CN115746506A - 一种高折射率led封装材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高折射率LED封装材料及其制备方法，本发明先对氮化硅晶须进行羟基化改性，增加了氮化硅晶须表面活性羟基的数量，然后通过交联剂环氧氯丙烷的作用，将聚乙烯亚胺接枝在氮化硅晶须的表面，聚乙烯亚胺含有柔性的烷基长链结构，将其引入到封装材料中，提高了材料的韧性，同时聚乙烯亚胺中含有大量的氨基基团，一部分氨基基团与后续的二硫化碳发生反应，另一部分氨基基团与环氧树脂中的活性基团发生反应，提高了封装材料的交联度，进而提高了封装材料的力学性能，同时将二硫代氨基基团引入到氮化硅晶须的表面，通过引入硫元素，提高了封装材料的折射率。
Description
技术领域
本发明涉及封装材料技术领域，具体涉及一种高折射率LED封装材料及其制备方法。
背景技术
环氧树脂作为一种在电工电子领域得到广泛应用的聚合物材料，具有粘接强度高、收缩率小、电绝缘性能优异的特点，其较好的耐热性能和较高的机械强度也基本满足了电工电子元件应用场合的特殊要求，然而环氧树脂材料本身存在固有的质脆、内应力大、韧性不足的缺点，在LED封装材料应用方面表现为产品韧性差、折射率偏低，限制了其在LED封装材料中的应用。
目前，行业内采取了多种途径来对环氧树脂进行改性，比较常见的方式为添加纳米粒子，但纳米粒子的分散难度大，限制了纳米粒子效果的发挥，中国专利文献CN202110730926.6公开了一种引入纳米氧化锌保护的封装材料及其制备方法与应用，通过引入的纳米氧化锌吸收高能量的紫外线保护内层二氧化钛，此外，增透树脂的添加增加了薄膜对其他波段的光的透过率，提高光利用率，但所制备的封装材料的折射率不高，韧性不足，仍然需要进一步改进。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高折射率LED封装材料及其制备方法，解决现有的LED封装材料折射率偏低以及力学性能不佳的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种高折射率LED封装材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氮化硅晶须分散在硝酸溶液中，加热搅拌反应，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，得到羟基化氮化硅晶须；
(2)将羟基化氮化硅晶须分散在去离子水中，调节溶液的pH为3-5，然后向其中加入聚乙烯亚胺和环氧氯丙烷，加热搅拌反应，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，得到氨基改性氮化硅晶须；
(3)将氨基改性氮化硅晶须分散在去离子水中，调节溶液的pH为9-10，然后向其中加入二硫化碳，在室温下密封搅拌反应2-4h，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，得到二硫代氨基改性氮化硅晶须；
(4)将二硫代氨基改性氮化硅晶须加入到纳米氧化锆分散液中，在室温下搅拌4-6h，然后进行过滤、洗涤、干燥，得到负载氧化锆的改性氮化硅晶须；
(5)将负载氧化锆的改性氮化硅晶须分散在有机溶剂中，然后加入环氧树脂、4-甲基六氢苯酐和四丁基溴化铵，混合均匀后减压蒸馏除去有机溶剂，进行固化反应，待反应完成后，即得到高折射率LED封装材料。
优选的，步骤(1)中，硝酸溶液的质量分数为40-60％。
优选的，步骤(1)中，加热搅拌反应温度为80-90℃，加热搅拌反应时间为3-5h。
优选的，步骤(2)中，羟基化氮化硅晶须、聚乙烯亚胺和环氧氯丙烷的质量比为8-12:4-6:3-4。
优选的，步骤(2)中，加热搅拌温度为50-80℃，加热搅拌时间为3-4h。
优选的，步骤(3)中，氨基改性氮化硅晶须和二硫化碳的质量比为6-10:2-4。
优选的，步骤(4)中，二硫代氨基改性氮化硅晶须与纳米氧化锆分散液的质量比为4-6:100，纳米氧化锆分散液的质量分数为1-3％。
优选的，步骤(5)中，负载氧化锆的改性氮化硅晶须、环氧树脂、4-甲基六氢苯酐和四丁基溴化铵的质量比为5-10:100:20-30:1-3。
优选的，步骤(5)中，固化条件为：先在60-80℃下固化1-2h，然后在100-120℃下固化3-4h。
本发明还提供由上述制备方法所制备得到的高折射率LED封装材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明先对氮化硅晶须进行羟基化改性，增加了氮化硅晶须表面活性羟基的数量，然后通过交联剂环氧氯丙烷的作用，将聚乙烯亚胺接枝在氮化硅晶须的表面，聚乙烯亚胺含有柔性的烷基长链结构，将其引入到封装材料中，提高了材料的韧性，同时聚乙烯亚胺中含有大量的氨基基团，一部分氨基基团与后续的二硫化碳发生反应，另一部分氨基基团与环氧树脂中的活性基团发生反应，提高了封装材料的交联度，进而提高了封装材料的力学性能。
(2)本发明利用氨基与二硫化碳进行反应，将二硫代氨基基团引入到氮化硅晶须的表面，通过引入硫元素，提高了封装材料的折射率，同时二硫代氨基基团呈电负性，通过电荷间的相互作用，将带正电荷的纳米氧化锆均匀分散在改性氮化硅晶须的表面，改善了纳米氧化锆分散不均的问题，进一步提高了封装材料的折射率。
具体实施方式
以下通过具体较佳实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。
需要说明的是，无特殊说明外，本发明中涉及到的化学试剂均通过商业渠道购买。
本发明中所使用的氮化硅晶须购自清河县安迪金属材料有限公司，晶型为α-Si3N4；
