电绝缘且导热的聚合物组合物的制作方法
【专利说明】电绝缘且导热的聚合物组合物
【发明内容】
[0001] 已开发出提供日益增大的光输出的电子装置，如发光二极管化抓）dL抓的光输出 越高，L抓的电需求越大，并且L抓的热输出越大。为了推进它们的效率和安全性，高功率电 子装置如LED的热量控制是关键性的。对作为电子装置操作的LED尤其如此，必须使电击的 可能性最小化。
[0002] 通过经由散热器散热，可进行Lm)的热输出控制。一些L邸外壳用作散热器，通常使 用侣作为散热器材料。然而，金属外壳相对于由聚合物材料制得的外壳而言较重。由于侣是 导电的，因此为了防止电击，必须设计L邸外壳，W使金属部分与内部电子组件绝缘。
[0003] 由于Lm)的功率输出增加，因此需要具有良好热导率的电绝缘组合物W用于此类 装置中，尤其是用于LED外壳中。
[0004] 下列参考文献公开了电绝缘组合物。美国专利申请公布号2009/0152491公开了导 热聚合物树脂组合物，所述组合物包含聚合物、球形或颗粒状导热填料、和片状导热填料。 美国专利申请公布号2010/0219381公开了具有两种填料的热塑性聚合物，所述两种填料均 是电绝缘且导热的。美国专利申请公布号2012/0157600公开了模塑热塑性制品，所述制品 包含一种或多种热塑性聚合物、具有至少抓/mK热导率的填料、炭黑粉末、和具有不超过5W/ mK热导率的纤维填料。国际专利申请公布号W0 2011/106252公开了具有至少约3W/mK热导 率并且具有导热性液晶聚合物的组合物，所述组合物包含石墨、具有10微米至100微米范围 内平均粒度的滑石粉、和具有3至20范围内纵横比的纤维填料。美国专利6620497公开了具 有氮化棚涂覆的碳薄片的电绝缘且导热的聚合物组合物。
[0005] 本文描述的是聚合物组合物，当模塑时，所述组合物表现出最小热导率与最小体 积电阻率(即电绝缘性)的独特组合，使得由运些组合物制得的制品如电气和电子装置的外 壳或驱动器壳体可信赖地用作散热器W将热散发到环境大气中，同时使操作时的电击最小 化。
[0006] 为此，本文描述的是聚合物组合物，所述聚合物组合物包含：
[0007] (a) 20体积％至70体积％的至少一种聚合物；
[000引（b)10体积％至35体积％的至少一种涂覆碳颗粒；
[0009] (c)7重量％至35重量％的至少一种电绝缘无机片状填料，所述电绝缘无机片状填 料的最长尺寸上的最大长度为20微米；
[0010] (d)任选地，0.5体积％至25体积％的共聚醋弹性体；
[0011] 其中每种组分(a)至(d)的体积百分比基于所述聚合物组合物的总体积百分比计； 并且当模塑时，根据ASTM D-257在100伏下测量，运些聚合物组合物具有大于1Χ1〇ι4Ω .cm 的体积电阻率;并且当根据ASTM E-1461测量时，具有至少2. OW/mK的热导率。
[0012] 所述至少一种聚合物选自热塑性聚合物、热固性聚合物、聚芳硫酸、芳族聚酷胺聚 合物、聚醋、聚酷胺、聚碳酸醋、聚締控、聚缩醒、W及运些的混合物。所述至少一种涂覆碳颗 粒选自涂覆石墨、涂覆碳纤维、涂覆玻璃碳、涂覆无定形碳、W及运些的混合物。所述至少一 种电绝缘无机片状填料选自金属氧化物、金属碳酸盐、碳酸盐矿物、金属氨氧化物、金属氮 化物、金属硫化物、憐酸盐矿物、粘±矿物、娃酸盐矿物、玻璃材料、w及运些的混合物。
[0013] 本文还描述了制备运些组合物的方法W及由运些组合物制得的制品。
【具体实施方式】
[0014] 定义和缩写
[0015] 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。
[0016] 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。术 语"L邸外壳"或"外壳"是指结构元件，其允许二极管部分或完全插入其中，从而形成围绕二 极管的部分或总体隔离。Lm)外壳可至少包括由聚合材料制得的一部分，所述聚合材料可为 本文所述的组合物。
[0017] 如本文所用，术语"聚合物'是指热塑性聚合物、热固性聚合物、芳族聚酷胺聚合 物、W及运些的混合物。
[0018] 如本文所用，术语"碳颗粒"是指含碳颗粒，所述颗粒为薄片和纤维形式，并且具有 约75重量％，优选大于85重量％，更优选大于95重量％碳的碳含量。可被涂覆的碳颗粒包括 碳粉、碳薄片、石墨粉、石墨薄片、碳纤维、玻璃碳、无定形碳、W及运些的混合物，并且可W 是天然存在的或合成的。
[0019] 涂覆前，薄片状碳颗粒具有是其厚度的至少2.5倍的长度和宽度，W及小于约2的 长度与宽度比率。涂覆前，纤维状碳颗粒具有0.5微米至50微米的直径和3至15的纵横比（即 长宽比）。
[0020] 如本文所用，术语"涂覆碳颗粒"是指其中至少一部分或整个碳颗粒外表面已用涂 覆材料涂覆的碳颗粒。
