CN106978128A - 聚氨酯胶粘剂及其制备方法、以及导热胶带 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚氨酯胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：步骤一：将聚酯多元醇加入到反应釜中，真空脱水；步骤二：硅烷偶联剂对氧化石墨烯进行偶联处理，得到处理后的氧化石墨烯，将处理后的氧化石墨烯、以及组合溶剂加入到步骤一中所述反应釜，超声2～8小时；步骤三：将异氰酸酯、催化剂、以及扩链剂加入步骤二中所述反应釜，加热80～90℃反应2～7小时；步骤四：步骤三中反应釜内的物质经80～90℃真空蒸馏、冷却出料制得聚氨酯胶粘剂。本发明制得的聚氨酯胶粘剂导热系数高，剥离强度大。

Description

聚氨酯胶粘剂及其制备方法、以及导热胶带
技术领域
本发明涉及胶带技术领域，具体涉及一种聚氨酯胶粘剂及其制备方法、以及导热胶带。
背景技术
聚氨酯为主链含-NHCOO-重复结构单元的一类聚合物，英文缩写PU，由异氰酸酯(单体)与羟基化合物聚合而成。由于含强极性的氨基甲酸酯基，不溶于非极性基团，具有良好的耐油性、韧性、耐磨性、耐老化性和粘合性。用不同原料可制得适应较宽温度范围(-50～150℃)的材料，包括胶粘剂、弹性体、热塑性树脂和热固性树脂。
聚氨酯胶粘剂中含有很强极性和化学活泼性的-NCO-(异氰酸根)、-NHCOO-(氨基甲酸酯基团)，聚氨酯胶粘剂表现出高度的活性与极性，与含有活泼氢的基材，如泡沫、塑料、木材、皮革、织物、纸张、陶瓷等多孔材料，以及金属、玻璃、橡胶、塑料等表面光洁的材料都有优良的化学粘接力。聚氨酯胶粘剂具备优异的抗剪切强度和抗冲击特性，适用于各种结构性粘合领域，并具备优异的柔韧特性。聚氨酯胶粘剂具备优异的橡胶特性，能适应不同热膨胀系数基材的粘合，它在基材之间形成具有软-硬过渡层，不仅粘接力强，同时还具有优异的缓冲、减震功能。
但聚氨酯材料的导热系数一般小于0.020W/m·k(25℃)，导热性能差，能够保温隔热，因此聚氨酯胶粘剂作为导热胶带的胶粘层应用于某些需要导热的环境中，诸如电子器件中电子组件的连接时，就会因导热性能不好而影响电子器件发挥有效功能，甚至在电子器件超负荷工作时，有可能因为温度过高而损坏电子组件。
现有的生产过程中，有的会采取在聚氨酯胶粘层外粘贴有石墨层或者直接利用石墨与聚氨酯胶粘剂复合，但导热系数提高不大，仍然存在散热性不好的问题。
因此，故急需开发出一种新的导热系数高的聚氨酯胶粘剂来制备导热胶带。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚氨酯胶粘剂及其制备方法，用于解决现有的聚氨酯胶粘剂导热系数低、影响散热的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种聚氨酯胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将10～15重量份聚酯多元醇加入到反应釜中，真空脱水4～6小时；
步骤二：1～5重量份硅烷偶联剂对5～10重量份氧化石墨烯进行偶联处理，得到处理后的氧化石墨烯，将处理后的氧化石墨烯、以及70～80重量份组合溶剂加入到步骤一中所述反应釜，超声2～8小时；
步骤三：将30～40重量份异氰酸酯、1～5重量份催化剂、以及4～8重量份扩链剂加入步骤二中所述反应釜，加热80～90℃反应2～7小时；
步骤四：步骤三中反应釜内的物质经80～90℃真空蒸馏、冷却出料制得聚氨酯胶粘剂。
优选地，所述步骤一中聚酯多元醇包括聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚丁二烯多元醇以及多硫化物多元醇中的一种或多种的组合。
优选地，所述步骤二中组合溶剂包括二氯甲烷和乙酮的组合物，其中二氯甲烷和乙酮的质量比为：4～8:1。
优选地，所述步骤三中异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的组合物，其中甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的质量比为：10～15:1。