聚乙烯亚胺购自湖北鑫宇宏生物医药技术有限公司，分子量为10000；
纳米氧化锆的粒径为20-40nm；
环氧树脂的型号为E44，购自万青化学科技有限公司，透光率为80.16％，折射率为1.538。
实施例1
一种高折射率LED封装材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将10g氮化硅晶须分散在200mL，40wt％的硝酸溶液中，在80℃下加热搅拌反应5h，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，得到羟基化氮化硅晶须；
(2)将8g羟基化氮化硅晶须分散在150mL去离子水中，调节溶液的pH为3，然后向其中加入4g聚乙烯亚胺和3g环氧氯丙烷，在50℃下加热搅拌反应4h，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，得到氨基改性氮化硅晶须；
(3)将6g氨基改性氮化硅晶须分散在100mL去离子水中，调节溶液的pH为9，然后向其中加入2g二硫化碳，在室温下密封搅拌反应2h，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，得到二硫代氨基改性氮化硅晶须；
(4)将4g二硫代氨基改性氮化硅晶须加入到100g，1wt％的纳米氧化锆分散液中，在室温下搅拌4h，然后进行过滤、洗涤、干燥，得到负载氧化锆的改性氮化硅晶须；
(5)将5g负载氧化锆的改性氮化硅晶须分散在250mL有机溶剂二甲苯中，然后加入100g环氧树脂、20g 4-甲基六氢苯酐和1g四丁基溴化铵，混合均匀后减压蒸馏除去有机溶剂，先在60℃下固化2h，然后在100℃下固化3h，待反应完成后，即得到高折射率LED封装材料。
实施例2
一种高折射率LED封装材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将10g氮化硅晶须分散在200mL，60wt％的硝酸溶液中，在90℃下加热搅拌反应3h，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，得到羟基化氮化硅晶须；
(2)将12g羟基化氮化硅晶须分散在150mL去离子水中，调节溶液的pH为4，然后向其中加入6g聚乙烯亚胺和4g环氧氯丙烷，在80℃下加热搅拌反应3h，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，得到氨基改性氮化硅晶须；
(3)将10g氨基改性氮化硅晶须分散在100mL去离子水中，调节溶液的pH为9，然后向其中加入4g二硫化碳，在室温下密封搅拌反应4h，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，得到二硫代氨基改性氮化硅晶须；
(4)将6g二硫代氨基改性氮化硅晶须加入到100g，3wt％的纳米氧化锆分散液中，在室温下搅拌4h，然后进行过滤、洗涤、干燥，得到负载氧化锆的改性氮化硅晶须；
(5)将10g负载氧化锆的改性氮化硅晶须分散在250mL有机溶剂二甲苯中，然后加入100g环氧树脂、30g 4-甲基六氢苯酐和3g四丁基溴化铵，混合均匀后减压蒸馏除去有机溶剂，先在80℃下固化1h，然后在120℃下固化4h，待反应完成后，即得到高折射率LED封装材料。
实施例3
一种高折射率LED封装材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将10g氮化硅晶须分散在200mL，50wt％的硝酸溶液中，在80℃下加热搅拌反应4h，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，得到羟基化氮化硅晶须；
(2)将10g羟基化氮化硅晶须分散在150mL去离子水中，调节溶液的pH为4，然后向其中加入5g聚乙烯亚胺和4g环氧氯丙烷，在60℃下加热搅拌反应4h，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，得到氨基改性氮化硅晶须；
(3)将8g氨基改性氮化硅晶须分散在100mL去离子水中，调节溶液的pH为10，然后向其中加入3g二硫化碳，在室温下密封搅拌反应4h，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，得到二硫代氨基改性氮化硅晶须；
(4)将5g二硫代氨基改性氮化硅晶须加入到100g，2wt％的纳米氧化锆分散液中，在室温下搅拌4h，然后进行过滤、洗涤、干燥，得到负载氧化锆的改性氮化硅晶须；
(5)将8g负载氧化锆的改性氮化硅晶须分散在250mL有机溶剂二甲苯中，然后加入100g环氧树脂、25g 4-甲基六氢苯酐和2g四丁基溴化铵，混合均匀后减压蒸馏除去有机溶剂，先在70℃下固化1h，然后在100℃下固化4h，待反应完成后，即得到高折射率LED封装材料。
对比例1
一种LED封装材料的制备方法，包括如下步骤：
将6g氮化硅晶须和2g纳米氧化锆分散在250mL有机溶剂二甲苯中，然后加入100g环氧树脂、25g 4-甲基六氢苯酐和2g四丁基溴化铵，混合均匀后减压蒸馏除去有机溶剂，先在70℃下固化1h，然后在100℃下固化4h，待反应完成后，即得到LED封装材料。
对比例2
一种LED封装材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将10g氮化硅晶须分散在200mL，50wt％的硝酸溶液中，在80℃下加热搅拌反应4h，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，得到羟基化氮化硅晶须；
