一种活性硅油及其低污染导热硅脂组合物制造技术

本发明专利技术公开了一种活性硅油，可控制挥发性低分子有机硅环体含油率∑D3～D10

An Active Silicone Oil and Its Low Pollution Thermal Conductive Silicone Lipid Composition

The invention discloses an active silicone oil, which can control the oil content of volatile low molecular weight organosilicon rings_D3~D10.

【技术实现步骤摘要】
一种活性硅油及其低污染导热硅脂组合物
本专利技术涉及有机硅材料
，特别涉及一种活性硅油及其低污染导热硅脂组合物。
技术介绍
手机、电脑、通讯、互联网、物联网、自动驾驶、智能装备、5G等行业使用的的集成电路的尺寸越来越小，运算速度成倍增加，芯片的功率越来越大。然而，热量的管理已经成为阻碍芯片发展和设计的瓶颈，摩尔定律似乎遇到前所未有的挑战。在新型的智能手机、笔记本电脑、平板电脑等，追求高功能、小型、轻量、平面化，用户体验也成为设计人员特别考虑的要素。今后的5G通讯中芯片高度集成，体积减小，功率增大也对设计带来严峻的挑战，使用寿命、可靠性存在不确定性。芯片的使用寿命、稳定性和工作的温度符合阿伦尼乌斯定律，基本上认为工作温度每升高10℃，工作寿命将缩短一倍，可见控制芯片的工作温度是设计和使用寿命的关键，如何解决小型化、轻量化、高功率和散热的矛盾，在很长一段时间都是艰巨难题。导热材料是将集成电路芯片的热量有效传导散热器的关键材料，导热系数越高，越有利于降低芯片的工作温度，有机硅导热材料根据应用的环境、工作状态要求，通常固定位置的产品，使用导热硅脂或导热垫片，而处于经常运动的器件，则使用导热凝胶或导热胶。其中，导热硅脂主要成分是特定结构的硅油和填料的组合物，硅油包括：甲基硅油、长链烷基硅油、苯基硅油、支链硅油等，填料包括各种粒径不同形态(无定型、类球形、球形)的氧化锌、氧化铝、氮化铝、铝粉、氮化硼、氧化镁等，最新发展还包括石墨烯、取向氮化硼、碳纳米管等。由于填料表面含有极性基团如羟基等和硅油没有亲和力，容易沉降、分离、结构化，导致导热硅脂在较高温度下工作一段时间后容易析油、开裂、粉化，散热失效，通常导热硅脂还需要添加一些表面处理剂，如十二烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸丙基三甲氧基硅烷等硅烷偶联剂，在和填料表面羟基或极性基团结合后，改变了填料表面性质，一定程度上提高了填料在硅油中的分散性和兼容性，提高了添加量和导热系数。但是，通常硅油未有效的结合在填料表面，工作过程中处于自由运动状态硅油会迁移，如甲基硅油、苯基硅油、长链烷基硅油不含活性基团，长时间使用，受冷热冲击以及表面张力的影响，会迁移产生析油，导热硅脂会出现开裂、粉化等现象，硅油会受表面张力的影响可能迁移到电子器件表面，造成污染。同时，目前市售普通硅油在合成过程中，采用平衡聚合并在180℃高温脱除低分子而得的产品，含有1％左右的∑D3～D10挥发性有机硅低分子环体，而这部分环体没有活性基团，在使用时，受器件表面温度的影响，在高温时会挥发扩散到部分敏感器件表面如继电器、液晶显示屏、LED屏、光学传感器等，特别是在封闭器件中，会污染需要电接触的位置，导致触点导电失效，或者高温会硬化，导致难以拆卸维修。有鉴于此，确有必要开发出一种低污染的导热硅脂，以解决现有导热硅脂容易析油迁移以及有机硅低分子环体扩散等造成污染等问题，开发制备低污染的导热硅脂在高端电子、微电子、信息电子等产品方面具有非常重大的意义，成为开发热点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有技术的上述不足，提供一种低污染的导热硅脂，采用特定的烷氧基结构的硅油，极大地降低了D3-D10有机硅环体含量，提高了硅油和填料的有效结合力，避免了硅油迁移和环体扩散，所制备得到的导热硅脂具有低污染、良好耐热性等优点。本专利技术为达到上述目的所采用的技术方案是：一种活性硅油，该活性硅油可控制挥发性低分子有机硅环体含油率∑D3～D10<200ppm，该活性硅油含有以下结构特征：含有一端是可水解的三甲氧基硅烷或三乙氧基硅烷结构，另一端是甲基或乙烯基或丁基甲基硅油或苯基硅油任一结构，或者全部的一端均为含有可水解的烷氧基硅烷结构，该活性硅油主链结构为耐高温的二甲基硅氧烷聚合物或甲基苯基硅氧烷液态聚合物。导热硅脂在常温或高温下，均保持脂状，在高温或长时间放置，硅油基本不析出，不迁移，导热硅脂的导热系数0.5～12W/(m.k)范围，导热硅脂在高温下挥发物极低，不会污染敏感器件表面，不影响点接触或者光学性能，在高温老化后保持硅脂状态，不开裂、不粉化、不硬化。优选地，该活性硅油的化学结构通式为如下结构通式之一：(a)化学结构通式Ⅰ：(b)化学结构通式Ⅱ：在(a)和(b)中，基团R1是甲基，基团R2是乙烯基，基团R3是丁基，基团R1的个数为1-3个，基团R2的个数为0-1个，基团R3的个数为0-1个，且基团R1、R2、R3的个数之和为3个；基团R4是苯基；基团R5是苯基或甲基；基团R6是甲基或乙基；m代表的聚合度范围在5～2000，n代表的聚合度范围在0～200。优选地，该活性硅油的化学结构为A结构：其中m＝5～2000；或者B结构：其中m＝5～2000；或者C结构：其中m＝5～2000。优选地，该活性硅油的化学结构为D结构：其中，m＝5～2000，n＝3～200；或者E结构：其中，m＝5～2000；或者F结构：其中，m＝5～2000。优选地，该活性硅油的化学结构为G结构：其中m＝5～1000，n＝3～200。一种含前述任一活性硅油的低污染导热硅脂组合物，其包括如下重量份数的组分：活性硅油10～100份、导热填料100～3000份和非活性硅油0～90份，活性硅油和非活性硅油二者的含量之和为100份。以上活性硅油结构在高温真空下，脱除挥发性有机硅低分子环体，控制∑D3-D10<200ppm，以上控制低分子环体的活性硅油，在导热硅脂中，通常用量在10～100份，进一步优选为30～100份。优选地，所述的非活性硅油为甲基硅油、苯基硅油、乙烯基硅油中的任意一种或多种，非活性硅油的粘度在50mPa.s～100000mPa.s。除了活性硅油之外的硅油，如甲基硅油，苯基硅油，乙烯基硅油等，不包括不能承受高温老化的长链烷基硅油等，该非活性硅油要求承受较高的老化温度，优选使用的硅油的粘度在50mPa.s～100000mPa.s，进一步优选使用粘度在100mPa.s～1000mPa.s范围。在-40℃环境以下的，优选使用苯基含量在5～12％的苯基硅油，优选苯基含量为7％，以获得极低的玻璃化转变温度的导热硅脂。非活性硅油添加的目的是调整流变性、玻璃化转变温度、耐热性、或实现某些功能性需求，为了控制油的挥发性，硅油需要在高温高真空下去除挥发性的有机硅环体，控制∑D3～D10<200ppm。优选地，所述的导热填料为氧化镁、氧化铝、氧化锌、氮化铝、氮化硅、氮化硼、氧化铍、石墨烯、碳纳米管、金刚石、铝、银、铜以及低熔点合金中的任意一种或多种，导热填料的粒径为0.1～200微米。不限定导热填料的性质和形态，进一步优选使用球形或者类球形的粉体，有利于提高填充分量，提高导热系数，对于定向需要高导热的导热材料，进一步优选使用碳纳米管、石墨烯等，对不考虑绝缘和电磁影响的需求，进一步优选使用金属导热填料；填料粒径考虑到外观、操作性等因素，进一步优选使用粒径在0.4～20微米范围内。导热填料也可以是一种或多种导热填料的混合搭配，或者不同粒径搭配以提高导热系数或者降低热阻，导热填料用量根据导热需求添加，添加量越高，导热系数越高，通常在100～3000份。针对导热0.6～2W/(m.k)左右的导热硅脂，优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种活性硅油，其特征在于，该活性硅油可控制挥发性低分子有机硅环体含油率∑D3～D10<200ppm，该活性硅油含有以下结构特征：含有一端是可水解的三甲氧基硅烷或三乙氧基硅烷结构，另一端是甲基或乙烯基或丁基甲基硅油或苯基硅油任一结构，或者全部的一端均为含有可水解的烷氧基硅烷结构，该活性硅油主链结构为耐高温的二甲基硅氧烷聚合物或甲基苯基硅氧烷液态聚合物。

