制备导热颗粒的制作方法
【专利说明】制备导热颗粒
【发明内容】
[0001] 本文描述了制备具有至少IX 106Ω-cm的体积电阻率的导热颗粒的方法，W及包 含运些导热颗粒的绝缘组合物。
[0002] 电气装置，诸如发光二极管(LED)已经发展得更强力并且产生更大的电气输出，同 时它们变得小型化并且更多地集成到甚至更小的外壳中。具体地讲，就L邸而言，L邸的光输 出越高，电能需求越大并且热输出越大。高功率电气装置诸如Lm)的热管理对于保持装置的 长期功能和安全性能是至关重要的。因此，此类高功率装置的热管理已导致需要将热在外 壳内耗散同时保留电绝缘W避免电击。具体地讲，在一些Lm)中，外壳用作散热器并且侣通 常用作散热器材料。然而，此类金属外壳较重并且是导电的。
[0003] 为了有助于解决高功率电气装置的外壳中的热管理同时减小外壳的电导率的需 要，导热但电绝缘的颗粒已成为当前研究的关注点。目的是将运些颗粒共混入聚合物组合 物中从而提供适用于高功率电气装置的外壳和其它元件的聚合物组合物。
[0004] 日本专利申请公布2010-024406公开了在天然石墨的表面上形成二氧化娃水合物 的膜的方法，其中将天然石墨和四乙氧基娃酸盐、偶联剂加入异丙醇中。日本专利申请公布 2011/089216公开了石墨化短纤维，其具有在其表面上的碳化娃层并用作具有绝缘特性的 导热材料。碳化娃层通过在一氧化娃气体中在超过l〇〇〇°C下赔烧来涂覆。日本专利申请公 布2009-235650公开了在纤维碳体系材料上形成绝缘涂层。日本专利申请公布09-309710和 肝08-259838公开了非导电碳质粉末的制备。美国专利申请公布2011/0129672公开了用于 化妆品应用的非球形中空颗粒的硅烷涂覆方法。美国专利8，110,284公开了微胶囊，其用娃 烧化合物包封。美国专利6，919，106公开了使用硅烷化合物制备多孔S0G膜。
[0005] 本文描述了表现出热导率与电绝缘的导热颗粒，其通过将阳离子表面活性剂或两 性表面活性剂、水解催化剂和二氧化娃前体混合的方法来制备。本文还描述了包含运些导 热颗粒的电绝缘聚合物组合物。
【附图说明】
[0006] 图1示出了在实施例1的导热颗粒的深度方向上通过俄歇电子能谱（Auger electron spectroscopy，AES)分析的结果。
[0007] 图2描绘了用于测量在实施例中制得的导热颗粒的体积电阻率的装置。
[000引图3描绘了通过本文所述的方法制得的导热颗粒。
【具体实施方式】
[0009]
[0010] W下定义和缩写旨在用来解释说明书中所讨论的W及权利要求书中所引用的术 语的含义。
[0011] 如本文所用，术语"发光二极管"或"LED"是指一种装置，该装置包括至少一个发光 半导体二极管、能够将二极管连接到电路的电连接、W及部分地包围所述二极管的外壳。 L邸可任选地具有完全地或部分地覆盖L邸的透镜。
[0012]如本文所用，术语"LED外贵'或"外壳'是指LED的结构元件，所述LED的至少一部分 结构元件、优选全部结构元件包含本文所公开的聚合物组合物和涂覆的基于碳的颗粒，并 且其中所述外壳部分地或完全地围绕二极管，W便形成围绕所述二极管的腔体，其中所述 外壳具有由二极管发射的光射出的开口。
[0013] 如本文所用，术语"基于碳的颗粒"是指不呈纤维形式的基于碳的颗粒。基于碳的 颗粒还包括碳粉末和碳薄片。基于碳的颗粒可W为天然存在的碳或人造碳。基于非纤维碳 的颗粒具有小于2的纵横比（长度与宽度的比率）。此类颗粒通常为圆形、楠圆形、平坦的或 不规则的形状。
[0014] 如本文所用，术语"石墨薄片"是指不呈纤维形式的石墨颗粒。石墨薄片还包括石 墨粉末和石墨颗粒。石墨可为天然存在的石墨或人造石墨。非纤维石墨和石墨薄片具有小 于2的纵横比（长度与宽度的比率）。此类薄片通常为圆形、楠圆形、平坦的或不规则的形状。
[0015] 如本文所用，术语"无定形二氧化娃前体"是指化合物或材料，其在暴露于催化剂 时，导致基于二氧化娃的材料的形成或产生，所述基于二氧化娃的材料可用于涂覆颗粒使 得颗粒电绝缘和导热。
[0016] 如本文所用，术语"收集"是指一种方法，通过所述方法将涂覆的基于碳的颗粒从 其中所述颗粒被涂覆的溶液中分离和隔离。
