[发明专利]一种低油离度的导热硅脂组合物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低油离度导热硅脂组合物及其制备方法，所述导热硅脂组合物包括聚有机硅氧烷、导热填料和超分散表面改性剂，利用超分散表面改性剂并在水力空化条件下对导热填料进行分散改性，将空化技术和超分散剂的应用结合起来，采用合适的空化工艺条件和超分散剂类别，可进一步降低硅脂的油离度和粘度，提高其稳定性，并获得高热导率。

技术领域

本发明属于热界面材料领域，涉及一种导热硅脂组合物，具体涉及一种具有低油离度的导热硅脂组合物及其制备方法。

背景技术

随着电子技术的迅速发展，电子元器件的集成程度和组装密度不断提高，其在提供了强大的使用功能的同时，也导致了工作功耗和发热量的急剧增加。在电子元器件表面和散热器之间存在极细微的凹凸不平的空隙，如果将他们直接安装在一起，实际接触面积只有散热器底座面积的10％，其余均为空气间隙。因为空气是热的不良导体，将导致电子元器件与散热器间的接触热阻非常大，严重阻碍了热量的传导，最终造成散热器的效能低下，轻则降低元器件运行稳定性和使用寿命，重则造成电路损坏和系统崩溃。使用具有高导热性的热界面材料填充满这些间隙，排除其中的空气，在电子元器件和散热器间建立有效的热传导通道，可以大幅度低接触热阻，使散热器的作用得到充分地发挥。导热硅脂是一种高导热绝缘有机硅材料，几乎永远不固化，可在-50℃～+230℃的温度下长期保持使用时的脂膏状态。具有优异的电绝缘性和导热性，可广泛涂覆于各种电子产品和电器设备中。

通过发明人广泛调研和深入研究发现，常用的导热硅脂产品是将球形或不规则形状导热粉体填料采用传统偶联剂进行干法或湿法改性，加入聚有机硅氧烷及其他助剂后制得。然而，传统偶联剂和聚有机硅氧烷相容性差，且其亲油链段较短，与聚有机硅氧烷分子链的缠绕强度和柔性有限，因此无法有效提高无机填料的分散稳定性，填料容易产生二次团聚和沉淀。

空化是一种新型强化技术，是由于液体中的局部低压(低于相应温度下的饱和蒸气压)使液体汽化而形成的微气泡(也称气核)爆发性生长而后又急速溃灭的现象。空化发生时伴随空化泡溃灭瞬间产生巨大的能量释放，研究表明，泡核内局部温度高达5000K，压力高达5.05×10⁷Pa，并伴随有强烈的冲击波和速度高达300～400m/s的微射流，从而引发各种空化效应并营造了一种极端的物理化学环境，可有效打散粉体填料团聚体，并对表面化学改性反应过程起到强化作用。根据空化产生的方法，主要有超声空化和水力空化。超声空化因其能耗高，处理量小等原因，目前尚无法应用于工业生产领域，因此本发明中空化技术如无特殊说明，均特指水力空化。将空化技术用于粉体填料颗粒的分散和改性早有研究，但却罕见空化技术在导热硅脂制备中的应用报道。发明人通过研究发现，采用空化技术对导热硅脂填料粉体进行分散处理的过程中，会造成硅烷偶联剂等表面改性剂发生降解，导致改性后粉体的稳定性差。

超分散表面改性剂是一类类新型高效的聚合物型分散助剂，分子量约为几万～数十万，其有机化化链较长，在分散介质中采取比较伸展的构象，在固体颗粒表面形成足够厚度的空间位阻可避免填料粒子的聚集和团聚。超分散剂的分子结构分为两部分：其中一部分为锚固基团，常见的有-NR₂、-NR₃、-OH、-COOH、-COO^-、-SO₃H、多元胺、多元醇及聚醚等，这些基团通过氢键、离子键和范德华力等吸附在导热粉体填料表面；另一部分为有机化链，其决定与有机介质的相容性，常见的有烷烃链、聚酯链、聚醚链、聚烯烃链及聚丙烯酸酯链等。现有研究提出采用超分散剂对导热填料进行改性取得了一定效果，例如专利CN201410304884和CN200680028687，但是现有技术中，由于超分散剂链段属于有机物，热导率较低(约为0.2W/m·K),其链段长度在增加空间位阻的同时也引入了更多的界面热阻，导致硅脂的热导率下降，因此超分散剂在导热硅脂的实际应用中受到一定限制，特别是当超分散剂链段长度n超过20时，所制得的导热硅脂比使用常规偶联剂制备的导热硅脂性能更差。

发明内容