优选地，所述步骤三中扩链剂包括1,4-丁二醇、乙二醇、一缩二乙二醇、乙二胺、二乙烯二胺、三乙烯四胺中的一种或多种的组合。
优选地，所述步骤三中催化剂为2,2-二吗啉基二乙基醚或二丁基锡二月桂酸酯。
进一步地，本发明还提供一种按照上述任一项制备方法制备得到的聚氨酯胶粘剂。
进一步地，本发明还提供一种导热胶带，用于电子器件中各电子组件之间的连接，其包括基材层及叠设于所述基材层一侧或两侧的粘接层，所述粘接层为根据上述聚氨酯胶粘剂喷涂于所述基材层制得。
优选地，所述基材层为聚酯薄膜。
优选地，所述导热胶带还包括离型膜，所述粘接层夹设于所述基材层和所述离型膜之间。
相比于现有技术，本发明所述聚氨酯胶粘剂及其制备方法、以及导热胶带具有以下优势：
一、本发明利用硅烷偶联剂对石墨烯的前驱体氧化石墨烯进行偶联处理，进而加入到聚氨酯胶粘剂的反应过程中，使得石墨烯可以均匀分散到聚氨酯胶粘剂中，有效提高聚氨酯胶粘剂的导热系数，提高导热胶带的导热性能；
二、本发明提供了混合异氰酸酯，可以集合两种异氰酸酯的优点，二苯基甲烷二异氰酸酯提供了快速固化，甲苯二异氰酸酯提供高的-NCO含量，能够提高聚氨酯胶粘剂的性能。
具体实施方式
本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。
下面结合具体的实施方式对本发明作进一步的描述。
实施例一
本实施例提供一种聚氨酯胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将10重量份聚酯多元醇加入到反应釜中，真空脱水4小时；
其中，所述聚酯多元醇为聚碳酸酯多元醇，具体的，为聚碳酸酯二元醇，一种白色蜡状固体，羟值为100mgKOH/g，可提供内聚力大，粘接强度高的预聚体。
步骤二：1重量份硅烷偶联剂对6重量份氧化石墨烯进行偶联处理，得到处理后的氧化石墨烯，将处理后的氧化石墨烯、以及70重量份组合溶剂加入到步骤一中所述反应釜，超声2.5小时；
其中，所述组合溶剂包括二氯甲烷和乙酮的组合物，其中二氯甲烷和乙酮的质量比为：4:1，利用组合溶剂可以提高各原料的相容性。
石墨烯是单层碳原子二维蜂窝状结构的碳质材料，可以看作是构建富勒烯、碳纳米管的基本结构单元，石墨烯具有极高的导热系数，可达到约5000W/m·k，但石墨烯既不亲水也不亲油，因此本发明利用硅烷偶联剂对石墨烯的前驱物氧化石墨烯进行偶联改性，氧化石墨烯表面含有大量的羟基、环氧基、羧基和羰基等活性基团，偶联处理后，改变了氧化石墨烯的表面性能，使之能稳定分散于组合溶剂中，具有良好的相容性。
步骤三：将30重量份异氰酸酯、1重量份催化剂以及4重量份扩链剂加入步骤二中所述反应釜，加热80-90℃反应5小时；
其中，所述异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的组合物，本发明提供了混合异氰酸酯，可以集合两种异氰酸酯的优点，二苯基甲烷二异氰酸酯提供了快速固化，甲苯二异氰酸酯提供高的-NCO含量，能够提高聚氨酯胶粘剂的性能。
其中甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的质量比为：10:1；所述催化剂为二丁基锡二月桂酸酯；所述扩链剂为1,4-丁二醇。
步骤四：步骤三中反应釜内的物质经80～90℃真空蒸馏、冷却出料制得聚氨酯胶粘剂。产品真空蒸馏能够脱除残余的异氰酸酯。
进一步地，本发明提供聚酯薄膜(PET膜)作为基材层，将步骤四中所述聚氨酯胶粘剂喷涂于所述聚酯薄膜上，制得粘接层，所述粘接层上覆盖离型膜，制得导热胶带。也就是说，所述导热胶带包括基材层、叠设于所述基材层一侧或两侧的粘接层以及离型膜，所述粘接层夹设于所述基材层与所述离型膜之间。当基材层一侧设有粘接层时为单面胶带，当基材层两侧均设有粘接层时为双面胶带。
所述PET膜透明性好，有光泽；具有良好的气密性和保香性；PET膜的机械性能优良，其强韧性是所有热塑性塑料中最好的，抗张强度和抗冲击强度比一般薄膜高得多；且挺力好，尺寸稳定。PET膜还具有优良的耐热、耐寒性和良好的耐化学药品性和耐油性。
所述离型膜可以为淋膜纸，能够保护所述粘接层的粘性，而且所述离型膜耐高温、防油防潮，适合在电子行业使用。
检测所述聚氨酯胶粘剂的导热系数和所述导热胶带的剥离强度，具体的，利用稳态法导热仪检测聚氨酯胶粘剂的导热系数，利用180°剥离法测定导热胶带的剥离强度，结果如表1所示。
