双笼型POSS耐热阻燃剂和其制备方法及包含其的双组份耐超高温阻燃型有机硅透明灌封胶与流程

本发明属于有机硅高分子材料，特别涉及双笼型poss耐热阻燃剂和其制备方法及包含其的双组份耐超高温阻燃型有机硅透明灌封胶。

背景技术：

1、新能源产业是目前资金技术密集型产业，有助于经济的可持续快速增长。其中，有机硅产品利用其独特的优势，例如环保、憎水、绝缘等特性，在新能源领域发挥着重要的作用。但是新能源产业的发展越来越快，对其附属产品的性能要求越来越高，因此有机硅产品的功能化研究成为热点之一。

2、绝缘栅双极型晶体管(igbt)技术自20世纪80年代发展至今，经历了七代技术及工艺的升级，国内igbt头部企业积极研发，紧跟国际脚步，技术不断迭代升级。目前igbt作为新型功率半导体器件的主流器件，已广泛应用于工业、4c(通信、计算机、消费电子、汽车电子)、航空航天、国防军工等传统产业领域，以及轨道交通、新能源、智能电网、新能源汽车等战略性新兴产业领域。有机硅产品作为igbt其中重要的一环，其性能的要求越来越高，除了本身具备的性能外，还需要耐高温，阻燃，老化性能优异等特性，适应其使用环境。

3、封装是igbt生产工序中重要步骤，将芯片等单元与基板通过封胶集合为一体。由于igbt在使用时会释放大量热量进而产生高温，所以对封装所用的封胶的耐高温、阻燃等性能具有较高要求。

4、目前有机硅封装胶的主要核心成分是为硅树脂(比如甲基乙烯基硅氧烷树脂、甲基乙烯基聚硅氧烷树脂)、乙烯基硅油以及辅助助剂，其中耐热助剂采用的是掺杂特定成分(氧化铈)的乙烯基硅油，虽然能起到一定的耐热性，比如长期耐受230℃，耐热280℃；但是其使用时耐超高温性能、热稳定性、阻燃性、拉伸强度均有待提高。此外倍半硅氧烷poss在聚合物能起到阻燃效果，但是常规的倍半硅氧烷poss单体对提高硅油的热性能和阻燃性非常有限，且无其他协同增效作用。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明目的在于提供双笼型poss耐热阻燃剂和其制备方法及包含其的双组份耐超高温阻燃型有机硅透明灌封胶，旨在解决背景技术当中的至少一个技术问题。

2、本发明是这样实现的：

3、本发明第一方面提供一种双笼型poss耐热阻燃剂，该耐热阻燃剂的分子结构包括两个笼型聚倍半硅氧烷基团，其分子式为式(1)、(2)中的至少一种：

4、

5、式中，x,y＝5～10之间的整数。

6、本发明第二方面提供上述述的一种双笼型poss耐热阻燃剂的制备方法，包含如下步骤：

7、将4～6vol.四氢呋喃thf加入接有分水器、冷凝管的三口烧瓶中，通氮气，控制温度在20～30℃，加入o-(7-氮杂苯并三唑-1-基)-n,n,n′,n′-四甲基脲六氟磷酸酯hatu、丁二酸和n,n-二异丙基乙胺dipea，搅拌活化；

8、将笼形聚倍半硅氧烷化合物和双氨丙基聚二甲基硅氧烷加入三口瓶中，20～30℃反应48-64小时，完成耐热阻燃剂单体的制备；

9、向三口瓶中加入弱酸(20wt％醋酸水溶液)调节ph值至中性，分层取出下层溶液，用(4～6vol.)25wt％nacl水溶液洗涤至少两次，取下层溶液真空干燥，检测挥发份，制得所述双笼型poss耐热阻燃剂。

