自粘性高透明有机硅凝胶制备与性能

自粘性高透明有机硅凝胶制备与性能葛建芳,钟新萍,唐正华,崔少伟,向洪平仲恺农业工程学院化学化工学院,广东广州510225摘要采用,二羟基聚二甲基硅氧烷为基础胶,二丁基二乙酸锡D70及二月桂酸二丁基锡D80为催化剂,异氰酸酯类为交联剂,研究了室温硫化硅橡胶RTV制备自粘性高透明有机硅凝胶及其成膜性能,探讨了催化剂用量、交联剂、预加热时间、预加热温度对凝胶性能的影响,通过傅里叶变换红外光谱表征了产物结构。结果表明,制备PDMS凝胶最佳制备条件交联剂以PDMS基胶为基准用量为12,催化剂用量为048,预加热温度控制在60红外光谱分析表明催化剂促进交联剂和PDMS基胶的反应作用明显。关键词有机硅硅橡胶电子灌封SYNTHESISANDPROPERTIESOFASELFADHEREDANDHIGHTRANSPARENTSILICONEGELGEJIANFANG,ZHONGXINPING,TANGZHENGHUA,CUISHAOWEI,XIANGHONGPINGCOLLEGEOFCHEMICALANDCHEMICALENGINERING,ZHONGKAIUNIVERSITYOFAGRICULTUREANDENGINEERING,GUANGDONGGUANGZHOU510225,CHINAABSTRACTUSING,DIHYDROXYPOLYDIMETHYLSILOXANASBASICMATERIAL,DIBUTYLDIACETICTIND70ANDDILAURATEDIBUTYLTIND80ASCATALYST,ANDISOCYANICACIDASCROSSLINGKINGAGENT,ASELFADHEREDANDHIGHTRANSPARENTSILICONEGELUSINGRTVANDSTUDIEDTHEPERFORMANCESOFTHEFILMHADBEENMADE,ANDTHEEFFECTSOFTHEAMOUNTOFCATALYST,CROSSLINGKINGAGENT,PREHEATINGTIMEANDPREHEATINGTEMPERATUREONTHEPERFORMANCESOFGELWEREDISCUSSEDTHEPRODUCTSTRUCTUREWASCHARACTERIZEDBYFOURIERTRANSFORMINFRAREDSPECTROSCOPYFTIRTHERESULTSSHOWEDTHATTHEOPTIMUMCONDI2TIONSOFTHEFORMATIONOFMAKINGTHESELFADHEREDANDHIGHTRANSPARENTSILICONERUBBERSWERE12OFMASSFRACTIONOFCROSSLINGKINGAGENT,048OFCATALYSTANDPREHEATINGTEMPERATUREWAS60THECATALYSTWHICHCOULDSURELYACCELER2ATETHEREACTIONWASPROVEDBYIRSPECTRUMKEYWORDSORGANICSILICONSILICONERUBBERELECTRONICPOTTING随着信息时代的到来,20世纪90年代封装业进入一个“爆炸式”的发展时期13。现代科学技术的发展,对电子封装材料提出了更全面的要求使得以往的传统材料已不能满足更高的性能要求,研制开发新型的电子封装材料已成为各国竞相追求的目标。作为粘接剂、涂膜材料、密封材料使用时应满足下列要求耐热、绝缘应用工艺简单,使用方便单组分,不需进行再调配能室温固化绿色环保,在施工或使用过程中无毒、无有毒气体逸出贮存稳定性好,贮存期大于1年。硅橡胶可在452004长期使用,固化时不吸热、不放热,固化后不收缩,对材料黏接性好,并具有优良的电性能和化学稳定性能,能耐水、耐臭氧、耐气候,用其灌封电子产品后,可以起到防潮、防腐蚀、防震、防尘的作用,提高电子产品的使用性能,并稳定元件参数。我国电子电器用灌封材料这一领域使用的有机硅树脂品种多,潜力也大,所以具有很大的研究应用前景5。本文研究了室温硫化硅橡胶RTV固化体系及其成膜性能,探讨了催化剂、封端剂、预加热时间、预加热温度对凝胶性能的影响。1实验部分11实验原料与实验仪器1500CPS、20000CPS及50000CPS,二羟基聚二甲基硅氧烷,上海树脂厂异氰酸酯类交联剂,中国医药集团上海化学试剂公司D70二丁基二乙酸锡及D80二月桂酸二丁基锡,分析纯,中国医药集团上海化学试剂公司甲苯,分析纯,天津市百世化工有限公司无水乙醇,分析,纯天津市百世化工有限公司。粘度测试仪,上海六菱仪器厂邵氏硬度计LXA型,上海六菱仪器厂VERTEX70型傅里叶变换红外光谱仪,德国布鲁克光谱仪器公司。12试验方法121基胶的配置在室温下,将粘度为1500CPS的PDMS分别与20000CPS和50000CPS的两种PDMS配合,调配出粘度为3000CPSPDMS基胶。作者简介葛建芳,博士,仲恺农业工程学院教授。