CN115558153A - 一种液态金属化学防溢泡棉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及泡棉技术领域，尤其是涉及一种液态金属化学防溢泡棉及其制备方法,液态金属化学防溢泡棉，包括将泡棉浸泡在氨基、疏基、羟基、卤素或脲基化学官能团的硅烷修饰溶液中形成的修饰特性化学基团的泡棉；所述硅烷修饰溶液为硅烷偶联剂溶解在溶剂中形成的。本申请对泡棉进行修饰，使其表面含有与液态金属反应的化学官能团，即通过化学作用使发热器件上的多余的液态金属被有效吸附，防止液态金属外溢，从而对发热器件起到很好的保护作用。

Description

一种液态金属化学防溢泡棉及其制备方法

技术领域

本申请涉及泡棉技术领域，尤其是涉及一种液态金属化学防溢泡棉及其制备方法。

背景技术

镓及其合金(镓铟锡、镓铟)为特殊的液态金属，在较低温度区间内呈现液体状态，具有较高的导热系数和较好的界面接触性能，因此镓及其合金是导热材料领域的新兴材料；但镓及其合金易于外溢流淌到发热器件四周污染电路板，由于其金属固有的导电性造成器件短路，此外镓及其合金具有极强的腐蚀性可能会破坏发热器件，因此需要在发热器件外圈设置一种阻止液态金属外溢的围栏。

当前用于防止液态金属外溢的主要技术为索尼公司的紫外固化泡棉围栏和华硕公司的防泄漏栅栏，但这两种技术均为基于液态金属与泡棉的物理阻挡作用，防溢性较差。

因此，提高液态金属的防溢性对于发热器件具有重要的意义。

发明内容

为了提高液态金属的防溢性，本申请提供一种液态金属化学防溢泡棉及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种液态金属化学防溢泡棉，采用如下的技术方案：

一种液态金属化学防溢泡棉，包括将泡棉浸泡在氨基、疏基、羟基、卤素或脲基化学官能团的硅烷修饰溶液中形成的修饰特性化学基团的泡棉；所述硅烷修饰溶液为硅烷偶联剂溶解在溶剂中形成的。

通过采用上述技术方案，一方面泡棉表面含有的有氨基、巯基、羟基、卤素或脲基化学官能团能够与液态金属产生较强化学键以化学吸附的作用防止液态金属外溢，提高了液态金属的防溢性，防止电路板短路与腐蚀；另一方面泡棉内部含有大量细微气泡在发热器件组装过程中起到缓冲作用可以防止组装过程中产生较大应力破坏电路板。

优选的，包括将泡棉浸泡在氨基、疏基、羟基、或氯原子化学官能团的硅烷修饰溶液中形成的修饰特性化学基团的泡棉；所述硅烷偶联剂的结构通式为Y-R-Si-X3，其中Y代表化学官能团(氨基、疏基、羟基、氯原子)，R代表亚烷基(碳原子数为1-10)，X代表能够水解的基团(甲氧基或乙氧基)。

通过采用上述技术方案，氨基、疏基、羟基或氯原子化学官能团极性强，与液态金属更易发生配位作用；甲氧基或乙氧基可以在泡沫表面形成交联层，即硅烷偶联剂经水解后一端的化学官能团(氨基、疏基、羟基、氯原子)与液态金属反应，防止其溢出，另一端的甲氧基或乙氧基与泡沫表面作用形成交联层，提高了浸泡效果。

优选的，所述溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇、乙醚、苯、甲苯、二甲苯中的一种或混合物；进一步，优选为乙醇；所述硅烷修饰溶液中硅烷偶联剂的含量为0.1-10％。

通过采用上述技术方案，乙醇作为溶剂具有无毒、无腐蚀性的优点，环保安全性高；通过优化硅烷修饰溶液中硅烷偶联剂的含量，不仅可以对泡棉起到很好的修饰作用，提高液态金属的防溢效果，而且可以节约资源。