[0021] 如本文所用，术语"电绝缘无机片状填料"是指无机的且片状的并且电绝缘的填 料。片状填料为薄片状、扁平状或盘状，并且具有是其厚度的至少2.5倍的长度和宽度，W及 小于2的长度与宽度比率。
[0022] 如本文所用，术语"最长尺寸上的最大长度"是指电绝缘无机片状填料任何可测方 向-长度、幅度、宽度、深度等--的最大可能量度。
[0023] 如本文所用，术语"共聚醋弹性体"是指为嵌段共聚物的弹性体聚合物，其包含a) 聚醋硬链段和b)聚醋柔性软链段。
[0024] 如本文所用，术语"体积电阻率"是指材料的电绝缘容量或电阻率。根据ASTM D- 257在100伏r'10〇r ]下由电阻率计测定具有16mmX 16mmX 16mm尺寸的模塑试验样本的体 积电阻率。该电压最接近地反映 L邸装置运行时的电压。体积电阻率W欧姆?厘米（Ω . cm) 为单位报告。
[0025] 如本文所用，术语"热导率"是指材料传导热能的能力。如ASTM E-1461中所述，采 用激光闪光方法测定模塑试验样本平面方向的热导率。热导率W瓦每米开尔文(W/mK)为单 位报告。
[0026] 范围
[0027] ^^另外指明，本文所述的任何范围均明确地包括其端值。在阐述某个量时，作为 范围的浓度或其它值或参数具体地讲公开了由任何一对任何范围上限和任何范围下限所 形成的所有范围，而无论此类限值对是否是本文所单独公开的。本文所述的方法和制品不 限于在说明书中限定范围时所公开的具体值。
[002引优选的变型
[0029] 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。
[0030] 一般情况
[0031] 本文描述的是聚合物组合物，当模塑时，所述聚合物组合物表现出体积电阻率形 式的一定电阻率W及最低的热导率。运些组合物包含：
[0032] a) 20体积％至70体积％的至少一种聚合物；
[0033] b) 10体积％至35体积％的至少一种涂覆碳颗粒；
[0034] c)7体积％至35体积％的至少一种电绝缘无机片状填料，所述电绝缘无机片状填 料的最长尺寸上的最大长度为20微米；
[0035] d)任选地，0.5重量％至25重量％的共聚醋弹性体；
[0036] 其中：每种组分(a)至（d)的体积百分比基于所述聚合物组合物的总体积百分比 计；并且当模塑时，根据ASTM D-257在100伏下测量，运些聚合物组合物具有大于lXl〇i4Ω - cm的体积电阻率，并且当根据ASTM E-1461测量时，具有至少2.0W/mK的热导率。
[0037] 所述至少一种聚合物优选选自热塑性聚合物、热固性聚合物、聚芳硫酸、芳族聚酷 胺聚合物、聚醋、聚酷胺、聚碳酸醋、聚締控、聚缩醒、W及运些的混合物。所述至少一种涂覆 碳颗粒选自涂覆石墨、涂覆碳纤维、涂覆玻璃碳、涂覆无定形碳、W及运些的混合物。所述至 少一种电绝缘无机片状填料选自金属氧化物、金属碳酸盐、碳酸盐矿物、金属氨氧化物、金 属氮化物、金属硫化物、憐酸盐矿物、粘±矿物、娃酸盐矿物、玻璃材料、W及运些的混合物。
[0038] 当模塑时，运些聚合物组合物由于加入了具有特定形状和尺寸的所述填料W及所 述涂覆碳颗粒，因此获得所述体积电阻率和所述热导率的组合特性。根据ASTM D-257,在 100伏["100V"]下使用电阻率计对具有16mmX 16mmX 16mm尺寸的本文所述模塑聚合物组合 物试验样本测定体积电阻率，在100伏下是因为该电压最类似于LED装置运行时的电压。
[0039] 聚合物(a)
[0040] 用于聚合物组合物中的聚合物包括热塑性聚合物、热固性聚合物、芳族聚酷胺聚 合物、W及运些的混合物。热塑性聚合物的非限制性示例包括聚碳酸醋、聚締控如聚乙締和 聚丙締、聚缩醒、聚酷胺、聚醋、聚讽、聚芳硫酸、液晶聚合物如芳族聚醋、聚苯酸、聚芳醋、聚 酸酸酬(P邸K)、聚酸酬酬(阳KK)、间规立构聚苯乙締、热塑性硫化橡胶(TPV)、W及运些的混 合物。优选的热塑性聚合物包括聚碳酸醋、聚締控、聚芳硫酸、聚缩醒、聚酷胺、和聚醋，最优 选聚醋。
[0041] 热固性聚合物的非限制性示例包括环氧化物、聚氨醋、硫化橡胶、酪醒树脂、不饱 和热固性聚醋树脂、和聚酷亚胺树脂。
[0042] 当热塑性聚合物为聚醋时，所述聚醋选自衍生自一种或多种二簇酸和一种或多种 具有二个或更多个碳原子的二醇的聚醋、共聚醋热塑性弹性体、W及运些的混合物。二簇酸 的示例包括对苯二甲酸、间苯二甲酸、和2,6-糞二甲酸中的一种或多种。可使用至多20摩 尔％的脂族二簇酸来形成聚醋，所述脂族二簇酸包括癸二酸、己二酸、壬二酸、十二烧二酸、 或1,4-环己烧二甲酸。二醇组分选自HO(CH2)nOH;l ,4-环己烧二甲醇；H0(CH2CH20) mC肥C肥OH;和册(CH2CH2C肥C肥0)zC肥C肥C肥CH20H中的一种或多种，其中η为3至10的整数， m平均为1