一种LED环氧封装用改性聚苯硫醚光扩散剂及其制备方法与流程

【技术领域】

本发明属于led环氧封装领域，特别是涉及一种led环氧封装用改性聚苯硫醚光扩散剂及其制备方法。

背景技术：

led是一种点光源，在实际应用中通常需要将其转变成线光源或者面光源，使光线变得光亮柔和，实现这一转变，离不开一种不可缺少的光扩散材料。光扩散剂可以增加光的散射和透射，遮住发光源以及刺眼光源的同时，又能使整个树脂发出更加柔和、美观、高雅的光，达到透光不透明的舒适效果。光扩散剂作为环氧树脂的添加剂，可以有效地解决环氧树脂在光学方面问题。目前，光扩散剂主要有无机光扩散剂与有机光扩散剂。无机光扩散剂是个实心微珠球，光线无法透过这个实心球体，只有部分光线通过折射通过，因此影响亮度或透光。做灯管灯罩要求透光率50％以上的都不能选择无机光扩散剂。有机光扩散剂是透明或半透明，光线大部分可以通过，对材质的透光率影响较小，是光学材料很好的选择。因此，若能开发一种可以使环氧树脂发出柔和、美观、高雅的光，达到透光不透明的舒适效果的新型有机扩散剂尤其重要。

对于光扩散材料的透射和散射效果的研究一直备受学者的研究。现有技术中，专利号为cn200880111957.6公开了一种光扩散剂，其制备了表面具有多个凹坑的透明性和光学物性优异的球状树脂粒子，该光扩散剂的光扩散膜具有优异的光扩散性和总透光性。现有技术专利号为cn201010507644.1公开了一种高效光扩散材料及其制作方法与应用，通过采用包覆方法制备两层或两层以上壳体的微小球体，通过光线在基体材料与微小球体的界面以及微小球体各层之间的界面发生全反射，使原入射光的方向发生偏折，达到光扩散的效果。但是以上两篇专利涉及的扩散粉制备过程都比较困难，cn201010507644.1中提到的各层折射率不同的多层微球，其稳定批量生产的可能性较小；而专利cn200880111957.6提到的光扩散微球仍旧以传统的聚合物粉末为主，如聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯等等，和本发明的聚苯硫醚全芳聚合物相比，耐热性和耐老化性能仍然受到挑战。

聚苯硫醚是一类分子链中含有硫和芳基结构的聚合物，其具有优良的耐高温、耐腐蚀、耐辐射、阻燃、尺寸稳定性以及优良的电性能，使其被广泛应用在电子电气、机械、航天航空、化工等领域。而且近些年科研工作者们对聚苯硫醚改性的研究也是源源不断。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种led环氧封装用改性聚苯硫醚光扩散剂，具有高折射率、耐温和耐紫外性的优点，能够有效的提升led环氧封装胶的耐紫外、高韧性、高出光效率的特性。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种led环氧封装用改性聚苯硫醚光扩散剂，其包括聚苯硫醚母粒(pps)、特种环氧树脂，所述聚苯硫醚母粒(pps)与所述特种环氧树脂的配比为10:0.5～10:12，所述聚苯硫醚母粒的玻璃化转变温度为70～130℃、熔点为220～300℃。

进一步的，所述改性聚苯硫醚光扩散剂的结构通式为：

其中，n为15-100。

进一步的，所述特种环氧树脂的结构通式为：

中的一种或多种混合物。

进一步的，所述聚苯硫醚母粒的玻璃化转变温度为80～90℃、熔点为280～290℃。

本发明的另一主要目的在于提供一种led环氧封装用改性聚苯硫醚光扩散剂的制备方法：其包括以下步骤：

1)取设定量的特种环氧树脂溶解在有机溶剂中得到溶液a；

2)取设定量的聚苯硫醚母粒(pps)分散在所述溶液a中进行预反应，得到分散液b；

3)在氮气环境下，将分散液b在球磨机内研磨5-20min，重复上述研磨操作三次，温度控制在60℃以下，得到产物c；

4)将所述产物c用甲醇或乙醇洗涤去溶剂后，进行烘干，得到最终的高折射率的白色粉末，即改性聚苯硫醚光扩散剂。

进一步的，所述聚苯硫醚母粒(pps)与所述特种环氧树脂的配比为10:0.5～10:12。

进一步的，所述聚苯硫醚母粒的玻璃化转变温度为70～130℃、熔点为220～300℃。

进一步的，所述聚苯硫醚母粒的玻璃化转变温度为80～90℃、熔点为280～290℃。

进一步的，所述步骤1)中的所述有机溶剂为n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、甲苯、乙酸乙酯、pgmea中的一种或多种混合。

