一种低密度高导热双组分聚氨酯结构胶及其制备方法与流程

本发明涉及聚氨酯结构胶领域，尤其涉及一种低密度高导热双组分聚氨酯结构胶及其制备方法。

背景技术：

1、聚氨酯结构胶具有优异的力学性能和加工性能，防腐防水，绝缘性好等特点方便，广泛用于密封、粘接等领域。聚氨酯结构胶用于塑料和金属的粘接，需要有良好的粘接能力和密封性。大量用于电子电器领域，主要对电子元器件起散热和保护作用，这就要求其密度小，固化后具备良好的力学性能、粘接性能及良好的导热性能，同时不能腐蚀电子线路板的元器件。

2、随着电子工业的发展，电子设备内部元器件尺寸减小，内部工作环境温度不断上升，因此，聚氨酯结构胶的导热也成为研究的热点。

3、例如：公开号为cn202211647373，公开日为2022年12月21日，名称为“低密度高导热聚氨酯灌封胶及其制备方法”的中国专利文献公开了一种聚氨酯灌封胶的制备方法。本发明属于聚氨酯灌封胶技术领域，具体涉及低密度高导热聚氨酯灌封胶及其制备方法，该发明具有低密度、高导热系数的特点，但是需要指出的是，在该专利文献所公开的技术方案，虽然可以实现低密度高导热性能，但该灌封胶粘接能力较差，不适用于金属和电子元器件等材料的粘接。

4、又例如：公开号为cn202310810744，公开日为2023年09月12日，名称为“一种高导热、可拆卸聚氨酯结构胶及其制备方法”的中国专利文献所述的本发明属于高导热聚氨酯结构胶领域，具体涉及一种高导热、可拆卸聚氨酯结构胶及其制备方法，聚氨酯结构胶包括a组分以及b组分，本发明通过在聚氨酯结构胶中结构控制剂以及抑制剂，其能够在保证聚氨酯结构胶具备良好粘结效果的前提下，有效提升聚氨酯结构胶的可拆卸性能，同时控制聚氨酯结构胶的固化速率，从而为实际操作争取更多的容错时间。但这种高导热结构胶密度大，导热填料在储存过程中容易出现分层，同时在固化后脆性大，在使用过程中容易出现开裂。

5、基于以上内容可以看出，现有技术中缺乏一种行之有效的方法，在低密度情况下，实现高导热，同时具备良好的粘接强度。因此，需要对传统聚氨酯结构胶进行改性处理，提高聚氨酯的导热和粘接性能。

技术实现思路

1、本发明是为了克服现有技术中的低密度聚氨酯结构胶存在导热率、粘接强度较低的缺陷，提供了一种低密度高导热双组分聚氨酯结构胶及其制备方法以克服上述不足之处。

2、为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本发明首先提供了一种低密度高导热双组分聚氨酯结构胶，包含a组分以及b组分；

4、所述a组分中按照重量百分比计，包含有20％～40％的多元醇、50％～70％的导热粉、1％～10％的吸水剂、0.01％～0.5％的触变剂和0.1％～1％分散剂；

5、所述b组分中按照重量百分比计，包含有10％～30％的异氰酸酯、10％～20％的增塑剂、50％～60％的阻燃剂、1％～10％的消泡剂和0.1％～10％的催化剂；

6、其中，所述触变剂中包含改性片状矿物粉，所述改性片状矿物粉的粒径为100-325目；且，所述改性片状矿物粉的表面化学接枝有用于与多元醇产生动态交联网络的氢键受体链段。

7、本发明中的低密度高导热双组分聚氨酯结构胶中包含有含量较高的导热粉，从而使得所制备得到的低密度高导热双组分聚氨酯结构胶具有良好的导热性能。然而，随着导热粉添加量的提升，则会导致双组分聚氨酯结构胶在储存过程中导致导热粉团聚并发生沉降，从而导致双组分聚氨酯结构胶在使用过程中的使用便利性以及性能发生下降。

8、本技术为了防止出现上述缺陷，创造性的提出了使用改性片状矿物粉作为触变剂，从而在防沉降、提升导热性以及提升粘结强度等方面提升了双组分聚氨酯结构胶的性能。

9、首先，本发明选用改性片状矿物粉作为触变剂，由于其本身具有片层结构，因此当改性片状矿物粉分散在聚氨酯结构胶的a组分中后会导致改性片状矿物粉之间会形成大量用于容纳多元醇以及导热粉等组分的空间，从而这些组分能够受到改性片状矿物粉的吸附作用，使得a组分的稳定性大幅提升。