【技术特征摘要】
1.一种活性硅油，其特征在于，该活性硅油可控制挥发性低分子有机硅环体含油率∑D3～D10<200ppm，该活性硅油含有以下结构特征：含有一端是可水解的三甲氧基硅烷或三乙氧基硅烷结构，另一端是甲基或乙烯基或丁基甲基硅油或苯基硅油任一结构，或者全部的一端均为含有可水解的烷氧基硅烷结构，该活性硅油主链结构为耐高温的二甲基硅氧烷聚合物或甲基苯基硅氧烷液态聚合物。2.如权利要求1所述的活性硅油，其特征在于，该活性硅油的化学结构通式为如下结构通式之一：(a)化学结构通式Ⅰ：(b)化学结构通式Ⅱ：在(a)和(b)中，基团R1是甲基，基团R2是乙烯基，基团R3是丁基，基团R1的个数为1-3个，基团R2的个数为0-1个，基团R3的个数为0-1个，且基团R1、R2、R3的个数之和为3个；基团R4是苯基；基团R5是苯基或甲基；基团R6是甲基或乙基；m代表的聚合度范围在5～2000，n代表的聚合度范围在0～200。3.如权利要求2所述的活性硅油，其特征在于，该活性硅油的化学结构为A结构：其中m＝5～2000；或者B结构：其中m＝5～2000；或者C结构：其中m＝5～2000。4.如权利要求2所述的活性硅油，其特征在于，该活性硅油的化学结构为D结构：其中，m＝5～2000，n＝3～200；或...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘良军，徐玉文，王文菲，
申请(专利权)人：东莞优邦材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44