一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料及其制备方法

本发明涉及电子信息化学品，尤其涉及一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料及其制备方法。

背景技术：

1、电子封装是电子制造产业链中将芯片转换为能够可靠工作的器件的过程。电子封装材料可分为三大类型，即金属基电子封装材料、陶瓷基电子封装材料和塑料基电子封装材料。塑料基电子封装材料因其成本较低，被广泛的应用于民用领域。

2、当前塑料基电子封装材料市场上，环氧树脂与有机硅树脂占据了几乎全部市场份额，其中环氧树脂约占85％，是用量最大的电子封装材料；有机硅树脂占10％左右的市场，用量排名第二。作为用量第一的电子封装材料，环氧树脂具有粘接强度高、机械性能好、原料易得、性价比高等独特优势，但环氧树脂的热导率却不高，大约只有0.2w/m*k，因而限制了它在电子封装领域的进一步使用。随着微电子技术的快速发展，电子元件逐渐变得高度集成化，电子封装也持续地朝着高性能、高可靠性和小型化、低重量、低成本这些方向发展。当这些高度集成的电子产品工作的时候，会产生大量的热量；这些过量的热量如果不及时释放，将会损坏集成电路系统本身并且还会影响系统的正常工作。因此，研究和开发导热性能优良的电子封装材料，确保高度集成电路系统在常温条件下稳定运行，具有重要的理论意义与实用价值。

3、材料的抗菌性，是电子封装材料朝着特种功能化与健康环保化发展的一项重要性能与特殊功能。随着科学技术的不断发展，人们对环境微生物的研究和认识不断深入和提高，正日益警觉并高度重视各种致病细菌、真菌和病毒等对人类健康与生命安全的危害。由于抗菌材料能从根本上杜绝人与人、人与物、物与物之间细菌的交叉感染，因此，如何开发高效实用的新型抗菌材料，受到了世界范围的高度关注与疯狂追捧；作为抗菌材料品种之一的抗菌功能涂层，也迅速成为近些年来全球科技攻关与新材料开发的一大热点。

4、近10余年来，针对电子封装环氧树脂热力学性能的研究一直是电子封装领域的热点课题，但关于电子封装材料抗菌性能的研究工作鲜有报道。迄今为止，尚未发现有关同时提升材料导热与抗菌性能的电子封装环氧涂层的制备与性能研究方面的文献报道。

5、聚焦我国电子产业对高品质电子封装材料的需求，瞄准当前电子行业主要封装材料环氧树脂涂层所急需解决的导热性与抗菌性问题，提供一种同时具备导热性和抗菌性的环氧树脂涂层变得十分有意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料；本发明的另一个目的，是提供一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料的制备方法。本发明提供的纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料产品，其漆膜具有优异的导热性，突出的抗菌性，超强的附着力，防水、防潮、防霉，耐腐蚀、防高温、抗弯曲，voc含量低，健康环保，可通过水性涂料通用的喷涂方式实现led小间距模块的简便而高效的封装，也可用于三防漆涂敷机、全自动灌胶机等自动化设备的施工。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料，其特征在于，所述导热抗菌型水性环氧涂料是由纳米二氧化钛/氧化石墨烯复合材料对水性环氧树脂进行改性制备而成。

4、进一步，如上所述的纳米二氧化钛/氧化石墨烯复合材料，其制备方法通过如下步骤制得：

5、1)采用溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛的步骤。按顺序加入无水乙醇、钛酸丁酯与冰醇酸，搅拌均匀；滴入18％的盐酸来调整混合液的ph为2～3，得到浅蓝色凝胶；将前述制得的凝胶放置80℃烘箱恒温干燥并进行研磨，再通过500℃马弗炉煅烧5h，得到纳米二氧化钛产物。

6、2)通过改进的hummers法制备氧化石墨烯的步骤。将石墨粉、浓硫酸与磷酸在冰水浴下搅拌混合，然后缓慢加入kmno4与h2o2，再用3％的盐酸溶液和去离子水洗涤至中性，最后冷冻干燥得到氧化石墨烯产物。