10、进一步地，笼形聚倍半硅氧烷化合物为如式(3)所示的氨基丙基庚基-笼形聚倍半硅氧烷或如式(4)所示的胺苯基-笼形聚倍半硅氧烷：

11、

12、

13、进一步地，hatu、dipea、丁二酸、笼形聚倍半硅氧烷化合物和双氨丙基聚二甲基硅氧烷的摩尔比1～2：1～4：1：1～1.1：1～1.1。

14、进一步地，真空干燥的温度为80～130℃，真空度<-0.09mpa，干燥时间6～12h，挥发份<0.05％。

15、本发明第三方面提供包含上述双笼型poss耐热阻燃剂的双组份耐超高温阻燃型有机硅透明灌封胶，该有机硅透明灌封胶包括a组分和b组分；

16、所述a组分包括以下按重量份数计算的组分：

17、甲基乙烯基衍生物硅油40～90份；

18、甲基类硅油0～50份；

19、双笼型poss耐热阻燃剂0～20份；

20、催化剂0.1～2份；

21、所述b组分包括以下按重量份数计算的组分：

22、甲基乙烯基衍生物硅油40～90份；

23、甲基类硅油0～50份；

24、增粘剂0～20份；

25、交联剂5～20份；

26、抑制剂0.03～0.5份。

27、进一步地，甲基乙烯基衍生物硅油为如式(5)所示的甲基乙烯基类硅油，或如式(6)所示的甲基苯基乙烯基类硅油中的至少一种：

28、vime2si(me2sio)nsime2vi  (5)；

29、vimephsi(me2sio)nsimephvi  (6)；

30、式中，n＝50～500之间的整数，所述甲基乙烯基衍生物硅油粘度为50～650mpa·s，所述甲基乙烯基衍生物硅油中乙烯基含量为0.7～1.2％。

31、进一步地，甲基类硅油的分子结构如(7)所示：

32、me3si(me2sio)nsime3  (7)

33、式中，n＝0～2000之间的整数，所述甲基类硅油的粘度为50～50000mpa·s。

34、进一步地，增粘剂采用甲基mq硅树脂；所述交联剂采用h含量为1.5％的聚甲基氢硅油；所述催化剂采用1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷铂配合物；所述抑制剂采用n,n,n’,n’-四甲基乙二胺。

35、进一步地，有机硅透明灌封胶的制备方法包括如下步骤：

36、制备a组分：

37、将甲基乙烯基衍生物硅油40～90份、甲基类硅油0～50份、双笼型poss耐热阻燃剂0～20份加入动混搅拌机中，升温至100～130℃，搅拌均匀，搅拌时间1～3h，降温至40～60℃，加入催化剂0.1～2份，搅拌1～2h，抽真空后分装出料；

38、制备b组分：

39、将甲基乙烯基衍生物硅油40～90份、甲基类硅油0～50份、增粘剂0～20份加入动混搅拌机中，升温至100～130℃，搅拌均匀，搅拌时间1～3h，降温至40～60℃，加入交联剂5～20份、抑制剂0.03～0.5份，搅拌1～2h，抽真空后分装出料；

40、制备有机硅透明灌封胶：

41、将所述a组分和b组分按照质量比1:1，充分混合均匀，在25～120℃下加热0.5～6h固化成透明固体，即得有机硅透明灌封胶。

42、有机硅透明灌封胶用于igbt模块封装，该灌封胶的硬度均在30～40share a。

43、灌封胶具备优异的透明性和阻燃性，因有机硅产品本身的透明性特征，再利用poss结构的阻燃性，综合于硅胶材料中。

44、灌封胶具备优异的耐超高温耐溶剂性，利用双组分的配方设计以及笼形聚倍半硅氧烷结构的优势，通过苯基硅油与poss结构相结合，使其初始化分解温度均在230℃以上，产品使用温度可在250～300℃，并且可耐多种腐蚀(如酸碱等)。

45、灌封胶具备优异的力学性能，拉伸强度可达6mpa以上，甚至高达9mpa以上，断裂伸长率可达760％，这归因于苯基硅油与双笼型倍半硅氧烷poss结构的补强作用，以及mq树脂的增韧作用。

46、倍半硅氧烷poss是有机与无机组分在小分子层面上的结合，本发明利用双笼型poss独特的结构，可实现耐高温、阻燃、增强等特性综合到同一高分子材料中；将双笼型poss基团与有机硅产品尤其是igbt模块相结合，实现产品性能重大提升。

47、与现有技术相比，本发明包括以下有益效果：

48、1、本发明方法制备的有机硅灌封胶具有优异的透明性、阻燃性和耐超高温性，其初始化分解温度可在230℃以上，产品使用温度可在250℃甚至300℃以上，阻燃级别为v-0。

49、2、本发明利用耐热阻燃剂的双笼型poss基团和苯基硅油的补强作用和mq树脂的增韧作用，可提高硅胶的力学性能、耐溶剂性和防刮防护性能。