含氢苯基硅树脂的合成及其在LED封装材料中的应用

摘要

LED灯具有寿命长、节能、环保等优点，所以它正逐渐替代传统照明灯源走进千家万户，而封装材料是LED灯的必要组件之一，它对LED灯的正常、持久工作起着至关重要的作用。LED有机硅封装材料一般是在络合铂催化剂的作用下，通过加成反应高温固化成型而制备的。因此本文先合成了交联剂含氢苯基硅树脂(HPSR)和基础胶乙烯基硅油(VPS)，并分别对其进行结构表征与性能测试，优化了其合成工艺。最后将所制的HPSR和VPS按一定比例混合，在络合铂催化作用下高温固化制得透明的LED封装材料，并对其原料进行筛选，对其性能和外貌进行研究，具体研究工作如下:
　　(1)通过水解缩聚法，以苯基三乙氧基硅烷(PTES)、二甲基二乙氧基硅烷(DMES)、四甲基环四硅氧烷(D4H)和八甲基环四硅氧烷(D4)为主要原料，六甲基二硅氧烷(MM)和四甲基二硅氧烷(D2H)为封头剂，甲苯和乙醇为溶剂，固体酸为催化剂，在68～72℃温度下进行水解缩聚反应，最后过滤、静置。将溶剂层在130～150℃下减压蒸馏即得含氢苯基硅树脂(HPSR)。用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(1H-NMR)对其进行结构表征，用热重分析仪(TGA)对其耐热性进行测试，同时采用旋转黏度仪、阿贝折光仪和紫外-可见分光光谱仪分别对其黏度、折射率和透光率进行测定，并考察了催化剂的种类和用量、乙醇用量、聚合反应时间和苯基含量（苯基与硅原子上所有甲基、苯基侧基之比）对HPSR性能的影响。结果表明:所制HPSR具有理想的分子结构和耐热性，在170℃下失重率仅为1.67％，且在反应过程中，当催化剂为占总单体(PTES+DMES+D4H+D4+MM+D2H)质量1.5～2％的固体酸，反应单体与无水乙醇质量比MR∶ME=3，聚合反应时间为4h，苯基含量为40％时，HPSR为无色透明液体，其产率为91％，黏度为27mPa·s，折射率为1.4854，透光率为98％。
　　(2)以八甲基环四硅氧烷(D4)、四乙烯基环四硅氧烷(D4Vi)和四甲基二乙烯基二硅氧烷(D2Vi)为原料，占单体质量0.08％的四甲基氢氧化铵(THMA)为催化剂，在一定温度下进行本体聚合反应规定时间，然后升温至130～150℃将催化剂分解除去，并减压脱低沸，即得无色透明黏稠液体乙烯基硅油(VPS)，用FT-IR和1H-NMR对其进行了结构表征，同时采用凝胶渗透色谱仪(GPC)、旋转黏度仪和阿贝折光仪分别对其实际平均相对分子质量、黏度和折射率进行了测定，考察了反应温度、反应时间、平均相对分子质量和分子结构对VPS性能的影响。结果表明:所得产物VPS具有理想的分子结构，且合成VPS的最佳反应条件是反应温度为110℃，反应时间为5h，选用侧基和端基都含有乙烯基活性基团的VPS更为适合。
　　(3)以所制的HPSR为交联剂，VPS为基础胶，白炭黑和钛白粉为填料，剂量的络合铂和乙炔基环己醇分别为催化剂和铂抑制剂，在160℃的温度下持续反应10～15min，即得透明的LED封装材料。采用TGA和紫外-可见分光光谱仪分别对封装材料的耐热稳定性能和透光率进行了测定，通过研究HPSR中Si-H键的含量和D链节的含量，以及VPS中Si-Vi的含量和VPS的黏度对LED封装材料性能和外观的影响，对原料HPSR和VPS进行了筛选，并且对LED封装材料合成过程中HPSR与VPS的比例（nSi-H∶nSi-Vi），以及催化剂的用量进行了优化，最后用场发射扫描电镜(FESEM)和静态接触角(CA)分别对LED封装材料的微观外貌和抗水性进行研究。结果表明:所制最终产物LED封装材料具有优异的耐热稳定性能，当波长大于800nm时其透光率大于90％，选用Si-H键含量为5mmol/g、MD∶ MR比值（即D4与反应单体的质量比）为10％的HPSR，Si-Vi键的含量为0.4843mmol/g、黏度为8900mPa·s的VPS，nSi-H∶nSi-Vi为1.2～1.3，络合铂催化剂的用量为15ppm时，LED封装材料的外观状态为无色透明的均匀胶条，拉伸强度为3.17MPa，断裂伸长率为367％，邵氏A硬度为44。

目录

摘要

符号说明

1 文献综述

1．1 引言

1．2 有机硅树脂

1．2．1 有机硅树脂结构与性能的关系

1．2．2 有机硅树脂的分类

1．2．3 有机硅树脂的合成

1．2．4 有机硅树脂的应用

1．3 LED封装材料的种类

1．3．1 环氧树脂封装材料

1．3．2 有机硅改性环氧树脂封装材料

1．3．3 有机硅封装材料

1．4 LED封装用液体硅橡胶组分

1．4．1 基础聚合物

1．4．2 交联剂

1．4．3 催化剂

1．4．4 补强填料

1．5 LED封装材料的研究进展

1．5．1 国外LED封装材料的研究进展

1．5．2 国内LED封装材料的研究进展

1．6 课题的提出背景及主要研究内容

2 含氢苯基硅树脂的合成、表征与性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料与实验仪器

2．2．2 HPSR的合成

2．2．3 HPSR的结构表征与物化性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 HPSR的物化常数

2．3．2 HPSR的红外表征

2．3．3 HPSR的核磁表征

2．3．4 HPSR的热失重分析

2．3．5 HPSR合成中催化剂对反应的影响

2．3．6 乙醇用量对HPSR的影响

2．3．7 聚合反应时间的优化

2．3．8 苯基含量对HPSR折射率和透光率的影响

2．4 小结

3 乙烯基硅油的合成、表征与性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料与实验仪器

3．2．2 VPS的制备

3．2．3 VPS的结构表征与物化性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 VPS的物化性能

3．3．2 VPS的红外表征

3．3．3 VPS的核磁表征

3．3．4 平均相对分子质量对VPS折射率的影响

3．3．5 反应温度对VPS的影响

3．3．6 反应时间对VPS的影响

3．3．7 乙烯基含量对VPS的影响

3．4 小结

4 加成型液体硅橡胶的制备及其性能测试

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料与实验仪器

4．2．2 加成型液体硅橡胶的制备

4．2．3 加成型液体硅橡胶的性能测定

4．3 结果与讨论

4．3．1 封装材料的耐热稳定性研究

4．3．2 封装材料透光率的表征

4．3．3 HPSR中Si-H键含量对封装材料的影响

4．3．4 HPSR中D链节含量对封装材料的影响

4．3．5 VPS中乙烯基含量对封装材料的影响

4．3．6 VPS的黏度对封装材料的影响

4．3．7 nSi-H：nSi-Vi比值对封装材料性能的影响

4．3．8 催化剂用量的优化

4．3．9 LED封装材料的外貌

4．3．10 LED封装材料的的微观形貌研究

4．3．11 LED封装材料的抗水性研究

4．4 小结

5 结论与创新点

5．1 结论

5．1．1 含氢苯基硅树脂的合成、表征与性能研究

5．1．2 乙烯基硅油的合成、表征与性能研究

5．1．3 加成型液体硅橡胶的制备及其性能测试

5．2 创新点

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

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