第二方面，本申请提供一种液态金属化学防溢泡棉的制备方法，采用如下方案：

一种液态金属化学防溢泡棉的制备方法，包括以下步骤：

将开孔泡棉浸泡到含有氨基、疏基、羟基、卤素或脲基的硅烷修饰剂溶液中，浸泡5-300min；将泡棉取出沥干后，置于50-150℃温度下加热，在泡沫孔表面形成含特定化学基团的保护层；将修饰特性化学基团的泡棉按照热源尺寸进行裁切。

通过采用上述技术方案，制备方法简单，适用范围广，易于量产；同时制备出的液态金属化学防溢泡棉表面含有氨基、疏基、羟基、卤素或脲基官能团，能与液态金属发生化学反应，使其牢牢锁住，防止外溢，防止造成电路短路与腐蚀。

本申请提供另一种液态金属化学防溢泡棉的制备方法，采用如下方案：

一种液态金属化学防溢泡棉的制备方法，包括以下步骤：

将闭孔泡棉按照热源尺寸进行裁切；

将裁切后的闭孔泡棉浸泡到含有氨基、疏基、羟基、卤素或脲基的硅烷修饰剂溶液中，浸泡5-300min；将泡棉取出沥干后，置于50-150℃温度下加热，在泡沫孔表面形成含特定化学基团的保护层。

通过采用上述技术方案，由于闭孔泡棉为封闭状态，难以将修饰溶液有效浸入，因此首先将泡棉裁切成所需形状，通过将其浸泡在修饰溶液中形成修饰后的泡棉套设在发热器件外侧，有效避免了发热器件上的液态金属外溢造成的电路损坏。

本申请提供另一种液态金属化学防溢泡棉的制备方法，采用如下方案：

一种液态金属化学防溢泡棉的制备方法，包括以下步骤：

将45-55重量份的羟基封端硅油、0.5-1.5重量份的疏基三甲氧基偶联剂和0.05-0.15重量份的铂催化剂混合得到A组分；

将45-55重量份的含氢硅油、0.5-1.5重量份的疏基三甲氧基偶联剂和0.05-0.15重量份的硅胶抑制剂混合得到B组分；

将质量比为1：(1-3)的A组分与B组分混合得到硅胶，将硅胶倒在离型膜上形成液态硅胶层，在硅胶层上覆盖一层离型膜形成硅胶层；

将硅胶层进行加压同时进行加热发泡形成硅胶泡沫片；

将硅胶泡沫片浸泡到含有氨基、疏基、羟基、卤素或脲基的硅烷修饰剂溶液中，浸泡5-300min；将泡棉取出沥干后，置于50-150℃温度下加热，在泡沫孔表面形成含特定化学基团的保护层；

将修饰特性化学基团的硅胶泡沫片按照热源尺寸进行裁切。

通过采用上述技术方案，制备得到的硅胶泡沫片具有高的热稳定性、良好的绝缘、绝热和防潮性以及优良的抗震性，可以在发热器件组装过程中起到缓冲作用，防止组装过程中产生较大应力破坏电路板；同时硅胶泡沫板经过浸泡硅烷修饰溶液后，对液态金属具有良好的防溢性，进一步保护了电路板。

优选的，所述A组分与B组分混合时的质量比为1:1。

通过采用上述技术方案，通过优化A组分与B组分的质量比，使得硅胶泡沫片制备过程中副产物较少、转化率高，制成的硅胶泡沫交联密度高，在修饰溶剂中的浸泡效果更好。

优选的，所述铂催化剂为Speier催化剂或卡斯特催化剂，进一步优选卡斯特催化剂。

通过采用上述技术方案，Speier催化剂是将氯铂酸溶解到乙醇、异丙醇以及四氢呋喃等有机溶剂中，让其互相作用形成配合物，制备简便快捷，使用方便；卡斯特催化剂是铂与乙烯基双封头的络合物，其反应活性高，能稳定地储存，且与各类型聚硅氧烷的相容性好。