导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度(K，℃)，在1秒钟内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米·度(W/(m·K))。导热系数较低的材料称为保温材料(我国国家标准规定，凡平均温度不高于350℃时导热系数不大于0.12W/(m·K)的材料称为保温材料)，而把导热系数在0.05W/(m.K)以下的材料称为高效保温材料。
根据国家行业标准GB/T 2792 2014，剥离强度指以一定的角度和速率将单位宽度的胶粘带从特定粘接面上剥离所需要的里，单位为N/20mm。剥离强度大，粘性越好。在PET#裱褙、室温下、拉伸速度为300mm/mi的条件下做180℃剥离测量。
对比实施例
按照实施例一中的步骤制备聚氨酯胶粘剂，但在步骤二中直接加入相同重量份的石墨烯；
按照实施例一中的方法制备导热胶带，检测所述聚氨酯胶粘剂的导热系数和所述导热胶带的剥离强度，结果如表1所示。
空白实施例
按照实施例一中的步骤制备聚氨酯胶粘剂，但在步骤二中不加入石墨烯，仅加入相同质量的组合溶剂；
按照实施例一中的方法制备导热胶带，检测所述聚氨酯胶粘剂的导热系数和所述导热胶带的剥离强度，结果如表1所示。
表1
实施例 导热系数W/(m·K) 剥离强度N/20mm
实施例一 4.0 15
对比实施例 1.0 11
空白实施例 0.02 8
从表1可以看出，相较于直接添加石墨烯或者不添加石墨烯制得的导热胶带，通过本发明提供的方法制得的导热胶带，导热系数明显提高，剥离强度也有所提升。
实施例二
步骤一：将12重量份聚己内酯多元醇加入到反应釜中，真空脱水5小时。
步骤二：3重量份硅烷偶联剂对10重量份氧化石墨烯进行偶联处理，得到处理后的氧化石墨烯，将处理后的氧化石墨烯、以及77重量份组合溶剂加入到步骤一中所述反应釜，超声4小时；
其中，所述组合溶剂包括二氯甲烷和乙酮的组合物，其中二氯甲烷和乙酮的质量比为：6:1。
步骤三：将38重量份异氰酸酯、3重量份催化剂以及6重量份扩链剂加入步骤二中所述反应釜，加热80～90℃反应5小时；
其中，所述异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的组合物，其中甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的质量比为：12:1；所述催化剂为2,2-二吗啉基二乙基醚；所述扩链剂为乙二醇。
步骤四：步骤三中反应釜内的物质经80～90℃真空蒸馏、冷却出料制得聚氨酯胶粘剂。
按照实施例一中的方法制备导热胶带，检测所述聚氨酯胶粘剂的导热系数和所述导热胶带的剥离强度，结果如表2所示。
实施例三
步骤一：将14重量份聚己内酯多元醇加入到反应釜中，真空脱水6小时。
步骤二：5重量份硅烷偶联剂对6重量份氧化石墨烯进行偶联处理，得到处理后的氧化石墨烯，将处理后的氧化石墨烯、以及80重量份组合溶剂加入到步骤一中所述反应釜，超声8小时；
其中，所述组合溶剂包括二氯甲烷和乙酮的组合物，其中二氯甲烷和乙酮的质量比为：8:1。
步骤三：将38重量份异氰酸酯、3重量份催化剂、以及6重量份扩链剂加入步骤二中所述反应釜，加热80～90℃反应5小时；
其中，所述异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的组合物，其中甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的质量比为：15:1；所述催化剂为2,2-二吗啉基二乙基醚；所述扩链剂为二乙烯二胺。
步骤四：步骤三中反应釜内的物质经80～90℃真空蒸馏、冷却出料制得聚氨酯胶粘剂。
按照实施例一中的方法制备导热胶带，检测所述聚氨酯胶粘剂的导热系数和所述导热胶带的剥离强度，结果如表2所示。
实施例四
步骤一：将15重量份聚己内酯多元醇加入到反应釜中，真空脱水5小时。
步骤二：3.5重量份硅烷偶联剂对6重量份氧化石墨烯进行偶联处理，得到处理后的氧化石墨烯，将处理后的氧化石墨烯以及72重量份组合溶剂加入到步骤一中所述反应釜，超声4小时；
其中，所述组合溶剂包括二氯甲烷和乙酮的组合物，其中二氯甲烷和乙酮的质量比为：4.5:1。
