2,1-亚乙酯(cas：40220-08-4)中的一种或两种 混合；采用上述方案的有益效果是，增加两组份固化物的交联密度，提高本 体强度，从而有效改善电子元器件粘接后耐高温高湿老化性能。
所述还原剂为3,5-二乙基-1,2-二氢-1-苯基-2-丙基吡啶(cas： 34562-31-7)、糖精(cas：81-07-2)、四甲基硫脲(cas：2782-91-4)或N,N- 二甲基对甲苯胺(cas：99-97-8)中的一种或两种以上混合；所述氧化剂为 叔丁基过氧化氢、异丙苯过氧化氢、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化氢二异丙 苯中的一种或两种以上混合。采用上述方案的有益效果是，氧化剂和还原剂 构成氧化还原反应体系，引发丙烯酸酯单体聚合。
所述颜料为酞青蓝、普鲁士蓝中的中的中的一种或两种组合。采用上述 方案的有益效果是，使得两组份为不同颜色，可以通过观察两组份混合前后 的颜色变化，判断两组份是否达到预期的混合效果。
所述粘接力促进剂为甲基丙烯酸、丙烯酸、马来酸、苹果酸或草酸中的 一种或两种以上混合；采用上述方案的有益效果是，酸根能以共价键的形式 与基材表面形成络合物来提高对基材的粘接力，极大程度改善两组份固化物 在耐湿热方面的老化性能。
所述稳定剂为对叔丁基邻苯二酚(cas：98-29-3)、对硫代二苯胺(cas： 92-84-2)、对苯醌(cas：106-51-4)、对羟基苯甲醚(cas：150-76-5)中 的一种或两种以上混合。采用上述方案的有益效果是，稳定剂可以消耗B组 份氧化剂在存储过程中，因为过氧化物缓慢分解产生的自由基，防止整个B 组份粘度增稠而导致失效的风险。
本发明解决上述技术问题的技术方案中，具体制备步骤为：
A组份的制备工艺为：首先加入一定比例的丙烯酸酯单体、多官交联剂、 增韧剂，高速搅拌1.5h，温度控制在20-30℃，再依次加入对应比例的还原 剂、预处理导热填料、颜料高速搅拌1h，温度控制在20-30℃，最后抽真空 5min脱泡，出料即可得成品A组份；B组份的制备工艺为：首先加入一定比 例的丙烯酸酯单体、粘接力促进剂、增韧剂，高速搅拌1.5h，温度控制在 20-30℃，再依次加入对应比例的氧化剂、预处理导热填料、稳定剂高速搅 拌1h，温度控制在20-30℃，最后抽真空5min脱泡，出料即可得成品B组 份。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。
实施例1
预处理导热填料处理过程如下：
第一步：导热填料选自氧化铝,填料形状选用球状；
第二步：上述导热填料加入质量浓度分数3.5％的硅烷化合物的醇溶液， 于20-30℃浸泡搅拌2小时，其中所用醇选自乙醇和乙二醇体积比1:1组合， 导热填料与硅烷化合物的醇溶液的质量之比为3：1；
其中硅烷化合物的结构为：R2Si(OR1)3，R1代表为乙基；R2代表十六烷基；
第二步：将第二步所得产物过滤、抽真空出去醇溶液，于120℃烘烤3 小时，最后冷却降温，密封保存待用。
A组份的制备工艺为：首先加入2-苯氧乙基甲基丙烯酸酯110g、三羟甲 基丙烷三甲基丙烯酸酯3.5g、ABS 18g，高速搅拌1.5h，温度控制在20-30℃； 再依次加入3,5-二乙基-1,2-二氢-1-苯基-2-丙基吡啶2.5g、预处理导热填 料850g、普鲁士蓝0.25g，高速搅拌1h，温度控制在20-30℃，最后抽真空 5min脱泡，出料即可得成品A组份；B组份的制备工艺为：首先加入3.3.5- 三甲基环己烷甲基丙烯酸酯108g、甲基丙烯酸2.5g、ABS 18g，高速搅拌1.5h， 温度控制在20-30℃，再依次加入叔丁基过氧化氢2.3g、处理导热填料845g、 叔丁基邻苯二酚0.105g，高速搅拌1h，温度控制在20-30℃，最后抽真空 5min脱泡，出料即可得成品B组份。
实施例2
预处理导热填料处理过程如下：
第一步：导热填料选自氧化铝,填料形状选用球状；
第二步：上述导热填料加入质量浓度分数2.5％的硅烷化合物的醇溶液， 于20-30℃浸泡搅拌2小时，其中所用醇选用乙醇，导热填料与硅烷化合物 的醇溶液的质量之比为1：1；
其中硅烷化合物的结构为：R2(CH3)Si(OR1)2，R1代表为甲基；R2代表十 八烷基；
第三步：将第二步所得产物过滤、抽真空出去醇溶液，于120℃烘烤3 小时，最后冷却降温，密封保存待用。
A组份的制备工艺为：首先加入3.3.5-三甲基环己烷甲基丙烯酸酯 105g、三-2-丙烯酸[2,4,6-三氧代-1,3,5-三嗪-1,3,5(2H,4H,6H)-次基]三 -2,1-亚乙酯2.5g、MBS 27g，高速搅拌1.5h，温度控制在20-30℃，再依次 加入糖精3g、预处理导热填料850g、酞青蓝0.30g，高速搅拌1h，温度控 制在20-30℃，最后抽真空5min脱泡，出料即可得成品A组份；B组份的制 备工艺为：首先加入2-苯氧乙基甲基丙烯酸酯115g、马来酸3g、端乙烯基 丁腈橡胶20g，高速搅拌1.5h，温度控制在20-30℃，再依次加入异丙苯过 氧化氢2.3g、处理导热填料835g、对硫代二苯胺0.125g，高速搅拌1h，温 度控制在20-30℃，最后抽真空5min脱泡，出料即可得成品B组份。