进一步的，所述改性聚苯硫醚光扩散剂的粒径为0.1～30μm。

由于聚苯硫醚属于芳香主链的聚合物材料，本身具有耐热、耐老化等优异性能，本发明用聚苯硫醚作为光扩散剂改性封装用环氧树脂，与现有技术相比，本发明的方法更为优异。为使得聚苯硫醚粉末在led环氧封装胶中容易分散，采用特种环氧树脂对其进行端巯基进行改性，研磨改性后的聚苯硫醚粉末粒径更细、更均匀；并且包覆了特种环氧树脂，与封装胶环氧树脂的界面结合性更好，能够大幅改善环氧封装胶的韧性，达到增韧的效果。聚苯硫醚在聚合物中折射率非常高，可以达到1.66以上，因此，其粉末作为led用环氧封装胶的光扩散材料具有更优异光学特性、达到出光效率高的效果。

与现有技术相比，本发明一种led环氧封装用改性聚苯硫醚光扩散剂及其制备方法的有益效果在于：是一种具有高折射率、耐温、耐紫外性能优异的改性聚苯硫醚光扩散剂，在led环氧封装胶中容易分散，能够大幅改善环氧封装胶的韧性，达到增韧的效果，并且能够使led用环氧封装胶具有更优异光学特性、达到出光效率高的效果。

【附图说明】

图1为本发明实施例中样品的三点弯曲测试图；

图2为本发明实施例中样品的tma测试图；

图3为本发明实施例中样品的粒径分散图；

图4a、4b为本发明实施例中样品的光学测试。

【具体实施方式】

实施例1：

第一步，先将50mlnmp溶液加入到洁净干燥的三口瓶中，通上氮气，第二步将2.5g的特种环氧树脂e-1溶解在nmp有机溶剂中，加热至60℃帮助溶解，持续搅拌1h；第三步将47.5gpps母粒均匀分散在第二步的混合溶液中，然后将温度升至100℃持续搅拌4～6小时，待反应结束后自然降至室温；最后在氮气保护环境下，将第三步所得的分散液在球磨机内研磨10min，重复三次，温度控制在60℃以下，产物用甲醇或乙醇洗涤去除溶剂后，用真空干燥箱50℃负压进行烘干，得到高折射率的改性聚苯硫醚白色粉末p-1。

取3.5gp-1加入到市售双组份封装胶中(a剂为改性的环氧树脂，b剂为改性的酸酐固化剂)a剂5g、b剂5g；将样品固化成特定尺寸的样条进行性能测试；固化条件为150℃、4小时。

实施例2：

第一步，先将50mlnmp溶液加入到洁净干燥的三口瓶中，通上氮气，第二步将8.33g的特种环氧树脂e-2溶解在nmp有机溶剂中，加热至60℃帮助溶解，持续搅拌1h；第三步将42.67gpps母粒均匀分散在第二步的混合溶液中，然后将温度升至160℃持续搅拌4～6小时，待反应结束后自然降至室温；最后在氮气保护环境下，将第三步所得的分散液在球磨机内研磨10min，重复三次，温度控制在60℃以下，产物用甲醇或乙醇洗涤去除溶剂后，用真空干燥箱50℃负压进行烘干，得到高折射率的改性聚苯硫醚白色粉末p-2。

取3.0gp-2加入到市售双组份封装胶中(a剂为改性的环氧树脂，b剂为改性的酸酐固化剂)a剂5g、b剂5g。将样品固化成特定尺寸的样条进行性能测试，固化条件为150℃、4小时。

实施例3

第一步，先将50mlnmp溶液加入到洁净干燥的三口瓶中，通上氮气，第二步将16.67g的特种环氧树脂e-3溶解在nmp有机溶剂中，加热至60℃帮助溶解，持续搅拌1h；第三步将33.33gpps母粒均匀分散在第二步的混合溶液中，然后将温度升至80℃持续搅拌4～6小时，待反应结束后自然降至室温；最后在氮气保护环境下，将第三步的分散液在球磨机内研磨10min，重复三次，温度控制在60℃以下，产物用甲醇或乙醇洗涤去除溶剂后，用真空干燥箱50℃负压进行烘干，得到高折射率的改性聚苯硫醚白色粉末p-3。

取3.0gp-3加入到市售双组份封装胶中(a剂为改性的环氧树脂，b剂为改性的酸酐固化剂)a剂5g、b剂5g。将样品固化成特定尺寸的样条进行性能测试，固化条件为150℃、4小时。

实施例4：

第一步，先将50mlnmp溶液加入到洁净干燥的三口瓶中，通上氮气，第二步将20.58g的特种环氧树脂e-4溶解在nmp有机溶剂中，加热至60℃帮助溶解，持续搅拌1h；第三步将29.41gpps母粒均匀分散在第二步的混合溶液中，然后将温度升至160℃持续搅拌4～6小时，待反应结束后自然降至室温；最后在氮气保护环境下，将第三步的分散液在球磨机内研磨10min，重复三次，温度控制在60℃以下，产物用甲醇或乙醇洗涤去除溶剂后，用真空干燥箱50℃负压进行烘干，得到高折射率的改性聚苯硫醚白色粉末p-4。

取3.5gp-4加入到市售双组份封装胶中(a剂为改性的环氧树脂，b剂为改性的酸酐固化剂)a剂5g、b剂5g。将样品固化成特定尺寸的样条进行性能测试，固化条件为150℃、4小时。