优选的，所述硅胶抑制剂为1-乙炔基环已醇或2-乙烯基异丙醇，进一步优选1-乙炔基环已醇。

通过采用上述技术方案，抑制剂通过控制催化剂的失效或复活来控制硅胶泡沫的存储期和适用期。抑制剂使铂类催化剂在较低的温度下中毒，失去催化作用，升高温度又可使铂类催化剂恢复催化活性。在低温时，抑制剂与铂催化剂的p、d轨道或杂化轨道配位，从而使其减弱或丧失了配位催化的作用；当温度高时，铂的p、d轨道或杂化轨道被重新释放出来，从而恢复其配位催化的作用。

1-乙炔基环已醇和2-乙烯基异丙醇均为挥发性、不饱和化合物，其分子中的不饱和键能提供π电子对于铂催化剂金属离子中的d轨道成键，从而破坏催化剂的结构并使之失效。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请通过将泡棉浸泡在硅烷修饰溶液中，在泡棉表面形成含有氨基、疏基、羟基、卤素或脲基化学官能团，这些官能团与液态金属发生较强的化学键以化学吸附的作用防止液态金属外溢，提高了液态金属的防溢性；

2.本申请中开孔泡棉和闭孔泡棉均可制备成液态金属化学防溢泡棉，制备工艺简单，适用性强，易于量产；

3.本申请中制备的硅胶泡沫片具有优异的抗震性，具有良好的缓冲作用，可防止发热器件在组装过程中发生较大应力破坏电路板；同时使用硅烷偶联剂对硅胶泡沫进行修饰后，对液态金属具有良好的防溢效果。

具体实施方式

以下实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例

实施例1

本实施例公开了一种液态金属防溢泡棉，包括将泡棉浸泡在含有氨基、疏基、羟基、卤素或脲基的化学官能团的硅烷修饰溶液中形成的修饰特性化学基团的泡棉。

本实施例中还公开了一种液态金属防溢泡棉的制备方法，具体过程如下：

S1，将5g3-氨丙基三甲氧基硅烷溶于95g无水乙醇中，形成硅烷修饰溶液；其中，3-氨丙基三甲氧基硅烷CAS：54761-04-5，含有氨基硅烷偶联剂选用3-氨丙基三甲氧基硅烷，但不仅限于此。

S2，将尺寸为100×100×1mm的开孔聚氨酯泡棉浸渍于上述硅烷修饰溶液中，保证泡棉全部浸于硅烷修饰液中；浸泡20min后将泡棉取出，沥干后将浸渍有3-氨丙基三甲氧基硅烷的泡棉放置10h自然晾干；其中，开孔泡棉选用聚氨酯泡棉(东莞市东鸿海绵制品厂)，但不仅限于此；

S3，将上述晾干后的聚氨酯泡棉置于烘箱内，在80℃加热3h，在泡沫孔表面形成含有氨基的保护层；

S4，将上述修饰有氨基的聚氨酯泡沫棉切割出外边长为1.5×1.5cm，内边长为1×1cm的回字形。需要说明的一点是，切割尺寸根据可发热器件而定。

实施例2

本实施例与实施例1不同的是，液态金属防溢泡棉的制备方法不同，具体过程如下：

S1，将5g3-氨丙基三甲氧基硅烷溶于95g无水乙醇中，形成硅烷修饰溶液；

S2，将尺寸为100×100×1mm的闭孔EVA泡棉切割出外边长为1.5×1.5cm，内边长为1×1cm的回字形；

S3，将切割后的闭孔EVA泡棉浸渍于上述硅烷修饰溶液中，保证泡棉全部浸于硅烷修饰液中；浸泡20min后将泡棉取出，沥干后将浸渍有3-氨丙基三甲氧基硅烷的泡棉放置10h自然晾干；其中，闭孔泡棉选用EVA泡棉(昆山科索德电子有限公司)，但不仅限于此；

S4，将上述晾干后的聚氨酯泡棉置于烘箱内，在80℃加热3h，在泡沫孔表面形成含有氨基的保护层.