EMAILGE650704163COM广州化工2009年37卷第8期98122有机硅凝胶制备将100份的PDMS基胶与一定份数的交联剂和催化剂混合,搅拌均匀涂膜,测试表干时间,并在特定温度下固化,测试成膜硬度。123样品性能测试硬度测定方法取样品,试块厚度不小于6MM试块尺寸不小于12MM试块表面需平整,测其硬度。表干时间测试按GB/T53192测试标准进行表干时间测试。膜的硬度测试铅笔划痕法,是用铅笔划痕试验机进行测定。铅笔对膜而成45度倾斜,在2KG载荷下进行划痕。把膜上开始有伤痕时所用的铅笔硬度6B6H,作为被测膜的硬度。傅里叶红外光谱FTIR将样品均匀涂在KBR薄片上,用FTIR监测样品中异氰酸基OCN的反应程度。粘度的变化才比较有规律。22交联剂用量的选取取PDMS基胶100份,测得交联剂和凝胶硬度的关系,见图3。图3交联剂用量与凝胶硬度的关系2结果与讨论21PDMS基胶的配制按不同比例将一定质量的1500CPSPDMS与20000CPSPDMS进行调配,所得比值1500CPSPDMS/20000CPSPDMS与基胶粘度的关系。结果如图1。交联剂用量与表干时间关系见图4。图4交联剂用量与表干时间的关系从图3和图4中可以知道,随着封端剂用量的变化,凝胶的硬度越来越大,表干时间越来越短,当封端剂用量在12时,凝胶的硬度和表干时间变化微小,基本不变。23预加热温度的选取预加热温度对涂膜的透明度和膜干时间影响很大,在一定的温度下对样品进行预热,然后再取样涂膜,结果如表1。图11500CPSPDMS/20000CPSPDMS质量比与粘度的关系随着PDMS1500CPS的加入,粘度逐渐的降低,但是受到温度和气泡的影响比较大,当混合逐渐均匀时,气泡逐渐减少,而粘度就越趋向稳定,当完全混合均匀时,粘度才可以稳定。按不同比例将一定质量的1500CPSPDMS与50000CPSPDMS进行调配,所得比值1500CPSPDMS/50000CPSPDMS与基胶粘度的关系。结果如图2。表1预热温度对膜的影响温度/膜干时间玻璃膜的透明情况20一个星期五天四天两天20小时20小时乳白色不透明微透明透明较透明较透明3040506070随着温度的增加,膜的透明度明显不同,膜干时间也呈一定规律的变化,这由于温度过低的时,体系内交联剂和PDMS没有充分发生反应,当温度达到60以上时,膜干时间相对较短,并且成膜越趋于透明。24预加热时间的选取图21500CPSPDMS/50000CPSPDMS质量比与粘度的关系由于粘度相差太大,比较难混合,并且在混合时气泡多,需静置的时间更长,每次混合后需要静置34H,混合才比较均匀。19942014CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP/WWWCNKINET2009年37卷第8期广州化工99将样品预加热一定的时间,然后取样涂膜,观察表干时间、膜的透明度以及膜的硬度,结果如表2。表2预加热时间对膜的影响加热时间/MIN表干时间/天涂膜的透明情况涂膜的硬度铅笔划痕4010乳白色,发粘透明透明较透明透明透明透明H607H805B图6有机硅凝胶红外光谱图10035B120352B度减少,这是由于催化剂存在时交联剂和羟基发生加成反应使得羟基减少。2270CM1处的NCO峰完全消失,NH在3320CM1处的吸收峰和OH的氢键峰重合。3结论制备PDMS凝胶最佳制备条件交联剂以PDMS基胶为基准用量为12,催化剂用量为048,预加热温度控制在60红外光谱分析可以表明催化剂促进交联剂和PDMS基胶的交联反应4B从表2可知,当预加热100MIN时,膜的透明度最好,溶剂挥发后,膜干时间较短,当温度继续增加,表干时间基本保持不变,但是膜比较脆。需要缩短表干时间,则需要添加催化剂。25催化剂用量的选取取PDMS基胶100份,分别选取不同量的催化剂,结果见表3。随着催化剂用量的逐渐加入,涂膜的表干时间是越来越短,说明催化剂对于整个体系具有明显的促进作用,但考虑到经济因素,需要根据实际应用要求选择合适的量。26红外光谱分析参考文献ZHANGQIANG,SUNDONG一LIRECENTACHIEVEMENTSINRESEARCHFORELECTRONICPACKAGINGSUBSTRATEMATERIALSJMETERIALSCIENCETECH2NOLOGY,2000,846672阳范文,赵耀明21世纪我国电子封装行业的发展机遇与挑战J半导体报,2001,3841518张臣,沈能钰电子封装材料现状与发展J新材料产业,2003,3511黄文迎电子封装材料性能的提升J应用科技,2008,16221518幸松民,王一璐有机硅合成工艺及产品应用M北京化学工业出版社,200261465512表3催化剂用量对表干时间的影响样品编号123456783催化剂用量/份表干时间/H01240218031304100595067076408545加催化剂及未加催化剂有机硅凝胶