CN115073512B - 一种有机硅触变剂、有机硅组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于有机硅材料技术领域,具体涉及一种有机硅触变剂、有机硅组合物及其制备方法和应用。本发明的有机硅触变剂包括如下结构:
Figure 652310DEST_PATH_IMAGE001
;其中,R1、R2、R3为连接硅原子的基团,独立地选自C1~C4的烷基、苯基、氢原子中的一种,R1、R2、R3中至少一个为苯基;R4、R5独立地选自C2~C10的烷基;R6、R6’、R7、R7’独立地选自C1~C4的烷基、苯基、乙烯基、氢原子中的一种;a、b独立地选自0~5中的任一整数,且a、b不同时为0;m、n独立地选自0~4的任一整数,且m、n不同为0。本发明的有机硅触变剂的末端的羟基能够形成可恢复的三维氢键网络,提供优异的触变性能。

Description

一种有机硅触变剂、有机硅组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于有机硅材料技术领域,具体涉及一种有机硅触变剂、有机硅组合物及其制备方法和应用。
背景技术
随着LED芯片逐渐向小型化、微型化发展,对于LED光学封装胶的成型性,即触变性有了更高的要求。Mini/Micro LED新型显示技术是LED背光中的新热点,相比传统的LED背光,其芯片数量更多且更密集,其中一种封装工艺为直接在光学芯片上包覆一层半球形的透明封装胶,形成微小的透镜,保护芯片同时起到调节亮度的作用。其中LED光学封装胶的触变性则至关重要,LED光学封装胶常用的触变剂为气相二氧化硅,气相二氧化硅表面大量羟基形成三维的可恢复的氢键网络,以提高封装胶的触变性。但通过添加气相二氧化硅提高封装胶触变性也有一定缺点,如难以分散均匀,长时间储存容易结构化影响产品的稳定性,粘度升高而影响操作性,降低LED光学封装胶特别是含苯基有机硅封装胶的透明性等。
通过液体触变剂可有效改善封装胶的触变性,且易于混合。现有技术公开了一种有机硅触变剂,可明显提高硅酮胶的触变性,但该触变剂为甲基聚硅氧烷,存在与常用的苯基有机硅LED封装胶相容性差的问题。现有技术还公开了一种通过聚醚改性的含苯基的有机硅触变剂,但C-O-C醚键键能较低,耐老化性能不佳,应用于LED电子元器件中会对其长期可靠性造成不良影响。因此,亟需一种与有机硅光学封装胶相容性好,且无不良影响的液体触变剂。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种有机硅触变剂,能够有效改善有机硅树脂的触变性能,与有机硅树脂相容性良好。
本发明还提出了上述有机硅触变剂的制备方法。
本发明进一步提出一种具有上述有机硅触变剂的有机硅组合物及其制备方法和应用。
本发明的第一方面,提出一种有机硅触变剂,包括如下结构:
Figure DEST_PATH_IMAGE001
式Ⅰ;
其中,R1、R2、R3为连接硅原子的基团,独立地选自C1~C4的烷基、苯基、氢原子中的一种,R1、R2、R3中至少一个为苯基;
R4、R5独立地选自C2~C10的烷基;
R6、R6’、R7、R7’独立地选自C1~C4的烷基、苯基、乙烯基、氢原子中的一种;
a、b独立地选自0~5中的任一整数,且a、b不同时为0;
m、n独立地选自0~4的任一整数,所述m、n不同时为0。
优选地,R1、R2、R3独立地选自甲基、苯基中的一种。
优选地,R4、R5独立地选自C2~C8的烷基,更优选异丁基。
优选地,R6、R6’、R7、R7’独立地选自甲基、乙基、苯基、乙烯基、氢原子中的一种;更优选地,R6、R6’、R7、R7’独立地选自甲基。
优选地,所述a、b独立地选自0~3中的任一整数。
优选地,所述a为1,b为0。
优选地,所述a为0,b为3。
优选地,所述m、n独立地选自1~3;更优选的m、n独立地选自1~2。
优选地,所述m、n相同,m、n均为2。
优选地,所述式Ⅰ中的羟基不同时连接在同一个碳原子上。
优选地,所述有机硅触变剂中的羟基的质量含量为5~25%,更优选10~20%。
优选地,所述有机硅触变剂中的苯基的质量含量为5~60%,更优选10~40%,进一步优选12.9~32.3%。
