一种LED粘接用含磷硅烷共聚物及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种LED粘接用含磷硅烷共聚物的制备方法，其包括以下步骤：将一种或两种以上的烷氧基硅烷、含磷硅烷、溶剂和负载型催化剂依次加入反应瓶中，室温持续搅拌均匀得到硅烷反应液；将超纯水加入另一份溶剂中，混合均匀得到混合液，将所述混合液在45

【技术实现步骤摘要】
一种LED粘接用含磷硅烷共聚物及其制备方法


[0001]本专利技术涉及硅烷增粘剂领域，尤其涉及一种LED粘接用含磷硅烷共聚物及其制备方法。

技术介绍

[0002]LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能环保、高光效能、微型可靠和寿命长等特点，被广泛应用于航空航天、电子电气、仪器仪表、交通信号和特种照明领域。为了提高电子元器件和集成电路的稳定性和可靠性，经常需要对电子组装部件进行灌封处理，使其能适应潮湿、盐雾、灰尘、振动、冲击和高低温等恶劣环境。
[0003]工业化的LED封装材料主要是环氧树脂和有机硅材料，环氧树脂的耐黄变、耐老化和耐高温等性能虽不能完全满足应用需求，但其价格便宜、粘接性能优异，仍有一定的应用价值。而LED封装用有机硅材料常采用双组分加成型硅橡胶，它是通过乙烯基封端的硅油以及含氢硅油在铂催化剂的作用下硅氢加成来实现硫化成型，其具有优异的耐高低温、耐水、绝缘、抗硫化、耐辐射、抗紫外光、收缩率小等特性，对LED有显著的保护效果，能有效延长LED使用寿命。虽然加成型硅橡胶由于自身结构特点，具有较高的氧指数，燃烧时无滴落、热释放速率和火焰传播速率较低。但未经阻燃改性的加成型液体硅橡胶仍存在可燃的缺点，尤其容易阴燃，具有较大的安全隐患。并且由于加成型硅橡胶硫化后表面绝大部分为非极性的有机基团，表现出低的内聚能，且缺乏具有反应活性的基团，导致对其他基材的粘接性差，这使得其应用范围受到极大的限制。因此，发展阻燃性能好、高相容性、反应性的环保型LED用加成型有机硅灌封胶是很有必要的。
[0004]国内外科研工作者对如何提高加成型液体硅橡胶与基材的粘接性进行了一些研究。目前，主要有三种方法：一是对被粘基材表面进行处理；二是通过加入粘接促进剂来提高加成型液体硅橡胶的粘接性；三是通过改变聚有机硅氧烷分子结构使加成型液体硅橡胶获得粘接性。
[0005]美国专利US 3298824使用含烷氧基和酰氧基的硅烷对基材进行底涂处理，它可以在表面长期储存仍有效，且适用于多种基材。此方法虽然可以提高加成型液体硅橡胶和基材的粘接性能，但该方法工艺繁琐，会增加生产周期和生产成本，降低生产效率，而且常用到易挥发的有机溶剂，会损害人体健康，污染环境。
[0006]通过改变聚有机硅氧烷分子结构使加成型液体硅橡胶获得粘接性，该方法需要对聚有机硅氧烷分子结构进行设计，还需要进行聚有机硅氧烷改性反应，实际生产过程中工艺复杂对技术要求高，且成本较大，工业化应用前景受限。
[0007]添加增粘剂的操作方法简便易行，可根据基材的表面性质和固化条件选择合适的粘接促进剂来改善加成型硅橡胶的粘接性能，实现本体增粘。但大多数粘接促进剂的制备方法较难控制，也存在催化剂易中毒、增粘效果不明显等问题，还会对灌封胶的力学性能、固化性能产生不利影响。因此研制新型高效增粘剂是非常有必要的。
[0008]而提高有机硅灌封胶阻燃性能的方法主要是添加阻燃剂。无卤阻燃剂主要有氢氧
化铝、氢氧化镁、聚磷酸铵、硼酸锌等，这类阻燃剂具有无卤、低烟、低毒、价格便宜等优点，但由于阻燃剂和硅橡胶基体的相容性较差，常常需要对阻燃剂进行表面改性，以提高有机硅灌封胶的阻燃性能和力学性能。但同时也会增加成本、以及增大对材料物理机械性能的损害。
[0009]专利名称为《一种含磷硅烷封端聚醚及其制备方法》，专利号为CN110078909A的专利技术专利，其描述了一种具有优良阻燃性能的反应型阻燃剂。它是以三羟甲基氧化磷为起始剂，引发环氧丙烷、环氧乙烷开环聚合，之后将末端羟基羧基化后与环氧基硅氧烷开环反应得到的含磷硅烷封端聚醚。磷元素的引入可大大改善阻燃剂与基体的相容性，减少阻燃剂的用量，同时提供优异的阻燃性能。该专利通过端羧基含磷聚醚和缩水甘油醚烷氧基硅烷合成得到一种含磷聚醚，既可作为反应型阻燃助剂添加至硅烷密封胶配方中，也可作为硅烷改性聚醚基体树脂来使用。但其生产工艺复杂，无法有效控制开环结构会导致产品重复性差。且通过该专利方法，只能得到一种含磷聚醚，难以与多种基体都实现较好的粘合效果。同时，制备的含磷聚醚结构中水解基团相对占比少，当分子量过大时由于空间位阻的关系会导致水解困难，无法提供有效的反应性。
[0010]因此，寻找一种制备通用、稳定、简单、环保，同时可提供优异粘接性能和阻燃性能的含磷硅烷共聚物的方法刻不容缓。

