[发明专利]一种LED封装用有机硅材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用正硅酸乙酯制备LED封装用MQ树脂补强材料。

背景技术

目前人类在照明领域所消耗的能源十分巨大，研制新的、更具有节能效果的照明器具对于世界具有重要意义。LED技术是目前最有发展前景的高技术领域之一，其中白光LED已经被广泛应用于照明、车灯、液晶电脑背光光源、手机和电视等等。LED灯具有能耗小、寿命长、无污染等一系列优点，对于满足人类在节能环保方面的需求以及缓解能源及环境危机十分有益。封装材料对于LED灯至关重要，因为封装材料的品质会影响到包括封装、组配以及装置的可靠性和使用寿命等等。因此研制出耐热冲击、无黄变、高折光率及高透光率的封装材料是LED制造中非常关键的技术。伴随着光效的提高和新材料的应用，环氧树脂已经不能满足LED封装的要求。有机硅材料具有良好的耐热性能、优异的光学性能。但其机械性能较差，需要添加补强填料才能应用于LED封装。MQ树脂与乙烯基硅油具有良好的相容性，作为补强填料不会显著改变硅油的粘度和透明度，是理想的补强填料。

在硅树脂中，硅原子可与一个、两个、三个有机基团相结合，其余的化合价则由氧来饱和。因此构成硅树脂的基本单元结构有四种，具体如表1所示，其中R可为甲基、乙基、乙烯基或氢等等。在硅树脂中，MQ树脂即为由单管能链节(Me₃SiO，即M)与四官能链节(SiO₂，即Q)构成的硅树脂。

随着M/Q比值的不同，MQ树脂具有不同的分子量，呈现出从粘性流体到粉末态固体的不同状态。其物理性质，包括密度、透明度、粘度、软化点、亲油亲水性和增粘性也随之而发生变化。

表1硅树脂的结构单元

由于以上优势，目前已有不少专利文献报道了具有高折射率的有机硅材料体系，其中可用于LED封装材料的有机硅的折射率最高已达到1.57。如专利CN101935455A采用D₄和D₄^Vi为基础水解物，以四甲基二乙烯基二硅氧烷为封端剂，四甲基氢氧化按为催化剂制备出乙烯基硅油。采用D₄、D₄^H、含氢双封头和阳离子交换树脂制备出含氢硅油。加入M/Q＝1.0、乙烯基含量为0.2015mmol/g的MQ树脂作为补强填料，以氯铂酸为催化剂。同时在固化体系中加入乙烯基三甲氧基硅烷，在不影响产品透光率和硫化速度的前提下，改善了封装材料与支架的粘结力。制备出的有机硅材料硬度为0～80shore A，折光率达1.41，透光率最高达98％的有机硅材料。但当硬度较高时，树脂的断裂伸长率较低。专利CN101619170A采用乙烯基硅烷和含氯硅烷为原料，制备过程中要经过水洗以及中和工序，产生大量的废酸，腐蚀设备，污染环境。但以上研究成果还仅限于实验室研究阶段，未见相关产品的工业化生产。目前大功率LED的封装材料主要依赖进口，直接提高了LED灯具的生产成本，影响了LED器件的规模生产以及快速发展。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，在产品具有较好的光学性能前提下，力学性能实现较大的提高。

本发明需要解决的另一个问题是提高MQ树脂与乙烯基硅油的相容性，使得补强后的有机硅材料具有较好的力学性能。

本发明首先用正硅酸乙酯(TEOS)法制备出MQ树脂，即在盐酸催化作用下，以乙醇(ETOH)为溶剂、六甲基二硅氧烷(MM)和四甲基二乙烯基二硅氧烷(M^ViM^Vi)为封端剂，通过脱水缩合反应制备出甲基乙烯基MQ树脂。得到的MQ树脂数均分子量分布宽度为1500～2500。本发明涉及的有机硅材料，其特征在于先将MQ树脂分散于乙烯基硅油得到液体基础胶，即A组分。再将含氢硅油和A组分按照Si-H/Si-Vi＝1.2～2.0混合，然后加入铂催化剂(7～15ppm)，混合均匀后真空脱泡20～50min，90℃和150℃下分别硫化一段时间得到LED封装用有机硅材料。

一种LED封装用有机硅材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将正硅酸乙酯、六甲基二硅氧烷、四甲基二乙烯基二硅氧烷、盐酸、乙醇、水加入到反应器中，边搅(100～300rpm)拌边升温至70～80℃，反应2～3h；反应完成后，冷却至室温，加入萃取剂进行萃取，静置分层，分离出下层有机层，用醇水混合溶液洗涤至中性，得到固含量为50～70％的MQ树脂溶液；