实施例3
预处理导热填料处理过程如下：
第一步：导热填料选自氧化铝,填料形状选用球状；
第二步：上述导热填料加入质量浓度分数3％的硅烷化合物的醇溶液，于 20-30℃浸泡搅拌2小时，其中所用醇选自乙醇和丙三醇体积比1:1组合， 导热填料与硅烷化合物的醇溶液的质量之比为2：1；
其中硅烷化合物的结构为：R2Si(OR1)3，R1代表为乙基；R2代表十二烷基；
第三步：将第二步所得产物过滤、抽真空出去醇溶液，于120℃烘烤3 小时，最后冷却降温，密封保存待用。
A组份的制备工艺为：首先加入甲基丙烯酸四氢糠基酯90g、三羟甲基 丙烷三甲基丙烯酸酯4.5g、SBS 25g，高速搅拌1.5h，温度控制在20-30℃， 再依次加入四甲基硫脲4g、预处理导热填料850g、普鲁士蓝0.25g，高速搅 拌1h，温度控制在20-30℃，最后抽真空5min脱泡，出料即可得成品A组 份；B组份的制备工艺为：首先加入甲基丙烯酸四氢糠基酯105g、草酸3.5g、 ABS 20g，高速搅拌1.5h，温度控制在20-30℃，再依次加入过氧化氢二异 丙苯2.3g、处理导热填料875g、对羟基苯甲醚0.135g，高速搅拌1h，温度 控制在20-30℃，最后抽真空5min脱泡，出料即可得成品B组份。
具体试验验证
通过以下试验验证本发明上述实施例1～3所述制备样品与普通导热丙 烯酸酯导热结构胶性能对比。
测试实验1：导热系数测试参照Hot Disk(瞬变平面热源法)测定方 法进行
测试实验2:拉拔力测试参照GBT 6329-1996测定方法进行
(材质：5052Al/316不锈钢尺寸：均为50*25*2.5mm)；
备注说明：
老化测试条件为：高温高湿(60℃/90％RH)，500hours；高低温冲击(-40℃ -85℃)，500hours
测试结果如下表1所示。
表1实施例1-3的样品与普通丙烯酸酯导热结构胶性能对比测试结果
Figure BDA0002854999240000071
从表1可以看出，本发明所合成的高导热高可靠性可快速固化的丙烯酸 酯结构胶，具有室温快速固化，高导热高可靠性优点，可广泛应用于5G时 代电子元器件快速定位粘接，高导热高可靠性的发展需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种高导热高可靠性可快速固化的丙烯酸酯结构胶，其特征在于，由A组份和B组份按体积比为1:1组成；其中所述的A组份按重量份计包括：丙烯酸酯单体8～12份、多官交联剂0.1～0.5份、增韧剂1～3份、还原剂0.1～0.5份、预处理导热填料75～90份、颜料0.01～0.03份；所述的B组份按重量份计包括：丙烯酸酯单体8～12份、粘接力促进剂0.1～0.5份、增韧剂1～3份、氧化剂0.1～0.5份、预处理导热填料80～90份、稳定剂0.01～0.03份；
所述预处理导热填料，其处理过程如下：
（1）导热填料加入质量浓度分数1%～5%的硅烷化合物的醇溶液，于20-30℃浸泡搅拌2小时，其中醇为乙醇、乙二醇或丙三醇中一种或几种组合物；导热填料为球形氧化硅、氧化铝、氧化锌中的一种；导热填料与硅烷化合物的醇溶液的质量之比为（2～5）：1；其中硅烷化合物的结构为：R2(CH3)aSi(OR1)3-a，其中a代表0或1；R1代表碳原子数为1-4的烷基；R2代表碳原子数为6-18的非取代或取代有机基烷基；
（2）将（1）步所得产物过滤、抽真空除去醇溶液，于120℃烘烤3小时，最后冷却降温，密封保存待用；
所述丙烯酸酯单体为2-苯氧乙基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸四氢糠基酯、3.3.5-三甲基环己烷甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯一种或两种以上混合；所述增韧剂均为ABS、MBS、SBS或端乙烯基丁腈橡胶中的一种或两种以上混合；
所述多官交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三-2-丙烯酸[2,4,6-三氧代-1,3,5-三嗪-1,3,5(2H,4H,6H)-次基]三-2,1-亚乙酯中的一种或两种混合；所述粘接力促进剂为甲基丙烯酸、丙烯酸、马来酸、苹果酸或草酸中的一种或两种以上混合；所述稳定剂为对叔丁基邻苯二酚、对硫代二苯胺、对苯醌、对羟基苯甲醚中的一种或两种以上混合；
所述还原剂为3,5-二乙基-1,2-二氢-1-苯基-2-丙基吡啶、糖精、四甲基硫脲或N ,N-二甲基对甲苯胺中的一种或两种以上混合；所述氧化剂为叔丁基过氧化氢、异丙苯过氧化氢、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化氢二异丙苯中的一种或两种以上混合。
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