本发明的第二方面,提出所述有机硅触变剂的制备方法,包括如下步骤:将含氢聚硅氧烷、不饱和醇、催化剂混合,进行硅氢加成反应,得到所述有机硅触变剂。
优选地,所述硅氢加成反应的温度为25~120℃,更优选50~100℃,进一步优选60~90℃。
优选地,所述硅氢加成反应的时间为4~7 h,更优选6 h左右。
优选地,所述有机硅触变剂的制备方法包括如下步骤:将所述不饱和醇、催化剂混合得到混合液,再将所述含氢聚硅氧烷滴加到混合液中,进行硅氢加成反应,得到所述有机硅触变剂。
优选地,所述含氢聚硅氧烷的滴加速度为0.01~0.5 g/s,更优选0.03~0.1 g/s。
优选地,所述含氢聚硅氧烷中的氢原子与不饱和醇中的不饱和键的摩尔比为1:0.8~1.2,更优选1:0.9~1.1,进一步优选1:1~1.05。
优选地,所述催化剂为铂催化剂,所述铂催化剂(以铂原子重量计算)的用量占反应物总质量的1~500 ppm,更优选5~100 ppm,进一步优选10~25 ppm。
优选地,所述有机硅触变剂的制备原料还包括溶剂,所述溶剂与反应物总质量的比值为0.5~1:1,更优选0.7~0.8:1,如0.74:1左右。
优选地,所述含氢聚硅氧烷中与硅原子连接的氢原子的质量含量为0.1~2%,更优选0.3~1%,进一步优选0.5~1%。
优选地,所述含氢聚硅氧烷还包括苯基,所述苯基的含量为5~60%,更优选20~50%,更优选23.3~48.2%。
优选地,所述含氢聚硅氧烷的分子量为200~2000 g/mol,更优选300~1500 g/mol;粘度为10~1000 mPa·s,更优选50~500 mPa·s。
优选地,所述不饱和醇为分子结构中含有一个或一个以上可参与硅氢加成反应的不饱和键,包括烯基、炔基、羰基中的至少一种,更优选烯基。
优选地,所述不饱和醇包括1,4-丁烯二醇、2-戊烯-1,5-二醇、5-己烯-1,2-二醇、三羟甲基丙烷单烯丙基醚、三羟甲基丙烷二烯丙基醚、香茅醇、芳樟醇、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的至少一种。
优选地,所述铂催化剂包括铂黑、卤化铂、铂-烯络合物、铂-醇络合物、铂-烃氧基络合物、铂-醚络合物、铂-醛络合物、铂-酮络合物、铂-乙烯基硅氧烷络合物、双(γ-甲基-吡啶基)-二氯化铂、三亚甲基二吡啶基-二氯化铂、二环戊二烯基-二氯化铂、环辛二烯-二氯化铂、环戊二烯-二氯化铂、双(炔基)双(三苯基膦)-铂络合物、双(炔基) (环辛二烯)-铂络合物中的至少一种。
优选地,所述卤化铂包括PtCl4、H2PtCl6·6H2O、Na2PtCl6·4H2O、H2PtCl6·6H2O中的至少一种。
本发明的第三方面,提出一种有机硅组合物,包括上述有机硅触变剂。
优选地,所述有机硅组合物包括有机硅材料、气相二氧化硅、有机硅触变剂,所述有机硅材料包括苯基乙烯基硅树脂、交联剂。
优选地,所述气相二氧化硅与有机硅触变剂的质量比为0.8~8:1,更优选1~5:1。
优选地,所述气相二氧化硅与有机硅触变剂的重质量占有机硅材料质量的3~15%,更优选4~12%。
优选地,所述苯基乙烯基硅树脂与交联剂的质量比为1.0~1.5:1,更优选1.2~1.5:1,进一步优选1.3~1.4:1。
优选地,所述气相二氧化硅的比表面积为50~500 m2/g,更优选100~300 m2/g。
优选地,所述苯基乙烯基硅树脂的乙烯基质量含量为5~15%,更优选5~10%,如6.8%。
优选地,所述苯基乙烯基硅树脂的苯基含量为25~60%,更优选为30~50%,进一步优选40~45%。
优选地,所述交联剂为苯基含氢交联剂,包括苯基含氢硅树脂、甲基苯基含氢硅树脂、苯基端氢硅油、甲基苯基端氢硅油、苯基含氢硅油、甲基苯基含氢硅油。
优选地,所述交联剂的氢原子质量含量为0.2~8%,更优选0.2~0.5%,进一步优选0.3~0.4%。
优选地,所述交联剂的苯基含量为25~60%,更优选为30~50%,进一步优选30~35%。
优选地,所述有机硅组合物包括如下质量份的组分:
苯基乙烯基硅树脂40~70份;
交联剂30~50份;
气相二氧化硅 2~8份;
有机硅触变剂 0.1~10份。