实施例3

本施例与实施例7不同之处在于,本实施例与实施例1不同的是，液态金属防溢泡棉的制备方法不同，具体过程如下：

S1，将5g3-氨丙基三甲氧基硅烷溶于95g无水乙醇中，形成硅烷修饰溶液；

S2，制备硅胶泡沫片，具体包括以下步骤：

S21,将45g羟基封端硅油(粘度为50Pa·s)、0.5g疏基三甲氧基偶联剂、0.05g卡斯特催化剂，在双行星混胶机中混合10min，得到A组分硅胶；其中，羟基封端硅油粘度为50Pa·s，疏基三甲氧基偶联剂CAS：4420-74-0，卡斯特催化剂CAS：8478-92-2；

S22，将45g含氢硅油、0.5g疏基三甲氧基偶联剂和0.05g1-乙炔基环己醇，在双行星混胶机中混合10min，得到B组分硅胶；其中含氢硅油粘度为50Pa·s，1-乙炔基环己醇CAS：78-27-3。

S23，将30gA组分硅胶与30gB组分硅胶混合，在烧杯中电磁搅拌2min充分混合，得到混合硅胶；

S24，将上述混合硅胶倒在离型膜上，流平形成一层液态硅胶层，在硅胶形成上放置一层离型膜，并在其上放置一块玻璃板，在玻璃板上放置4Kg砝码；之后放入烘箱中，于40℃下发泡1h，形成带有多孔结构的硅胶泡沫片；

S3，将上述硅胶泡沫片浸渍于上述硅烷修饰溶液中，保证泡沫片全部浸于硅烷修饰液中；浸泡20min后将泡沫片取出，沥干后将浸渍有3-氨丙基三甲氧基硅烷的泡沫片放置10h自然晾干；

S4，将上述晾干后的泡沫片置于烘箱内，在80℃加热3h，在泡沫孔表面形成含有氨基的保护层；

S5，将上述修饰有氨基的泡沫片切割出外边长为1.5×1.5cm，内边长为1×1cm的回字形。需要说明的一点是，切割尺寸根据可发热器件而定。

实施例4-15

本实施例与实施例3不同之处在于，S2中，硅胶泡沫片制备时所用原料配比不同具体如表1所示。

表1实施例3-15中硅胶泡沫片各原料配比

实施例16

本实施例与实施例3不同之处在于，将3-氨丙基三甲氧基硅烷替换为3-疏丙基三甲氧基硅烷，3-疏丙基三甲氧基硅烷(CAS：4420-74-0)，含有疏基硅烷偶联剂选用3-疏丙基三甲氧基硅烷，但不仅限于此。

实施例17

本实施例与实施例3不同之处在于，将3-氨丙基三甲氧基硅烷替换为羟甲基三甲基硅烷(CAS：1066-40-6)，含有羟基硅烷偶联剂选用羟甲基三甲基硅烷，但不仅限于此。

实施例18

本实施例与实施例3不同之处在于，将3-氨丙基三甲氧基硅烷替换为3-氯丙基三甲氧基硅烷(CAS：2530-87-2)，含有卤素的硅烷偶联剂选用3-氯丙基三甲氧基硅烷，但不仅限于此。

实施例19

本实施例与实施例19不同之处在于，将3-氨丙基三甲氧基硅烷替换为3-溴丙基三甲氧基硅烷(CAS：51826-90-5)，含有卤素的硅烷偶联剂选用3-溴丙基三甲氧基硅烷，但不仅限于此。

实施例20

本实施例与实施例3不同之处在于，将3-氨丙基三甲氧基硅烷替换为3-脲丙基三甲氧基硅烷(CAS：54010-75-2)，含有脲基的硅烷偶联剂选用3-脲丙基三甲氧基硅烷，但不仅限于此。

