[发明专利]一种有机硅-聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED光学材料的制备工艺，尤其涉及一种有机硅-聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备方法。

背景技术

LED是一种新型的绿色环保的节能光源，它不但能够高效率地直接将电能转化为光能，而且拥有最长达数万小时至10万小时的使用寿命，同时具备省电、环保无汞、体积小、响应快、抗震能力强、维修少、无红外辐射且无汞污染、显色好、色域丰富等优点，目前已成为目前世界各国积极发展的方向，成为人们日常生活中最热门、最瞩目的光源，是国际照明和显示发展的必然趋势。无论是LED灯珠封装还是灯具，构成其结构的核心器件都可以划分为三个部分：芯片（半导体器件）、光学器件和散热器件，目前国内在芯片和散热方面的研究报道非常多，对高性能光学材料的研究比较少，大部分高端光学材料及器件仍然都需要进口，然而对LED的发展来说，光学材料的重要性绝不亚于其他两类材料。

LED光学材料的用途主要有：a.封装胶；b.封装透镜；c.灯具导光板。其中，封装透镜目前主要是用聚碳酸酯（PC）和环氧树脂，这两种树脂具有良好的耐热性和高的机械强度，其中环氧树脂的耐水性较差，PC的价格相对较贵，更致命的缺陷就是，它们都普遍含有双酚A苯环结构，因此在LED蓝光的长期轰击下容易被氧化而出现黄化现象，严重缩短了LED的使用寿命(详见宋蕊，朱光明.航空聚碳酸酯老化研究进展[J].塑料工业，2011，39(10):5-16；丁著明；吴良义；范华；田呈祥.环氧树脂的稳定化(Ⅰ)环氧树脂的老化研究进展[J]、热固性树脂，2001，16(5)：34-41)。灯具导光板也可以做成二次光学透镜，目前市场上普遍使用的是普通玻璃和有机玻璃，其中普通玻璃存在重量大，在运输过程中容易打碎，透光率不理想等缺点；而有机玻璃则存在耐高低温性能差，吸水率较大等缺陷，在较高温度或外界低温环境下在长期使用会出现开裂等，目前仍无法全面推广使用。由上可见，光学材料是LED产品的重要组成部分，而当前所使用的光学材料的诸多缺陷已经成为了LED发展的最大瓶颈之一，系统地研究新型的光学材料，提升材料光学、力学和热学等性能，不仅可以大幅提高LED产品的质量，而且可以降低产品的生产成本，冲击国外对高端技术的垄断现状。

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，俗称有机玻璃，是一种重要的有机透明材料，它具有优异的光学性能，其透光率比普通无机玻璃高10%以上，可以在蓝光长期照射下光衰极小。此外PMMA成本低廉，具有优良的化学稳定性、加工性能、耐候性和电绝缘性，所以它广泛用于农业、航空、建筑、光学仪器等领域。有机玻璃的主要缺点是耐热性差，吸水率高，其玻璃化温度一般在85—110℃之间，短期使用温度不超过120℃，故主要应用在要求透明和耐侯，而温度不太高和强度不太大的场合，限制了其在LED诸多方面的应用。针对这些缺点，国内外进行了许多改性研究。PMMA的改性就是对该聚合物的分子链结构、分子链的聚集态结构和(或)织态结构进行某些调整和改变，从而使材料的某些性能得以改善和提高。从实际应用的角度来看，PMMA的改性主要集中在耐热性、耐磨损、增韧、阻燃等方面。目前已报道的有机玻璃改性方法主要有：(l)共聚、交联增韧；(2)掺入第二相粒子共混增韧；(3)采用互穿聚合物网络结构；(4)采用双轴定向拉伸及多层复合工艺；(5)纤维增强增韧。这些方法多数对有机玻璃的性能提高有限，或严重降低其透光性，且同时会带来材料光衰大，抗氧化性能下降的问题，仍然无法满足LED的需求（详见：刘继纯，李晴媛，付梦月等、聚甲基丙烯酸甲酯改性研究进展[J]、化工新型材料，2009，37(1)：5-7；阎利，黄承亚，王绍东、有机玻璃增韧改性的研究进展[J]、中国塑料2001，15(11)：10-14.）。

有机硅材料是目前在LED封装方面应用最广泛的一类材料，主要以聚硅氧烷为骨架结构，通过侧链基团、支链结构、交联程度和填料类型的变化，目前已经市面上已有上百种不同性能的产品。由于硅氧键是50％离子键特征的共价键，通常的有机硅材料都兼备了无机材料和有机材料的综合性能，例如表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质，以及耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性。同时，作为LED封装材料，以道康宁的产品为例，其最佳性能可以达到零光衰，超高透光率（>98%）。有机硅材料在光电等实际应用领域中需要解决机械强度、透光率、硬度、粘接能力、稳定性和可靠性等多方面的技术难题（详见：幸松民，王一璐、有机硅合成工艺及产品应用[M]、北京：化学工业出版社，2002.）。