步骤三：将40重量份异氰酸酯、5重量份催化剂、以及8重量份扩链剂加入步骤二中所述反应釜，加热80～90℃反应7小时；
其中，所述异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的组合物，其中甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的质量比为：12:1；所述催化剂为二丁基锡二月桂酸酯；所述扩链剂为二乙烯二胺。
步骤四：步骤三中反应釜内的物质经80～90℃真空蒸馏、冷却出料制得聚氨酯胶粘剂。
按照实施例一中的方法制备导热胶带，检测所述聚氨酯胶粘剂的导热系数和所述导热胶带的剥离强度，结果如表2所示。
表2
实施例 导热系数W/(m·K) 剥离强度N/20mm
实施例一 4.0 15
实施例二 4.5 14
实施例三 4.2 14
实施例四 4.7 16
从表2可以看出，通过本发明提供的方法制得的聚氨酯胶粘剂的导热系数稳定于4.0～5.0W/(m·K)，导热胶带的剥离强度也很稳定，说明所述聚氨酯胶粘剂具有优越的粘贴性能和导热性能。
本发明还提供一种导热胶带，其包括基材层，设于所述基材层的一侧或两侧的粘接层以及离型膜，所述粘接层夹设于所述基材层和所述离型膜之间。
应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。

Claims (10)

1.一种聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将10～15重量份聚酯多元醇加入到反应釜中，真空脱水4～6小时；
步骤二：1～5重量份硅烷偶联剂对5～10重量份氧化石墨烯进行偶联处理，得到处理后的氧化石墨烯，将处理后的氧化石墨烯以及70～80重量份组合溶剂加入到步骤一中所述反应釜，超声2～8小时；
步骤三：将30～40重量份异氰酸酯、1～3重量份催化剂以及4～8重量份扩链剂加入步骤二中所述反应釜，加热至80～90℃反应2-7小时；
步骤四：步骤三中反应釜内的物质经80～90℃真空蒸馏、冷却出料制得聚氨酯胶粘剂。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于，所述步骤一中聚酯多元醇包括聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚丁二烯多元醇以及多硫化物多元醇中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于，所述步骤二中组合溶剂包括二氯甲烷和乙酮的组合物，其中二氯甲烷和乙酮的质量比为：4～8:1。
4.根据权利要求1所述的聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于，所述步骤三中异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的组合物，其中甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的质量比为：10～15:1。
5.根据权利要求1所述的聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于，所述步骤三中扩链剂包括1,4-丁二醇、乙二醇、一缩二乙二醇、乙二胺、二乙烯二胺和三乙烯四胺中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于，所述步骤三中催化剂为2,2-二吗啉基二乙基醚或二丁基锡二月桂酸酯。
7.一种按照权利要求1至6中任一项制备方法制备得到的聚氨酯胶粘剂。
8.一种导热胶带，用于电子器件中各电子组件之间的连接，其特征在于，其包括基材层及叠设于所述基材层一侧或两侧的粘接层，所述粘接层由权利要求7所述的聚氨酯胶粘剂喷涂于所述基材层制得。
9.根据权利要求8所述的导热胶带，其特征在于，所述基材层为聚酯薄膜。
10.根据权利要求9所述的导热胶带，其特征在于，所述导热胶带还包括离型膜，所述粘接层夹设于所述基材层和所述离型膜之间。
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