优选地,所述有机硅组合物包括如下质量份的组分:
苯基乙烯基硅树脂50~60份;
交联剂35~45份;
气相二氧化硅 2~5份;
有机硅触变剂 0.4~5份。
本发明的第四方面,提出上述有机硅组合物的制备方法,包括如下步骤:将上述有机硅组合物的各组分混合,得到所述有机硅组合物。
本发明的第五方面,上述有机硅组合物在制备LED封装材料中的应用,更优选在制备Mini/Micro LED封装材料中的应用。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1.本发明的有机硅触变剂末端含有羟基,大量羟基能够形成可恢复的三维氢键网络,提供优异的触变性能;与有机硅树脂(尤其是苯基硅树脂)结构相似,能够均匀分散在有机硅树脂中;
2.本发明提供的有机硅触变剂与少量气相二氧化硅按恰当的质量比配合使用,可显著提高有机硅树脂的触变性能,特别是含苯基的有机硅树脂,且相容性好;
3.本发明提供的有机硅触变剂的制备方法具有条件温和简单,无副产物排放,无需对产物进行后处理的特点;
4、本发明的有机硅组合物固化后呈半球形,高度/直径比较高,应用于Mini/MicroLED封装,形成微小的透镜,保护芯片的同时调节亮度。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述,以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然,所描述的实施例只是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例,基于本发明的实施例,本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例,均属于本发明保护的范围。
除非特殊说明,试验或测试方法均为本领域的常规方法。
实施例1
向装有温度计、机械搅拌桨和冷凝管的烧瓶中加入88 g的1,4-丁烯二醇和0.8 g的铂(0)-二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物(铂原子质量浓度为5000 ppm),在搅拌的条件下缓慢滴加109.9 g的含氢聚硅氧烷(氢含量0.91%,苯基含量23.3%),滴加速度0.03 g/s。滴加完成后恒温至90 ℃反应6 h,获得含苯基的有机硅液体触变剂T-1,经测试,羟基含量为17.2%,苯基含量12.9%,具有下列结构:
Figure 262341DEST_PATH_IMAGE002
式Ⅱ。
实施例2
向装有温度计、机械搅拌桨和冷凝管的烧瓶中加入92.5 g的1,4-丁烯二醇、1.1 g的铂(0)-二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物(铂原子质量浓度为5000 ppm)和200 g的甲苯,在搅拌的条件下缓慢滴加178.6 g的含氢聚硅氧烷(氢含量0.56%,苯基含量48.2%),滴加速度0.05g/s。滴加完成后恒温至60 ℃反应6 h,获得含苯基的有机硅液体触变剂T-2,经测试,羟基含量为12.8%,苯基含量为32.3%,具有下列结构:
Figure 76713DEST_PATH_IMAGE003
式Ⅲ。
实施例3
取55.9 g苯基乙烯基硅树脂(乙烯基质量含量6.8%,苯基含量43.9%)、41.1 g苯基含氢硅树脂(氢含量0.36%,苯基含量34.7%)、2 g气相二氧化硅(比表面积200 m2/g)和1 g的T-1放入烧杯中,使用高速分散机分散均匀,得到有机硅组合物S-1。
实施例4
取54.2 g苯基乙烯基硅树脂(乙烯基质量含量6.8%,苯基含量43.9%)、39.8 g苯基含氢硅树脂(氢含量0.36%,苯基含量34.7%)、5 g气相二氧化硅(比表面积200 m2/g)和1 g的T-1放入烧杯中,使用高速分散机分散均匀,得到有机硅组合物S-2。
实施例5
取55.9 g苯基乙烯基硅树脂(乙烯基质量含量6.8%,苯基含量43.9%)、41.1 g苯基含氢硅树脂(氢含量0.36%,苯基含量34.7%)、2 g气相二氧化硅(比表面积200 m2/g)和1 g的T-2放入烧杯中,使用高速分散机分散均匀,得到有机硅组合物S-3。