实施例5：

第一步，先将50mlnmp溶液加入到洁净干燥的三口瓶中，通上氮气，第二步将27.27g的特种环氧树脂e-5溶解在nmp有机溶剂中，加热至60℃帮助溶解，持续搅拌1h；第三步将22.73gpps母粒均匀分散在第二步的的混合溶液中，然后将温度升至140℃持续搅拌4～6小时，待反应结束后自然降至室温；最后在氮气保护环境下，将第三步的分散液在球磨机内研磨10min，重复三次，温度控制在60℃以下，产物用甲醇或乙醇洗涤去除溶剂后，用真空干燥箱50℃负压进行烘干，得到高折射率的改性聚苯硫醚白色粉末p-5。

取4.5gp-5加入到市售双组份封装胶中(a剂为改性的环氧树脂，b剂为改性的酸酐固化剂)a剂5g、b剂5g。将样品固化成特定尺寸的样条进行性能测试，固化条件为150℃、4小时。

实施例6：

第一步，先将50mlnmp溶液加入到洁净干燥的三口瓶中，通上氮气，第二步将27.27g的特种环氧树脂e-6溶解在nmp有机溶剂中，加热至60℃帮助溶解，持续搅拌1h；第三步将22.73gpps母粒均匀分散在第二步的混合溶液中，然后将温度升至140℃持续搅拌4～6小时，待反应结束后自然降至室温。最后在氮气保护环境下，将第三步的分散液在球磨机内研磨10min，重复三次，温度控制在60℃以下，产物用甲醇或乙醇洗涤去除溶剂后，用真空干燥箱50℃负压进行烘干，得到高折射率的改性聚苯硫醚白色粉末p-6。

取4.5gp-5加入到市售双组份封装胶中(a剂为改性的环氧树脂，b剂为改性的酸酐固化剂)a剂5g、b剂5g。将样品固化成特定尺寸的样条进行性能测试。固化条件为150℃、4小时。

测试方法：

1)三点弯曲测试：根据iso899-2测试标准，将改性聚苯硫醚光扩散剂按一定比例混合在市售的环氧封装胶中固化成80*10*4(mm)的样条，用th-8203a拉力机进行三点弯曲测试。测试过程中夹具下移速度为50mm/min,直至样条断裂。

2)玻璃化转变(tg)和线性热膨胀系数(cte)测试：将改性后的聚苯硫醚光扩散剂按一定比例混合在市售的环氧封装胶中固化成样片，使用梅特勒-托利多(tma/sdta2+)热机械分析仪测试tg和cte。测试过程中30℃开始280℃结束，升温速率为10℃/min。

3)粒径测试：将改性的聚苯硫醚光扩散剂研磨烘烤后超声分散在乙醇溶剂中，用珠海真理光学仪器公司的lt3600plus激光粒径测试仪测试得到。

4)光学测试：使用捷新厂家的le4030烧测电流源光学测试仪测试得到。测试方法为：将改性后的光扩散剂复配到市售的led环氧封装胶中，将封装好的灯珠放在光学积分球上进行光学测试。

上述各实施例1～6的初始光通量、老化光衰、cte、玻璃化转变tg、粒径测试结果如表1所示。

表1

表1所测试的各项性能结果均是实施例中加入改性聚苯硫醚之后的测试结果，通常未改性的led环氧树脂封装胶老化之后光通量都会成下降趋势，并且tg也会降低，热膨胀系数cte一般超过200ppm/k，而加入本实施例中提到的改性聚苯硫醚光扩散剂之后，光衰不降低反而越来越高，能始终保持很好的出光效果，tg也能随之升高，cte也有大幅的下降，体现出了优越的性能。

图1为实施例1～6中的部分样品的三点弯曲测试图，正常情况下环氧树脂固化后为脆性材料，不能弯曲，三点弯曲测试力值很小就会被压断，而本实施例中加入改性后的聚苯硫醚光扩散剂后，断裂的力将近160n，说明加入改性的聚苯硫醚光扩散剂对其韧性提高很多。

图2为实施例1～6样品中线性膨胀系数cte性能较好的tma测试图，从图2中可以看出加入改性后的聚苯硫醚光扩散剂tma测试的cte结果明显降低，tg温度也比未改性的要高，很好地说明了加入改性聚苯硫醚光扩散剂之后测试结果更好。

图3为改性聚苯硫醚光扩散剂的粒径分散图，图3中尖峰很窄，很好地体现出改性剧本硫醚光扩散剂的粒径分布很均匀，粉体粒径均匀出光效果越好。

针对实施例1～6部分样品进行了光学测试，测试结果如图4a、4b，从测试图结果显示得知，点亮之后出光干净无杂质，绿色光准确的打在绿光坐标轴中间，波峰也显示在绿光中间，很好地说明了加入改性后聚苯硫醚光扩散剂出光效率高、光线柔、与环氧封装胶界面结合良好。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

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