功率型LED封装用聚硅氧烷的合成及性能研究

发布时间：2017-08-31 06:36

  本文关键词：功率型LED封装用聚硅氧烷的合成及性能研究

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【摘要】：继白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯（HID）以后，作为第四代照明光源，LED（Light-Emitting Diode，简称LED，发光二极管）成为新能源领域中发展迅速的产业之一。作为LED产业链中与市场联系最为密切的环节，LED封装材料一直是新材料行业中研究的热点。随着功率型LED器件的发展，对LED封装材料的光学性能（折射率，透光率等）要求越来越高，同时要求封装材料具有较高的硬度，较好的耐高温性以及粘结性能等。因此，原有的环氧树脂或改性环氧树脂不能满足功率型LED的封装需要。目前我国LED的封装约占全世界的65%，封装用的高功率LED胶全部依赖进口，且价格昂贵，严重制约我国相关产业革命的发展，特别是自2008年金融危机以来，高功率LED封装胶开发与应用成为制约我国LED产业发展，因此设计并合成新型LED封装材料具有重要的现实意义。 聚硅氧烷作为室温硫化硅橡胶的基础聚合物，由于其分子结构特点，为新型LED封装用首选材料，是决定LED封装性能的关键因素。聚硅氧烷分子结构主要有乙烯基封端、环氧封端和羟基封端三种结构。不同分子结构具有完全不同的性能，因此设计与合成满足功率型LED封装用聚有机硅氧烷，是开发功率型LED封装胶基础。 本文根据修正原子贡献法，计算了不同折光率的聚硅氧烷分子中功能基团含量，设计了多种聚有机硅氧烷分子，以设计的分子结构为目标物，在四甲基氢氧化铵（Me4NOH）催化作用下，进行定向合成与结构表征，进一步研究其封装性能，探讨了影响封装性能的因素，为制备满足功率型LED封装要求的有机硅橡胶提供了一定的技术支持。 本论文的主要研究内容如下： （1）根据修正原子贡献法计算各功能基团对聚硅氧烷分子摩尔折射度的影响，得出聚硅氧烷分子结构与其折射率的关系，以此为依据设计并合成了系列高苯基室温硫化聚硅氧烷，将合成产物摩尔折射率与计算的摩尔折射度进行比较。结果表明：利用修正原子贡献法原理计算的聚硅氧烷分子折射度与合成产物实测折射率具有高度一致性；分子结构中，基团体积越大，其含量变化对分子折射率影响也越大。最终合成了折射率均在1.52以上的聚硅氧烷分子，符合功率型LED器件的封装要求。 （2）在四甲基氢氧化铵（Me4NOH）的催化下，，八甲基环四硅氧烷（D4）、四甲基四苯基环四硅氧烷（DPh4）和四甲基四乙烯基环四硅氧烷（DVi4）与不同的封端剂（环氧基双封头、乙烯基双封头和1,3-二（3-羟基丙基）-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷）进行阴离子开环聚合反应，合成三个系列封端的聚硅氧烷分子。并对其结构和性能进行分析，通过改变合成条件和原材料用量，控制产物黏度和分子量，研究了不同结构对产物折射率，透光率，耐热性和粘结性能等的影响，比较得出乙烯基存在的条件下少量环氧基的引入较好的改善了材料的粘结性能和力学性能，本章合成的性能较高的聚硅氧烷作为功率型LED封装胶的基础聚合物进行下一步硫化反应。 （3）以自制的聚硅氧烷作为基础络合物，选用不同的交联剂，以不同的Si-H：Si-CH=CH2比值进行硫化反应，得到了具有良好光学性能（折射率1.52以上、透光率95%以上）的室温硫化硅橡胶，并在此基础上研究了聚硅氧烷分子结构、交联剂种类及交联剂用量对室温硫化硅橡胶的硬度的影响，为开发制备高性能的室温硫化硅橡胶提供了有效的理论依据。
【关键词】：聚硅氧烷 修正原子贡献法 阴离子开环聚合 封端剂 交联网络
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM923.34
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-13
• 符号与缩写词说明13-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 LED 封装胶概述15-18
• 1.2 聚硅氧烷的不同结构18-22
• 1.2.1 端环氧基有机聚硅氧烷19-20
• 1.2.2 端乙烯基有机聚硅氧烷20-21
• 1.2.3 端羟基有机聚硅氧烷21-22
• 1.3 加成型硅橡胶的硫化22-23
• 1.4 功率型 LED 封装用有机硅国内外发展现状23-24
• 1.5 本论文研究内容24-26
• 第二章 功能基聚硅氧烷摩尔折射度的计算与分子结构设计26-38
• 2.1 摩尔折射度与折射率的关系27-28
• 2.2 实验部分28-33
• 2.2.1 硅氧烷环体的折射度计算28-29
• 2.2.2 高苯基室温硫化聚硅氧烷折射度的计算及分子结构设计29-33
• 2.3 高苯基室温硫化聚硅氧烷分子的可控合成33-36
• 2.3.1 原材料与设备33-34
• 2.3.2 实验设计34-35
• 2.3.3 高苯基室温硫化聚硅氧烷分子的可控合成35-36
• 2.3.4 高苯基室温硫化聚硅氧烷的折射率测试36
• 2.4 本章小结36-38
• 第三章 不同封端基团聚硅氧烷的合成与结构表征38-58
• 3.1 实验部分38-43
• 3.1.1 原材料与仪器设备38-39
• 3.1.2 不同封端基团的聚硅氧烷分子的设计与合成39-43
• 3.2 结构表征与性能测试43-44
• 3.2.1 FT-IR 分析43
• 3.2.2 1H-NMR 分析43-44
• 3.2.3 折射率测试44
• 3.2.4 黏度分析44
• 3.2.5 GPC 分析44
• 3.2.6 TGA 分析44
• 3.2.7 透光率测试44
• 3.2.8 红药水试验44
• 3.3 结果与讨论44-57
• 3.3.0 三种不同聚硅氧烷的产物结构表征分析44-49
• 3.3.1 黏度测试49-50
• 3.3.2 聚硅氧烷分子中苯基含量对折射率的影响50-51
• 3.3.3 聚硅氧烷分子分子量及其分布宽度分析51-53
• 3.3.4 透光率的测定53-54
• 3.3.5 环氧基团对聚硅氧烷粘结性的影响54-56
• 3.3.6 不同封端基团的聚硅氧烷的热失重分析56-57
• 3.4 本章小结57-58
• 第四章 高光学性能 LED 灌封胶硬度的提高58-68
• 4.1 实验部分58-61
• 4.1.1 主要原料58-59
• 4.1.2 主要设备和仪器59-60
• 4.1.3 胶料的制备60-61
• 4.1.4 性能测试61
• 4.2 结果与讨论61-66
• 4.2.1 硅橡胶光学性能的测定61-62
• 4.2.2 基胶的核磁测试62-63
• 4.2.3 乙烯基含量对硬度的影响63-65
• 4.2.4 交联剂种类对硬度的影响65-66
• 4.3 结论66-68
• 结论68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文76

【参考文献】

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本文编号：764035