科创中国
一种聚氨酯导热弹性体及其制备方法
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2023-09-26 16:53:53
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：“科创中国”天津中科院先进科技成果技术转移转化专业科技服务团| 宋学姮 | 2023-10-10 10:24:46
本发明涉及高分子材料技术领域，提供一种聚氨酯导热弹性体及其制备方法。聚氨酯导热弹性体制备方法包括以下步骤：S1：将蓖麻油和异佛尔酮二异氰酸酯混合，加热搅拌反应，得到三支化预聚物；S2：将三支化预聚物、聚四氢呋喃、双端含羟基硅油、扩链剂、填料和催化剂共混，搅拌，固化得到高导热柔性聚氨酯弹性体，其中，聚四氢呋喃的平均分子量为1000‑3000，双端含羟基硅油的平均分子量为1500‑2500，扩链剂为三乙醇胺，填料占高导热柔性聚氨酯弹性体的质量分数为37％～91％。本发明从聚氨酯导热弹性体的分子链结构的设计出发，在聚氨酯导热弹性体中所有交联点均使用三支化交联点，从而实现聚氨酯导弹性体的高导热率、低接触热阻和高柔顺性。
权利要求
1.一种高导热柔性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将蓖麻油和异佛尔酮二异氰酸酯混合，加热搅拌反应，得到三支化预聚物；
S2：将所述三支化预聚物、聚四氢呋喃、双端含羟基硅油、扩链剂、填料和催化剂共混，搅拌，固化得到所述高导热柔性聚氨酯弹性体，
其中，所述聚四氢呋喃的平均分子量为1000-3000，所述双端含羟基硅油的平均分子量为1500-2500，所述扩链剂为三乙醇胺，所述填料占所述高导热柔性聚氨酯弹性体的质量分数为37％～91％。
2.如权利要求1所述的高导热柔性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，所述蓖麻油、所述异佛尔酮二异氰酸酯和所述三乙醇胺的摩尔比为1：1：(0.2-1)：3：0.2。
3.如权利要求1所述的高导热柔性聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，所述蓖麻油、所述聚四氢呋喃、所述双端含羟基硅油、所述填料和所述催化剂所述的摩尔比为2：1：(0.2-2)：(1-45)：0.05。
随着电子产品的微型化和电子元器件的集成化，提高电子产品的散热功率已经成为确保电子元器件稳定性、可靠性和耐用性的技术关键和重要考虑因素。在热源和散热器的粗糙接触表面之间填充热界面材料(Thermal interfere materials，TIMs)以取代原本的空气间隙，建立有效的热传导通道，成为解决这一问题的关键。
聚氨酯弹性体因其在小应力下的大应变可逆变形性而具有良好的柔顺性，被广泛应用于电子封装材料、可拉伸电子、软机器人、微流体和生物医学设备等领域。大多数现有的聚氨酯弹性体存在导热性差的问题，若将这些聚氨酯弹性体应用于电子设备，会出现热量积聚的问题，这限制了它们在一些小型电子设备中的使用。提高聚氨酯弹性体导热性的常用方法是引入填料。然而，在聚氨酯弹性体中添加超过热渗透阈值的大量填料会显著降低顺应性。
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本发明的一个目的是提供一种如上任一项所述的高导热柔性聚氨酯弹性体的制备方法制备的高导热柔性聚氨酯弹性体。
进一步地，所述的高导热柔性聚氨酯弹性体包括以下组分：
聚氨酯树脂 9％-63％；填料 37％～91％，其中，所述聚氨酯树脂包括蓖麻油单元、异佛尔酮二异氰酸酯单元、聚四氢呋喃单元、双端含羟基硅油单元和扩链剂单元，所述聚四氢呋喃单元和所述双端含羟基硅油单元为所述聚氨酯树脂的软链段，所述异佛尔酮二异氰酸酯单元连接所述扩链剂单元和所述蓖麻油单元作为硬链段。
本发明从聚氨酯导热弹性体的分子链结构的设计出发，在聚氨酯导热弹性体中所有交联点均使用三支化交联点，利用其易变形，具有多种变形方向的特点，实现聚氨酯导热弹性体的高导热率(1.0-10W/mK)和低接触热阻(0.5-0.05℃×cm2/W)以及高柔顺性(断裂伸长率900％-2500％)。
技术合作
对比例2和实施例4相比，区别在于，将三乙醇胺替换为季戊四醇，使得对比例2制备的聚氨酯树脂交联点包括四支化交联点，相较于实施例4制备的高导热柔性聚氨酯弹性体交联点均使用三支化交联点，三支化柔顺性比四支化好，因此，实施例4制备的高导热柔性聚氨酯弹性体断裂伸长率大于实施例2制备的高导热柔性聚氨酯弹性体。
对比例3和实施例4相比，区别在于，将聚四氢呋喃的使用量减半，而端羟基硅油是我使用量加倍，大量的硅油使得制备的高导热柔性聚氨酯弹性体出现分相，从而使高导热柔性聚氨酯弹性体的力学性能下降，难以发生形变，使得热阻增加。
本发明从聚氨酯导热弹性体的分子链结构的设计出发，在聚氨酯导热弹性体中所有交联点均使用三支化交联点，利用其易变形，具有多种变形方向的特点，实现聚氨酯导热弹性体的高导热率(1.0-10W/mK)和低接触热阻(0.5-0.05℃×cm2/W)以及高柔顺性(断裂伸长率900％-2500％)。
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