7、3)制备纳米二氧化钛/氧化石墨烯复合材料的步骤。将步骤1)制备的纳米二氧化钛产物与步骤2)制备的氧化石墨烯产物，进行搅拌混合，再加入超纯水和无水乙醇，通过180℃高温反应12h，然后用乙醇和超纯水清洗、并进行真空干燥，得到黑色的纳米二氧化钛/氧化石墨烯复合材料产物。

8、如上的步骤1)中，所述无水乙醇、钛酸丁酯与冰醇酸的重量比为100:12-16:4-6；

9、如上的步骤2)中，所述石墨粉、浓硫酸与磷酸的重量比为1:10-15:90-135；

10、如上的步骤3)中，所述纳米二氧化钛产物与氧化石墨烯产物的重量比为1:0.8-1.2。

11、进一步，如上所述的纳米二氧化钛/氧化石墨烯复合材料改性环氧树脂，其制备方法通过如下步骤：

12、1)纳米复合材料分散液的制备步骤。依次加入水、分散剂与自行制备的纳米二氧化钛/氧化石墨烯复合材料产物，以1500～1800r/min的转速分散45-60min。

13、2)纳米复合材料改性水性环氧树脂的制备步骤。将步骤1)中所制得的纳米复合材料分散液加入水性环氧树脂中，以800～1200r/min的转速分散30-45min。

14、如上的步骤1)中，所述水、分散剂、纳米tio2/氧化石墨烯复合材料的重量比为100:4-6:4-6；

15、如上的步骤2)中，所述水性环氧树脂与纳米复合材料分散液的重量比为100:0.2-2.0；

16、一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料，其特征在于，所述导热抗菌型水性环氧涂料产品包括a组份与b组份，a组份与b组份按重量百分比具体包含以下组份：

17、a组份

18、

19、其中a组分的重量百分比之和为百分之百。

20、b组分

21、

22、

23、其中b组分的重量百分比之和为百分之百。

24、a组分与b组分按照100:50的重量配比混合均匀。

25、如上所述的一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料，其特征在于，所述a组份中的纳米复合材料改性水性环氧树脂所选用的水性环氧树脂基体为亨斯迈先进材料美国有限责任公司提供的pz 3961-1固体“1-型”环氧树脂水性乳液。这是一款可直接用于金属基材的低粘度环保水性环氧树脂乳液。基于该乳液的水性金属涂料具有快速的“表干”性能、极好的粘结性与柔韧性、良好的硬度增长性与耐腐蚀性能。

26、如上所述的一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料，其特征在于，所述b组份中的胺类固化剂为亨斯迈先进材料美国有限责任公司提供的3986环氧固化剂。3986环氧固化剂是一种溶于水中的改性多胺加成物，不含挥发性胺类及溶剂；成膜色浅，在紫外线下黄变极轻；由于具有快速化学固化性能，因而具有极快的干燥与固化速度；无需闪锈抑制剂，具有极好的耐化学品性与防腐蚀性能；专门用于配制水可稀释环氧树脂体系，具有较长的产品适用期(亦称活化期)。

27、进一步，如上所述的一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料，其特征在于，所述a组份中的水性环氧树脂pz 3961-1水性环氧树脂与所述b组份中的3986环氧固化剂配制双组份水性环氧底漆，具有挥发性有机化合物(voc)含量低、干燥速度快、粘结性能好、柔韧度高、耐腐蚀性能优异、产品适用期长等优点。

28、如上所述的一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料，其特征在于a组份中所述流平剂为tego glide 450流平剂。

29、如上所述的一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料，其特征在于a组份中所述增稠剂为香港辰辉化工有限公司提供的rheolate212聚氨酯增稠剂。

30、如上所述的一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料，其特征在于a组份中所述助溶剂为乙二醇。

31、如上所述的一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料，其特征在于a组份中所述附着力促进剂为广东顺德盈固化工科技有限公司提供的ep805环氧磷酸酯类附着力促进剂。