实施例21

本实施例与实施例3不同之处在于，将3-氨丙基三甲氧基硅烷替换为3-氨丙基三乙氧基硅烷(CAS：919-30-2)。

实施例22

本实施例与实施例3不同之处在于，将0.1g3-氨丙基三甲氧基硅烷溶于99.9g无水乙醇中，形成硅烷修饰溶液。

实施例23

本实施例与实施例3不同之处在于，将10g3-氨丙基三甲氧基硅烷溶于90g无水乙醇中，形成硅烷修饰溶液。

实施例25

本实施例与实施例3不同之处在于，S23，将20gA组分硅胶与40gB组分硅胶混合，在烧杯中电磁搅拌2min充分混合，得到混合硅胶。

实施例26

本实施例与实施例3不同之处在于，S23，将10gA组分硅胶与30gB组分硅胶混合，在烧杯中电磁搅拌2min充分混合，得到混合硅胶。

实施例27

本实施例与实施例3不同的是，S3，将上述硅胶泡沫片浸渍于上述硅烷修饰溶液中，保证泡沫片全部浸于硅烷修饰液中；浸泡5min后将泡沫片取出，沥干后将浸渍有3-氨丙基三甲氧基硅烷的泡沫片放置10h自然晾干；S4，将上述晾干后的泡沫片置于烘箱内，在50℃加热5h，在泡沫孔表面形成含有氨基的保护层。

实施例28

本实施例与实施例3不同的是，S3，将上述硅胶泡沫片浸渍于上述硅烷修饰溶液中，保证泡沫片全部浸于硅烷修饰液中；浸泡300min后将泡沫片取出，沥干后将浸渍有3-氨丙基三甲氧基硅烷的泡沫片放置10h自然晾干；S4，将上述晾干后的泡沫片置于烘箱内，在150℃加热4h，在泡沫孔表面形成含有氨基的保护层。

对比例

对比例1

本对比例与实施例1不同之处在于，泡棉采用索尼公司的紫外固化泡棉，型号为UT6650ML。

对比例2

本对比例与实施例1不同之处在于，用华硕公司的防泄漏栅栏替换本申请中的化学防溢泡棉，选用ROG Mothership游戏本上所用的防泄漏栅栏。

对比例3

本对比例与对比例1不同之处在于，对开孔聚氨酯泡棉不做处理。

性能检测

采用相同尺寸的由实施例1-28获得的化学防溢泡棉作为试验样1-28，采用与试验样相同尺寸的由对比例1-3获得的防漏物件作为对照样1-3。对试验样和对照样进行性能检测，结果如表2。

具体测试过程如下：将试样套在芯片(1×1cm)外侧，在芯片上滴加3滴液态金属镓，用玻璃板将金属镓压在芯片表面使金属镓平铺在芯片表面，将试样放在85℃的烘箱中24h后取出，观察芯片外观和对芯片电路进行测试。

表2实施例1-28及对比例1-3性能检测数据表

参照表2，结合实施例1和对比例1-3，可以看出，本申请制备的液态金属化学防溢泡棉对液态金属的防溢效果均优于索尼的紫外固化泡棉和华硕公司的防泄漏栅栏以及不做处理的聚氨酯泡棉。本申请通过将聚氨酯泡棉浸泡在含有氨基的硅烷偶联剂溶液中，使得聚氨酯泡面表面吸附有氨基，氨基与液态金属进行化学结合，被牢牢固定在泡棉上，防止泡棉外溢，对芯片起到很好的保护作用。

参照表2，结合实施例1-3，可以看出，本申请中含有官能团的硅烷偶联剂适用于开孔泡棉、闭孔泡棉和自制的硅胶泡沫片，同时硅胶泡沫片由于与硅烷偶联剂的一端可以发生交联作用，提高浸泡效果，从而对液态金属的防溢效果更优。

参照表2，结合实施例3-15，可以看出，本申请通过在适当的范围内对硅胶泡沫片制备中的原料配比进行调整，得到的液态金属防溢泡棉对金属镓均具有良好的吸收效果。

参照表2，结合实施3、16-21，可以看出，本申请中含有氨基、巯基、羟基、卤素化学官能团的泡棉对液态金属均具有良好的防溢性，特别是含有氨基、巯基、羟基、氯原子化学官能团的泡棉相比含有溴原子的泡棉对金属镓的防溢效果更好。这是由于含有氨基、巯基、羟基、氯原子化学官能团极性较强，与金属镓的配位作用更强，从而吸附效果更好。