10、同时，由于改性片状矿物粉的表面化学接枝有用于与多元醇产生动态交联网络的氢键受体链段，因此在将a组分配制完成后，双组分聚氨酯结构胶的a组分中存在大量由氢键构成的不稳定交联网络，从而进一锁定了a组分中各个原料的分散均匀性以及稳定性。

11、同时，这些由氢键构成的不稳定交联网络在受到外力的作用下能够被破坏，从而降低了a组分与b组分的混合难度，而当外力小时后，这些由氢键构成的不稳定交联网络便又会重新形成，从而能够保持双组分聚氨酯结构胶的稳定性。

12、此外，由于a组分中各个原料的分散均匀性以及稳定性的有效提升，此时导热粉相互连接形成的导热路径能够保持有效维持稳定，因此导热路径能够保持稳定，进而提升了双组分聚氨酯结构胶的导热性能够。同时，由于改性片状矿物粉其本身也具有良好的导热性能，当其也参与到双组分聚氨酯结构胶的导热路径的建立后，能够使得双组分聚氨酯结构胶的导热效果能够进一步提升。

13、此外，由于双组分聚氨酯结构胶在固化后其内部由氢键构成的不稳定交联网络依然能够保持稳定，因此能够使得其粘结强度能够有效提升。

14、最后，申请人发现，改性片状矿物粉的粒径对于双组分聚氨酯结构胶的性能具有加大的影响，当改性片状矿物粉的粒径过大时，改性片状矿物粉自身的重量较大，因此其本身的抗沉降性能较差，因而容易在储存过程中发生沉降。而当改性片状矿物粉的粒径过小时，则会导致改性片状矿物粉自身的聚集性大幅提升，从而容易团聚，造成交联网络的失效。因此，经过申请人的综合考虑后，当改性片状矿物粉的粒径在100-325目的范围内，能够有效保证本技术中低密度高导热双组分聚氨酯结构胶的各项综合性能。

15、作为优选，所述改性片状矿物粉的制备方法如下：

16、-将片状矿物粉置于包含硅氢结构的硅烷偶联剂溶液中，水解使得硅烷偶联剂在片状矿物粉表面偶联形成包含有硅氢结构的偶联层；

17、-将表面包含有偶联层的片状矿物粉与同时包含有氢键受体基团以及不饱和基团的化合物进行硅氢加成反应，从而得到所述改性片状矿物粉。

18、本技术在改性片状矿物粉的制备过程中由于硅氢偶联剂在片状矿物粉表面形成偶联层，偶联层的形成可以增强片状矿物粉与体系中其他组分的相容性，有利于提高片状矿物粉在结构胶中的分散性。

19、同时，硅氢偶联剂与片状矿物粉表面形成偶联层后，该偶联层带有硅氢结构，可以与包含氢键受体基团和不饱和基团的化合物发生硅氢加成反应。这种反应使改性片状矿物粉表面化学接枝了能与多元醇产生动态交联网络的氢键受体链段，有助于提高其与多元醇的相互作用能力，从而提高了改性片状矿物粉在结构胶中的粘附性。

20、此外，经过改性后的片状矿物粉表面的化学特性发生变化，对导热性能有积极影响。通过化学修饰，改性片状矿物粉的表面形态和化学性质更适合于结构胶的导热需求，提升了结构胶的整体导热性能。

21、最后，改性片状矿物粉的化学性质和表面特性得到了改进，可能提高了其在结构胶中的稳定性，减少了沉降和相分离的可能性，延长了结构胶的使用寿命。

22、作为优选，所述片状矿物粉为云母粉、滑石粉、蒙脱石中的任意一种；

23、所述硅烷偶联剂为三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、甲基二甲氧基硅烷、甲基二乙氧基硅烷中的任意一种。

24、作为优选，所述同时包含有氢键受体基团以及不饱和基团的化合物为丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、n-乙烯基吡咯烷酮中的任意一种。

25、作为优选，所述触变剂还包括不高于片状矿物粉质量150％的纳米二氧化硅粉。

26、纳米二氧化硅粉具有较大的比表面积和高活性，将其加入到结构胶中可以填充微小空隙和裂纹，增强了对结构胶的填充效果。这有助于提高结构胶的密实性和均匀性，有利于提高产品的力学性能。