技术实现思路

[0011]为了克服现有技术不足，本专利技术的目的是提供一种相容性好、阻燃性高、粘接性好的LED粘接用含磷硅烷共聚物及其制备方法。
[0012]本专利技术提供一种LED粘接用含磷硅烷共聚物，其结构式如式I所示：
[0013][0014]上式中，Q为甲氧基或乙氧基；M为碳链数为C1～C4的烷氧基团；R3、R5、R7、R9分别代表甲基或碳链数为C1～C4的烷氧基团；R1代表含磷有机基团；R2、R4、R6、R8分别代表乙烯基、烯丙基、环氧丙氧基烷基、甲基丙烯酰氧烷基、丙烯酰氧丙基、巯丙基、碳链数为C1～C8的烷基、碳链数为C1～C4的烷氧基团中的一种；a为1或2；b、c、d、e为0～8的正整数。
[0015]本专利技术将LED粘接用含磷硅烷共聚物采用上述的分子结构，解决了传统LED粘接促进剂结构缺陷的技术难点，其核心优点在于：其一，在有机硅聚合物中引入磷元素，赋予其优异的热稳定性、阻燃性和抗静电性；其二，硅烷共聚物相较于硅烷单体来说，相同单位体积中的有机基团更多，且作用时产生的水解醇更少，对环境更为友好；其三，分子结构中构建了足够多的活性反应基团，能与硅橡胶和基材产生强的相互作用，并且可根据基材的表面性质和固化条件选择合适的作用基团来改善加成型硅橡胶的粘接性能，如巯基基团会与金属产生螯合作用，增加对金属基材的粘接性；乙烯基和烯丙基由于结构相似性会对聚丙烯等基材的粘接性能较好；环氧基、甲基丙烯酰氧烷基和丙烯酰氧丙基由于反应性会对不饱和聚酯等基材的粘接性能较好等。
[0016]进一步，所述R1代表含磷有机基团结构式如式II
‑
IV所示：
[0017][0018]本专利技术的含磷硅烷共聚物通过引入含磷基团，实现硅磷协同作用有效提高加成型硅橡胶的热稳定性和阻燃性能，并且改善阻燃剂与基体的相容性。
[0019]进一步，所述式I中，a、b、c、d、e的值满足：6≤a+b+c+d+e≤22可满足所述含磷硅烷共聚物与基体树脂的相容性和合适的交联度，，b+c+d+e≥5a即反应过程中控制含磷硅烷含量，若反应过程若含磷硅烷含量过多，会使聚合反应困难，且会影响粘接性。
[0020]本专利技术还公开了一种LED粘接用含磷硅烷共聚物的制备方法，其包括以下步骤：
[0021]1)将一种或两种以上的烷氧基硅烷、含磷硅烷、溶剂和负载型催化剂依次加入带有回流冷凝器的三口烧瓶中，室温持续搅拌均匀得到硅烷反应液；所述加入的所有烷氧基硅烷和含磷硅烷的摩尔比为5～10∶1；
[0022]2)将超纯水加入另一份溶剂中，混合均匀得到混合液，将所述混合液在45
‑
55℃下缓慢滴加到步骤1)得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LED粘接用含磷硅烷共聚物，其特征在于：其结构式如式I所示：上式中，Q为甲氧基或乙氧基；M为碳链数为C1～C4的烷氧基团；R3、R5、R7、R9分别代表甲基或碳链数为C1～C4的烷氧基团；R1代表含磷有机基团；R2、R4、R6、R8分别代表乙烯基、烯丙基、环氧丙氧基烷基、甲基丙烯酰氧烷基、丙烯酰氧丙基、巯丙基、碳链数为C1～C8的烷基、碳链数为C1～C4的烷氧基团中的一种；a为1或2；b、c、d、e为0～8的正整数。2.根据权利要求1所述LED粘接用含磷硅烷共聚物，其特征在于：所述R1代表含磷有机基团结构式如式II