实施例6
取54.2 g苯基乙烯基硅树脂(乙烯基质量含量6.8%,苯基含量43.9%)、39.8 g苯基含氢硅树脂(氢含量0.36%,苯基含量34.7%)、5 g气相二氧化硅(比表面积200 m2/g)和1 g的T-2放入烧杯中,使用高速分散机分散均匀,得到有机硅组合物S-4。
实施例7
取54.2 g苯基乙烯基硅树脂(乙烯基质量含量6.8%,苯基含量43.9%)、39.8 g苯基含氢硅树脂(氢含量0.36%,苯基含量34.7%)、5 g气相二氧化硅(比表面积200 m2/g)和5 g的T-1放入烧杯中,使用高速分散机分散均匀,得到有机硅组合物S-5。
实施例8
取55.9 g苯基乙烯基硅树脂(乙烯基质量含量6.8%,苯基含量43.9%)、41.1 g苯基含氢硅树脂(氢含量0.36%,苯基含量34.7%)、2 g气相二氧化硅(比表面积200 m2/g)和1.5g的T-1放入烧杯中,使用高速分散机分散均匀,得到有机硅组合物S-6。
对比例1
取55.9 g苯基乙烯基硅树脂(乙烯基质量含量6.8%,苯基含量43.9%)、41.1 g苯基含氢硅树脂(氢含量0.36%,苯基含量34.7%)、3 g气相二氧化硅(比表面积200 m2/g)放入烧杯中,使用高速分散机分散均匀,得到有机硅组合物A-1。
对比例2
取54.2 g苯基乙烯基硅树脂(乙烯基质量含量6.8%,苯基含量43.9%)、39.8 g苯基含氢硅树脂(氢含量0.36%,苯基含量34.7%)、6 g气相二氧化硅(比表面积200 m2/g)放入烧杯中,使用高速分散机分散均匀,得到有机硅组合物A-2。
对比例3
取54.2 g苯基乙烯基硅树脂(乙烯基质量含量6.8%,苯基含量43.9%)、39.8 g苯基含氢硅树脂(氢含量0.36%,苯基含量34.7%)、1 g气相二氧化硅(比表面积200 m2/g)放入烧杯中,使用高速分散机分散均匀,得到有机硅组合物A-3。
对比例4
取55.9 g苯基乙烯基硅树脂(乙烯基质量含量6.8%,苯基含量43.9%)、41.1 g苯基含氢硅树脂(氢含量0.36%,苯基含量34.7%)、2 g气相二氧化硅(比表面积200 m2/g)和1 g的甲基羟基硅油(常规市售产品,羟基含量1.8%)放入烧杯中,使用高速分散机分散均匀,得到有机硅组合物A-4。
对比例5
取54.2 g苯基乙烯基硅树脂(乙烯基质量含量6.8%,苯基含量43.9%)、39.8 g苯基含氢硅树脂(氢含量0.36%,苯基含量34.7%)、5 g气相二氧化硅(比表面积200 m2/g)和1 g的甲基羟基硅油(常规市售产品,羟基含量1.8%)放入烧杯中,使用高速分散机分散均匀,得到有机硅组合物A-5。
对比例6
取54.2 g苯基乙烯基硅树脂(乙烯基质量含量6.8%,苯基含量43.9%)、39.8 g苯基含氢硅树脂(氢含量0.36%,苯基含量34.7%)、5 g气相二氧化硅(比表面积200 m2/g)和0.5g的T-1放入烧杯中,使用高速分散机分散均匀,得到有机硅组合物A-6。
对比例7
取55.9 g苯基乙烯基硅树脂(乙烯基质量含量6.8%,苯基含量43.9%)、41.1 g苯基含氢硅树脂(氢含量0.36%,苯基含量34.7%)、1 g气相二氧化硅(比表面积200 m2/g)和2 g的T-1放入烧杯中,使用高速分散机分散均匀,得到有机硅组合物A-7。
表1 实施例3~8和对比例1~7制备的有机硅组合物各组分的用量(单位:g)
Figure 899176DEST_PATH_IMAGE004
试验例
本试验例测试了实施例3~8和对比例1~7制备的有机硅组合物的性能。其中:
触变指数测定方法:使用NDJ-8S旋转粘度计测试样品在25 ℃下转速在0.6 rpm时测得粘度η1和6 rpm时测得粘度η2,η1与η2的比值记为触变指数,测试结果如表2。
触变剂相容性:将触变剂与苯基乙烯基硅树脂按质量比1/1混合,观察有无分层、浑浊现象,测试结果如表2。
成型性:将0.5g有机硅组合物滴在玻璃片上,150℃固化2h后测量液滴的直径和高度,计算其高度/直径比,以此评判其成型性。
储存稳定性:将配制好的有机硅组合物于25℃、55%RH的环境下放置6个月,观察组合物的有无出现结构化现象。