(2)将10g羟基化氮化硅晶须分散在150mL去离子水中，调节溶液的pH为4，然后向其中加入5g聚乙烯亚胺和4g环氧氯丙烷，在60℃下加热搅拌反应4h，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，得到氨基改性氮化硅晶须；
(3)将6g氨基改性氮化硅晶须和2g纳米氧化锆分散在250mL有机溶剂二甲苯中，然后加入100g环氧树脂、25g 4-甲基六氢苯酐和2g四丁基溴化铵，混合均匀后减压蒸馏除去有机溶剂，先在70℃下固化1h，然后在100℃下固化4h，待反应完成后，即得到LED封装材料。
将实施例1-3和对比例1-2所制备的LED封装材料进行性能测试，具体步骤如下：
折光指数测试：按照WYW-2型阿贝折光仪在室温下测试试样在波长为589nm下的折光指数，取三个不同位置进行测试取平均值；
拉伸强度测试：参照标准为ASTM D638-08，采用深圳市瑞格尔仪器有限公司RGM-3030型电子万能试验机进行测试，拉伸速率为10mm/min，测试3次取平均值；试验结果如下表所示：
| 折光指数 | 拉伸强度(MPa) | |
| 实施例1 | 1.934 | 4.8 |
| 实施例2 | 1.941 | 4.9 |
| 实施例3 | 1.936 | 4.8 |
| 对比例1 | 1.709 | 3.5 |
| 对比例2 | 1.852 | 4.4 |
最后需要说明的是：以上实施例不以任何形式限制本发明。对本领域技术人员来说，在本发明基础上，可以对其作一些修改和改进。因此，凡在不偏离本发明精神的基础上所做的任何修改或改进，均属于本发明要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种高折射率LED封装材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将氮化硅晶须分散在硝酸溶液中，加热搅拌反应，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，得到羟基化氮化硅晶须；
(2)将羟基化氮化硅晶须分散在去离子水中，调节溶液的pH为3-5，然后向其中加入聚乙烯亚胺和环氧氯丙烷，加热搅拌反应，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，得到氨基改性氮化硅晶须；
(3)将氨基改性氮化硅晶须分散在去离子水中，调节溶液的pH为9-10，然后向其中加入二硫化碳，在室温下密封搅拌反应2-4h，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，得到二硫代氨基改性氮化硅晶须；
(4)将二硫代氨基改性氮化硅晶须加入到纳米氧化锆分散液中，在室温下搅拌4-6h，然后进行过滤、洗涤、干燥，得到负载氧化锆的改性氮化硅晶须；
(5)将负载氧化锆的改性氮化硅晶须分散在有机溶剂中，然后加入环氧树脂、4-甲基六氢苯酐和四丁基溴化铵，混合均匀后减压蒸馏除去有机溶剂，进行固化反应，待反应完成后，即得到高折射率LED封装材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，硝酸溶液的质量分数为40-60％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，加热搅拌反应温度为80-90℃，加热搅拌反应时间为3-5h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，羟基化氮化硅晶须、聚乙烯亚胺和环氧氯丙烷的质量比为8-12:4-6:3-4。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，加热搅拌温度为50-80℃，加热搅拌时间为3-4h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，氨基改性氮化硅晶须和二硫化碳的质量比为6-10:2-4。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，二硫代氨基改性氮化硅晶须与纳米氧化锆分散液的质量比为4-6:100，纳米氧化锆分散液的质量分数为1-3％。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，负载氧化锆的改性氮化硅晶须、环氧树脂、4-甲基六氢苯酐和四丁基溴化铵的质量比为5-10:100:20-30:1-3。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，固化条件为：先在60-80℃下固化1-2h，然后在100-120℃下固化3-4h。
10.如权利要求1-9任一项所述制备方法所制备得到的高折射率LED封装材料。
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|---|---|---|---|---|
| CN117384461A (zh) * | 2023-12-13 | 2024-01-12 | 南方珠江科技有限公司 | 一种新能源汽车充电线料及其制备工艺 |
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| CN117384461B (zh) * | 2023-12-13 | 2024-03-12 | 南方珠江科技有限公司 | 一种新能源汽车充电线料及其制备工艺 |
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