[发明专利]一种聚氨酯-硫辛酸共聚物和/或其衍生物热界面材料、制备方法及其用途

说明书

本发明一种聚氨酯‑硫辛酸共聚物和/或其衍生物热界面材料、制备方法及其用途，属于高分子结构技术领域。本发明聚氨酯‑硫辛酸共聚物和/或其衍生物热界面材料，包含以下原料组分：已二酸二酰肼1～20质量份；异氰酸酯基聚合物1～20质量份；二甲基乙酰氨1‑100质量份；双端含烯烃、羟基、羧基、环氧或氨基的甲酸酯类聚合物1～20质量份；硫辛酸1～1000质量份；催化剂0.01～0.5质量份。本发明从分子设计的角度出发，在所合成的聚氨酯‑硫辛酸共聚和/或其衍生的热界面材料中，引入多重氢键、动态双硫键和大量的分子链缠结网络，从而实现其兼具高粘接性能、超高断裂能和界面接触热导。

技术领域

本发明属于高分子结构技术领域，特别涉及一种兼具高粘接性能、超高断裂能和低界面接触热阻的聚氨酯-硫辛酸共聚物和/或其衍生物热界面材料、制备方法及其用途。

背景技术

随着信息化时代高性能集成设备的快速发展，工业界对电子元器件的高效热管理提出了更高的要求。当器件处于声子平均自由程尺度时，此时界面接触热阻对热管理的影响高于材料的本征导热系数。因此如何降低热界面材料的界面接触热阻成为重要挑战。界面粘接性能和界面声子匹配程度是影响界面接触热导的两个重要因素，通过界面分子设计可有效提高热界面材料的粘接性能，例如：1)构建动态共价键、化学键等强界面相互作用力；2)在弹性体中引入分子链缠结网络结构和填料网络等增强断裂能。良好的粘接性能可有效填充电子元器件中的界面缝隙，达到减震的效果。优化界面粘接和声子匹配性能可进一步调控界面接触热导，但目前普遍面临以下难题：1)很难同时兼顾高粘接力和高断裂能来确保热界面材料的高粘接功；2)同时兼具高粘接性能和界面声子匹配来提高界面接触热导。

XiongweiZhao等合成硼硅氧烷低聚物作为环氧树脂的表面处理剂来构建界面氢键，环氧树脂与可加成固化液体硅橡胶之间的界面粘合性能可提高到0.18MPa(Zhao X,Zang C,Sun Y,et al.Borosiloxane oligomers for improving adhesion of addition-curable liquid silicone rubber with epoxy resin by surface treatment[J].Journal of Materials Science,2018,53(2):1167-1177.)；Michael G.Mazzotta等人指出环氧树脂、聚氨酯基丙烯酸树脂类聚合物粘接剂，通常具有极强的粘接力，但由于其本身的脆性所引起的低粘接功，通常会导致不希望的内聚失效(Mazzotta M G,Putnam A A,North M A,et al.Weak bonds in a biomimetic adhesive enhance toughness andperformance[J].Journal of the American Chemical Society,2020,142(10):4762-4768.)；JianyuLi等人受生物启发设计了一种包胶粘剂表面和耗散机制两层结构的粘接剂，前者通过静电相互作用、共价键和物理互穿附着在基材上，后者通过滞后放大能量耗散，粘接力为0.083±0.031MPa粘接功最高达1116J/m²(Li J,Celiz A D,Yang J,etal.Tough adhesives for diverse wet surfaces[J].Science,2017,357(6349):378-381.)。但是，上述工作在调控粘接力的时忽略了材料断裂能对粘接功的影响，在优化粘接功时又无法同时兼具高粘接力，这大大限制了热界面材料在实际环境中的应用。