[0017] 如本文所用，术语"涂覆"是指基于碳的颗粒在其整个表面上具有基于二氧化娃材 料的层，诸如Si化涂层。二氧化娃材料的层完全封装或包封颗粒。
[0018] 如本文所用，术语"涂覆的基于碳的颗粒"是指其中颗粒的外表面可完全或部分涂 覆有使得颗粒电绝缘和导热的材料的颗粒。
[0019] 如本文所用，术语"体积电阻率"是指材料的电阻率并且是用于测定材料的电绝缘 容量的方法。体积电阻率通过将样品碳颗粒置于具有端子的两个电极之间的透明圆柱中来 测量。电极的表面积为0.785cm2。通过端子施加1000V的电压并且测量颗粒的电阻率。由颗 粒的重量和体积计算填充比。
[0020] 如本文所用，术语颗粒的"纵横比"是指颗粒的长度除W其宽度的比率。
[0021] 如本文所用，术语"胶态二氧化娃"是指细小无定形、无孔的并且通常是球形的二 氧化娃颗粒悬浮于液相中的悬浮液，并且是用于本文所述的方法中的二氧化娃前体。所述 液体通常是出0。
[0022] 如本文所用，术语"水玻璃"是指溶于水中的任何数量的相关娃酸钢物质。
[0023]
[0024] 如本文所用，"PDMS"是指聚二甲基硅氧烷。
[0025] 如本文所用，"SiOx"是指二氧化娃。
[0026] 如本文所用，AqAmphitol? 和 AqCapstcme? 分别是指 Am 恤 itof 和 Capstone? 的 水性溶液，其在材料部分中详细描述。
[0027] 如本文所用，"IPA"是指如溶剂部分中所述的水和异丙醇的水性溶液。
[002引如本文所用，"Aq N出"和"氨水"是指氨水溶液，其作为水解催化剂用于本文所述 的方法中。
[0029]如本文所用/'Aq紐owtex?"是指如材料部分中所述的筑lowtex?水溶液。
[0030] 如本文所用，"肥r是指盐酸。
[0031] 如本文所用，"水玻璃"是指W水性溶液形式购得的，具有式化2(Si化)nO的任何娃 酸钢化合物的常用名。
[0032] 如本文所用，"wt%"是指重量百分比。
[0033] 如本文所用，"μπι"是指微米。
[0034] 如本文所用，"nm"是指纳米。
[0035] 莖围
[0036] ^^另外指明，本文所述的任何范围均明确地包括其端值。将量、浓度或其它值或 参数阐述为一个范围具体地公开了由任何上限和任何下限的任一对所形成的所有范围，而 不考虑本文是否明确公开了每个此类可能的上限和下限对的任何指定范围。需要明确的 是，本文所述的方法、组合物、方法和制品并不仅限于本文明确说明的那些指定范围。
[0037] 优选的变型
[0038] 本文在材料、方法、步骤、值和/或范围等方面所公开的方法、组合物和制品的任何 变体，不论是否被识别为优选的变体，具体地旨在公开任何方法和制品，包括此类材料、方 法、步骤、值、范围等的任何组合。为了给权利要求提供图形和足够的支持，任何此类公开的 组合具体地均旨在作为本文所述方法、组合物和制品的优选变体。
[0039] 一般情况
[0040] 本文描述了用于制备导热的二氧化娃涂覆的碳颗粒的方法，所述碳颗粒具有至少 1 X 106 Ω-cm的体积电阻率，所述方法包括在溶剂中将碳颗粒、阳离子表面活性剂或两性表 面活性剂、水解催化剂、和二氧化娃前体混合W产生包含二氧化娃涂覆的碳颗粒的混合溶 液。此类混合导致二氧化娃前体化学反应W在碳颗粒的表面上形成二氧化娃层。二氧化娃 前体应当成胶态形式，并且碳颗粒可优选通过固体二氧化娃前体涂覆，所述固体二氧化娃 前体已经通过促进反应而丧失流动性。此外，导热颗粒可通过过滤从混合物溶液中除去。
[0041] 本文还描述了组合物，所述组合物包含通过本文所述的方法制得的二氧化娃涂覆 的碳颗粒和至少一种聚合物。
[0042] 在本文所述方法或组合物的任一种中，可包括W下变型的任一种或全部：
[0043] -仅使用阳离子表面活性剂;和/或
[0044] -仅使用两性表面活性剂;和/或
[0045] -当使用阳离子表面活性剂时，其选自季锭盐、烷基胺盐、化晚鐵盐、W及运些的混 合物;和/或
[0046] -所述碳颗粒选自石墨颗粒、碳纳米管、富勒締颗粒、炭黑、玻璃碳颗粒、碳纤维、碳 化娃颗粒、无定形碳、膨胀石墨颗粒、碳化棚颗粒、W及运些的混合物;和/或
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