表2 性能测试结果
Figure 18138DEST_PATH_IMAGE005
由表1和表2可知,本发明实施例1~2制备的有机硅液体触变剂与少量气相二氧化硅按照恰当质量比配合使用,可以显著提高有机硅组合物的触变性能,触变指数≥3.56,而且与苯基有机硅材料相容性好,混合均相无分层现象,而对比例1~3省去本发明制备的有机硅液体触变剂,得到的有机硅组合物的触变性能明显变差,说明本发明制备的有机硅液体触变剂能够有效改善组合物的触变性能。对比例4、5采用甲基羟基硅油替代T-1或T-2,得到的有机硅组合物的触变指数明显降低,且甲基羟基硅油与苯基乙烯硅树脂的相容性差,出现浑浊、分层现象。本发明实施例3~8采用质量比为1~5:1的气相二氧化硅与有机硅液态触变剂配合使用,得到的有机硅组合物不仅触变性能优异,而且体系均一性好,均没有出现分层现象;而对比例6采用过量的气相二氧化硅,以及对比例7采用过少的气相二氧化硅,制得的有机硅组合物虽然没有出现分层现象,但是触变性能明显变差。
本发明实施例3~8经固化后具有良好的成型性,说明本发明制备的有机硅液体触变剂能有效改善组合物的触变性,在用于Mini/Micro LED芯片封装时,可形成较为规整的半球形,保护芯片同时有效提高出光效率。对比例1~3省去本发明制备的有机硅液体触变剂,虽然具有一定的触变性,但经烘烤固化后组合物液滴有轻微流淌,导致变形,缺乏稳定性。
本发明实施例3~8和对比例7按一定比例的气相二氧化硅与有机硅液态触变剂配合使用,在室温环境下储存6个月后,仍保持良好的可操作性,无结构化现象出现,表现出良好的储存稳定性。对比例1~3在未加入触变剂的情况下,储存1个月后出现不同程度的结构化现象,对比例4~6为加入甲基羟基硅油或过少量本发明制备的触变剂,储存4个月后则开始出现分层析出或结构化现象。
上面对本发明实施例作了详细说明,但是本发明不限于上述实施例,在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外,在不冲突的情况下,本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (7)

1.一种有机硅触变剂,其特征在于,包括如下结构:
Figure DEST_PATH_IMAGE002
式Ⅰ;
其中,R1、R2、R3为连接硅原子的基团,独立地选自C1~C4的烷基、苯基、氢原子中的一种,R1、R2、R3中至少一个为苯基;
R4、R5独立地选自C2~C10的烷基;
R6、R6’、R7、R7’独立地选自C1~C4的烷基、苯基、乙烯基、氢原子中的一种;
a、b独立地选自0~5中的任一整数,且a、b不同时为0;
m、n均为2。
2.根据权利要求1所述的有机硅触变剂,其特征在于,所述有机硅触变剂中的羟基的质量含量为5%~25%。
3.权利要求1或2所述的有机硅触变剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
将含氢聚硅氧烷、不饱和醇、催化剂混合,进行硅氢加成反应,得到所述有机硅触变剂。
4.根据权利要求3所述的有机硅触变剂的制备方法,其特征在于,所述含氢聚硅氧烷中的氢原子与不饱和醇中的不饱和键的摩尔比为1:0.8~1.2。
5.一种有机硅组合物,其特征在于,所述有机硅组合物包括如下质量份的组分:
苯基乙烯基硅树脂40~70份;
交联剂 30~50份;
气相二氧化硅 2~8份;
有机硅触变剂 0.1~10份;
所述气相二氧化硅与有机硅触变剂的质量比为0.8~8:1;
所述交联剂包括苯基含氢硅树脂、甲基苯基含氢硅树脂、苯基端氢硅油、甲基苯基端氢硅油、苯基含氢硅油、甲基苯基含氢硅油中至少一种;
所述有机硅触变剂选自权利要求1或2所述的有机硅触变剂。
6.权利要求5所述的有机硅组合物的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将有机硅组合物的各组分混合,得到所述有机硅组合物。
7.权利要求5所述的有机硅组合物在制备LED封装材料中的应用。
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