27、同时，纳米二氧化硅粉的加入可以在结构胶中形成多种导热路径，利于提高结构胶的整体导热性能。这种效果可以使结构胶更有效地分散和传递热量，有助于提高导热材料在需要散热和导热的应用场合中的表现。

28、此外，由于纳米二氧化硅粉具有良好的增韧和增稠效果，其加入有助于提高结构胶的机械强度和耐磨性。这有助于增加产品的使用寿命和耐久性。并且，其能够改变结构胶的表面性质，对改善其与其他材料的黏附性能有一定的积极影响，有助于提高产品的使用效果。

29、然而，本技术发明人在实验过程中发现，纳米二氧化硅粉的添加量对于本技术中的低密度高导热双组分聚氨酯结构胶具有重要的影响。发明人发现，过高比例添加二氧化硅粉可能会显著改变结构胶的流变特性，使得其粘度增加并且更难以调节，这会给生产制程带来挑战。同时，高比例添加二氧化硅粉可能会导致可能会出现反向效果，从而使得结构胶的成分不稳定，造成相分离或沉积现象，降低了产品的均匀性和稳定性，降低结构胶的整体导热性能，影响其在导热需要的应用中的性能表现。

30、作为优选，所述多元醇为分子量在400～4000，官能度2～4的聚酯多元醇、聚醚多元醇、生物基多元醇、芳香族多元醇、聚烯烃多元醇、蓖麻油、改性蓖麻油、棕榈油、大豆油中的一种或者多种混合物。

31、作为优选，所述导热粉包括：氧化铝、氧化镁、氢氧化铝、氧化铜、氮化硼和氧化锌等中的一种或者多种混合物；

32、所述吸水剂包括铝硅酸盐分子筛、钛硅分子筛、zsm-35分子筛、zsm-5分子筛、cr-500分子筛等分子筛中的一种或者多种复合物；

33、分散剂包括润湿分散剂、聚氨酯类分散剂、聚丙烯酸类分散剂中的任意一种。

34、作为优选，所述异氰酸酯异为官能度2-4的异氰酸酯，包含液化mdi-2020、液化mdi-50、异氰酸酯9258、异氰酸酯pm-200、异氰酸酯2642、二环己基甲烷二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、1,4-环己烷二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、三甲基-1,6-六亚甲基二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、二甲基二苯基甲烷二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的一种或者多种混合物；

35、增塑剂包括石蜡、沥青、增塑剂dop和增塑剂didp中的一种或者多种的混合物；

36、所述的阻燃剂包括卤系阻燃剂、磷系阻燃剂以及无机阻燃剂中的任意一种；

37、所述的消泡剂包括来自afcona公司的有机硅类消泡剂；

38、所述的催化剂包括胺类催化剂、有机锌催化剂、有机铋催化剂、钛酸酯类催化剂等催化剂中的一种或者多种复合物。

39、第二方面，本发明还提供了一种用于制备所述低密度高导热双组分聚氨酯结构胶的方法，包括以下步骤：

40、(s.1)将多元醇、导热粉、的吸水剂、触变剂和分散剂按照配比置于真空搅拌脱泡机中混合，得到a组分；

41、(s.2)将异氰酸酯、增塑剂、阻燃剂、消泡剂和催化剂按照配比置于真空搅拌脱泡机中混合，得到b组分；

42、(s.3)将a组分与b组分真空脱泡混合，涂膜，得到所述低密度高导热双组分聚氨酯结构胶。

43、作为优选，所述步骤(s.1)以及步骤(s.2)中真空搅拌脱泡机的转速为2000～4000rad/min，脱泡时间为2～6min。

44、因此，本发明相较于现有技术而言，其具有以下有益效果：

45、(1)该聚氨酯结构胶密度小，粘接电子元器件时，使其电子产品轻便，易携带；导热性能好，对电子元器件起散热和保护作用；

46、(2)该聚氨酯结构胶，具有较好的粘接能力，可以牢固的粘接金属和塑料产品，固化之后，粘接力更强，甚至应用到更多的场所和领域；

47、(3)该聚氨酯结构胶加入自复配具有触变性能的粉料，具有很好的防沉降性能，且易分散，操作简单，对设备的磨损性能较小；

48、(4)此外，该聚氨酯结构胶，具有较好的机械性能，兼具较强的拉伸强度和低的硬度，使用过程中，操作简单，无毒无污染。