32、如上所述的一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料，其特征在于a组份中所述防沉剂为美国卡博特气相二氧化硅m-5。m-5是一种中等表面积非处理型气相二氧化硅，呈三维网状结构，可显著增强液体系统的粘度、粉末的自由流动性，在显著提升水性涂料产品的防沉淀的同时，兼具较好的防流挂与增稠触变的功效。

33、如上所述的一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料，其特征在于a组份中所述防霉剂为联固精细化学有限公司提供的fungipo-351防霉剂。

34、如上所述的一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料，其特征在于a组份中所述防闪锈剂为海明斯(德谦)提供的防闪锈剂fa-179。

35、如上所述的一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料，其特征在于b组份中所述助溶剂为助溶剂1与助溶剂2的混合物。

36、进一步，如上所述的助溶剂1为二丙二醇甲醚，助溶剂2为乙二醇单丁醚。

37、更进一步，如上所述的助溶剂1与助溶剂2，在配方中的重量比例为(8.0-11.0):(7.0-10.0)。

38、本发明配方中按一定重量比例混拼的混合助溶剂，具有极强的溶解力与相溶性,可高效溶解该发明产品中所使用的改性多胺加成物环氧固化剂，降低水性环氧底漆b组份的粘度，改善底漆漆膜的流平性，将助溶剂体系的挥发速率调整至所需要的水平，最终获得适用于客户使用的漆膜干燥速度与漆膜流平效果。

39、如上所述的一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料，其特征在于b组份中所述分散剂为byk-190分散剂。

40、如上所述的一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料，其特征在于b组份中所述润湿剂为广州赛诺环保材料有限公司提供的sn-1070抗油润湿剂。sn-1070是一种非硅聚合物型抗油剂，对消泡剂及脱模剂、底材表面油污等引致的油窝缩孔有特效，能强烈降低体系表面张力，从而提供很强的基材润湿和抗污染能力，在绝大多数污染环境里提供可靠的润湿流平效果，且不影响重涂性。

41、如上所述的一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

42、制备a组分：

43、根据一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料a组份的配方，在分散缸中按重量百分比依次加入纳米复合材料改性、流平剂、增稠剂、助溶剂、附着力促进剂、防霉剂、防沉剂、防闪锈剂、水，中速分散30～40分钟，中速分散的速度为800～1200r/min。取样检测成品粘度，若成品粘度为30～50s时，即得a组份。

44、制备b组份：

45、基于一种电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料b组分的配方，在分散缸中按重量百分比加入胺类固化剂、助溶剂1(二丙二醇甲醚)、助溶剂2(乙二醇单丁醚)、分散剂、润湿剂，中速分散20～30分钟，中速分散的速度为800～1200r/min，过滤包装即得b组分。

46、制备电子封装用导热抗菌型纳米二氧化钛/氧化石墨烯改性水性环氧涂料：

47、将a组分与b组分按照100：50的重量配比混合均匀，静置15min即可。

48、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

49、一、本发明隶属双组份水性涂料产品，其活化期长达8h，远远超过常规双组份涂料的活化期指标(4h)，可使用时间长。产品涂装方式多样，可根据客户施工工具与要求，灵活选择空气压喷枪、三防漆涂敷机或全自动灌胶机等工具，来进行涂装施工。

50、二、本发明的双组份水性涂料产品产品附着力强，漆膜硬度高，耐击穿电压、介电常数与体积电阻率等性能，均达标指标要求，且具有卓越的导热性能、突出的抗菌性能、优异的耐冷热冲击性、优异的耐盐雾性、耐高温高湿性与耐酸碱性，在各项性能指标的检测过程中无腐蚀、气泡、脱落、白斑现象。本发明产品挥发性有机化合物(voc)的含量均有效控制在100g/l以内，是真正健康环保的水性涂料产品。

51、三、本发明纳米复合材料改性水性环氧涂料产品，比纳米二氧化钛改性水性环氧涂料、氧化石墨烯改性水性环氧涂料、未改性纳米tio2/氧化石墨烯水性环氧涂料，具有更为优异的导热性能、更为突出的抗细菌性与抗细菌持久性。