‑
式IV所示：3.根据权利要求1所述LED粘接用含磷硅烷共聚物，其特征在于：所述式I中，a、b、c、d、e的值满足：6≤a+b+c+d+e≤22，b+c+d+e≥5a。4.根据权利要求1或2所述LED粘接用含磷硅烷共聚物的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：1)将一种或两种以上的烷氧基硅烷、含磷硅烷、溶剂和负载型催化剂依次加入带有回流冷凝器的三口烧瓶中，室温持续搅拌均匀得到硅烷反应液；所述加入的所有烷氧基硅烷和含磷硅烷的摩尔比为5～10∶1；2)将超纯水加入另一份溶剂中，混合均匀得到混合液，将所述混合液在45
‑
55℃下缓慢滴加到步骤1)得到的硅烷反应液中；滴加完毕后继续保温反应2
‑
4h，当检测体系中水分含量小于2000ppm时反应完全；3)蒸馏除去步骤2)得到的反应液中的溶剂，并滤除固体催化剂，得到所述的LED粘接用含磷硅烷共聚物。5.根据权利要求4所述LED粘接用含磷硅烷共聚物的制备方法，其特征在于：所述烷氧基硅烷的分子式如式V所示：Y
‑
Si(R
10
)
n
(OR
11
)
(3
‑
n)
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式V；
当式V的分子式表示乙烯基硅烷时，Y为乙烯基；R
10
为甲基，R
11
为C1～C4的烷基，n为0或1的整数；当式V的分子式表示烯丙基硅烷时，Y为烯丙基；R
10
为甲基，R
11
为C1～C4的烷基，n为0或1的整数；当式V的分子式表示环氧丙氧基烷基硅烷时，Y为环氧丙氧基丙基；R
10
为甲基；R
11
为C1～C4的烷基，n为0或1的整数；当式V的分子式表示甲基丙烯酰氧烷基硅烷时，Y为甲基丙烯酰氧丙基；R
10
为甲基，R
11
为C1～C4的烷基，n为0或1的整数；当式V的分子式表示丙烯酰氧烷基硅烷时，Y为丙烯酰氧丙基；R
10
为甲基，R
11
为C1～C4的烷基，n为0或1的整数；当式V的分子式表示巯丙基硅烷时，Y为巯丙基；R
10
为甲基，R
11
为C1～C4的烷基，n为0或1的整数；当式V的分子式表示烷基烷氧基硅烷时，Y为下列中的一种：甲基、乙基、丙基、正辛基、环己基、异丁基；R
10
为甲基，R
11
为C1～C4的烷基，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄天次，王成，何苗，冯琼华，肖俊平，
申请(专利权)人：湖北新蓝天新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：