参照表2，结合实施例3、22和23，可以看出，在适当的范围内调整硅烷偶联剂在硅烷修饰溶液中的含量，得到的液态金属化学防溢泡棉对金属镓均具有良好的防溢效果。

参照表2，结合实施例3、25和26，可以看出，在适当的范围内调整制备硅胶泡沫片时A组分和B组分混合时的质量比，得到的泡棉对芯片均具有良好的保护作用，特别是当A组分与B组分的质量比为1:1时，得到的泡棉的对芯片的保护性更好。

参照表2，结合实施例3、27和28，可以看出，在适当的范围内改变液态金属化学防溢泡棉制备时的浸泡时间、烘干温度和时间时，试样对金属镓均具有良好的防溢性，从而保护芯片不被腐蚀和电路未遭到损坏。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种液态金属防溢泡棉，其特征在于：包括将泡棉浸泡在氨基、疏基、羟基、卤素或脲基化学官能团的硅烷修饰溶液中形成的修饰特性化学基团的泡棉；所述硅烷修饰溶液为硅烷偶联剂溶解在溶剂中形成的。

2.根据权利要求1所述的一种液态金属化学防溢泡棉，其特征在于：包括将泡棉浸泡在氨基、疏基、羟基或氯原子化学官能团的硅烷修饰溶液中形成的修饰特性化学基团的泡棉；所述硅烷偶联剂的结构通式为Y-R-Si-X3，其中Y代表化学官能团（氨基、疏基、羟基、氯原子），R代表亚烷基（碳原子数为1-10），X代表能够水解的基团（甲氧基或乙氧基）。

3.根据权利要求1所述的一种液态金属化学防溢泡棉，其特征在于：

所述溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇、乙醚、苯、甲苯、二甲苯中的一种或混合物；所述硅烷修饰溶液中硅烷偶联剂的含量为0.1-10%。

4.权利要求1-3任意一项所述的一种液态金属化学防溢泡棉的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

将开孔泡棉浸泡到含有氨基、疏基、羟基、卤素或脲基的硅烷修饰剂溶液中，浸泡5-300min；将泡棉取出沥干后，置于50-150℃温度下加热，在泡沫孔表面形成含特定化学基团的保护层；

将修饰特性化学基团的泡棉按照热源尺寸进行裁切。

5.权利要求1-3任意一项所述的一种液态金属化学防溢泡棉的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

将闭孔泡棉按照热源尺寸进行裁切；

将裁切后的闭孔泡棉浸泡到含有氨基、疏基、羟基、卤素或脲基的硅烷修饰剂溶液中，浸泡5-300min；将泡棉取出沥干后，置于50-150℃温度下加热，在泡沫孔表面形成含特定化学基团的保护层。

6.权利要求1-3任意一项所述的一种液态金属化学防溢泡棉的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

将45-55重量份的羟基封端硅油、0.5-1.5重量份的疏基三甲氧基偶联剂和0.05-0.15重量份的铂催化剂混合得到A组分；

将45-55重量份的含氢硅油、0.5-1.5重量份的疏基三甲氧基偶联剂和0.05-0.15重量份的硅胶抑制剂混合得到B组分；

将质量比为1：（1-3）的A组分与B组分混合得到硅胶，将硅胶倒在离型膜上形成液态硅胶层，在硅胶层上覆盖一层离型膜形成硅胶层；

将硅胶层进行加压同时进行加热发泡形成硅胶泡沫片；

将硅胶泡沫片浸泡到含有氨基、疏基、羟基、卤素或脲基的硅烷修饰剂溶液中，浸泡5-300min；将泡棉取出沥干后，置于50-150℃温度下加热，在泡沫孔表面形成含特定化学基团的保护层；

将修饰特性化学基团的硅胶泡沫片按照热源尺寸进行裁切。

7.根据权利要求6所述的一种液态金属化学防溢泡棉制备方法，其特征在于：所述A组分与B组分混合时的质量比为1:1。

8.根据权利要求6所述的一种液态金属化学防溢泡棉制备方法，其特征在于：所述铂催化剂为Speier催化剂或卡斯特催化剂。

9.根据权利要求7所述的一种液态金属化学防溢泡棉制备方法，其特征在于：所述硅胶抑制剂为1-乙炔基环已醇或2-乙烯基异丙醇。