專利名稱：包含發(fā)光體的硅模制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光體-硅樹脂模制品，其包含多個(gè)嵌入在硅樹脂基體中的 發(fā)光體。
背景技術(shù)：
被稱為L(zhǎng)ED發(fā)光體或發(fā)光二極管的發(fā)光體是發(fā)光電子組件。LED技術(shù) 的顯著之處在于，在很廣泛的電磁光譜范圍內(nèi)都有發(fā)光體，每個(gè)單獨(dú)的LED 發(fā)光體非常特定地在某個(gè)很窄的光譜范圍內(nèi)發(fā)光。這使得LED發(fā)光體組件 有利于許多應(yīng)用，例如引發(fā)化學(xué)反應(yīng)和生物學(xué)過(guò)程。其它優(yōu)勢(shì)有低熱釋、 較高的光輸出和較長(zhǎng)的壽命。
為了保護(hù)其不受環(huán)境影響，已知的是每個(gè)單獨(dú)的發(fā)光二極管可以用硅 樹脂封裝US 6,916,889 B2公開了用可交聯(lián)環(huán)氧官能硅樹脂封裝的LED。 WO 2006/055196 Al要求保護(hù)用光致聚合硅樹脂封裝LED發(fā)光體。EP 1 6S4 363 A2描述了用可交聯(lián)硅樹脂封裝LED，其中第一步涉及用交聯(lián)的硅橡膠 封裝LED芯片，而后施加第二層交聯(lián)的硅樹脂。DE 3019239 Al描述了用 兩層包封單獨(dú)的半導(dǎo)體組件，其中一層由硬聚合物構(gòu)成。所特別描述的是 用第一層硅樹脂或環(huán)氧樹脂軟層和第二層硅樹脂、環(huán)氧樹脂或熱塑性塑料 硬層的封裝。在US 2005/0130336 Al中，用硬質(zhì)、透明雙凸透鏡狀材料封 裝單獨(dú)的LED,封套和LED之間形成的空隙中用針填滿軟質(zhì)材料例如液體 硅樹脂。在DE 19945675 Al中描述了一個(gè)類似的方法，其中用光學(xué)環(huán)氧樹 脂透鏡封裝單獨(dú)的LED芯片，用液態(tài)或凝膠狀硅樹脂填充空隙。EP 1657758 A2描述了在載體上施加一個(gè)或多個(gè)LED,并且每個(gè)單獨(dú)的LED配有內(nèi)層 軟透鏡和外層硬透鏡。載體以及軟和硬透鏡可以用硅樹脂形成。
封裝單獨(dú)的LED芯片的缺點(diǎn)在于所涉及的設(shè)備和加工工藝的高度復(fù)雜 性。得到的LED芯片被有效保護(hù)不受環(huán)境影響，但是，當(dāng)使用多個(gè)與電導(dǎo) 體連接并帶有觸點(diǎn)的LED芯片時(shí)，導(dǎo)體和觸點(diǎn)仍舊處于未保護(hù)下而容易受環(huán)境影響。
DEI02005050947Al描述了一種發(fā)光元件，其中多個(gè)LED芯片彼此相 連，并嵌入用惰性材料如硅樹脂填充的塑料或玻璃外殼中。在US 2003/0042844 A1中，多個(gè)LED芯片基于槽狀框架排列，并且用環(huán)氧樹脂填 充所述槽。DE 3827083 Al公開了面輻射體的生產(chǎn)，其中多個(gè)LED被固定 在透明安裝板上，通過(guò)鑄模將硅樹脂澆鑄到每個(gè)LED上形成反射體，最后 用反射材料涂布反射體。DE 20 2006 001 561 Ul公開了管型發(fā)光帶，其中 在硅樹脂管中嵌入多個(gè)通過(guò)電纜連接的發(fā)光二極管。
所述成形體的缺點(diǎn)在于，特別是其復(fù)雜的生產(chǎn)以及在成形體的成形上 低彈性，例如在槽狀成形體或用LED填充的玻璃容器的情況下。另一個(gè)缺 點(diǎn)是對(duì)發(fā)光體間的導(dǎo)電連接元件以及觸頭的不充分的保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供發(fā)光體，尤其是基于LED的發(fā)光體，其形式 使其能夠用于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。材料的性質(zhì)應(yīng)當(dāng)使其能長(zhǎng)時(shí)間有效抵抗不 同的環(huán)境影響，無(wú)論是物理影響、化學(xué)影響或生物影響。而且，應(yīng)當(dāng)選擇 材料使得能通過(guò)簡(jiǎn)單工藝得到任何形狀和尺寸的軟質(zhì)模制品。另一個(gè)目的 是不僅有效保護(hù)單獨(dú)的發(fā)光體，而且有效地保護(hù)發(fā)光體之間的電連接和電 源觸頭。另一個(gè)目的是使成形體內(nèi)的散射損耗最小化。
本發(fā)明提供包含多個(gè)嵌入在硅樹脂基體中的發(fā)光體的模制品，所述硅 樹脂基體由被一個(gè)或多個(gè)硬質(zhì)硅樹脂基體B包圍的內(nèi)部軟質(zhì)硅樹脂基體A 形成，所述硅樹脂基體B任選用外涂層C涂布。
發(fā)光體-硅樹脂模制品的形狀是所期望的，并適用于特定的應(yīng)用。其可 以是管道(pipe)、管子(tube)、帶、薄片或者晶體管(mats)的形式。優(yōu) 選配有多個(gè)發(fā)光體，特別是多個(gè)LED的管道或帶，在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施 方案中，這些發(fā)光體彼此偏移式排列(例如以扭曲的方式)，以此方式使其 完全和均勻照亮周圍空間。
適合的發(fā)光體是任何期望的輻射組件，如白熾燈、鹵素?zé)簟⒌蛪悍烹?燈、高壓放電等、熒光照明器、氖光源和注入式發(fā)光燈，優(yōu)選有機(jī)或無(wú)機(jī) 半導(dǎo)體的輻射半導(dǎo)體組件，被稱為L(zhǎng)ED。 LED可以是已經(jīng)用塑料，通常是硅樹脂封裝的二極管，或者是未封裝的二極管。
適合的LED發(fā)光體是在紅外線范圍、在可見光范圍或在紫外線范圍內(nèi) 發(fā)光的那些。依據(jù)期望的應(yīng)用進(jìn)行選擇。嵌入在基體中的LED發(fā)光體可以 在相同波長(zhǎng)下發(fā)光。然而，也可以將具有不同輻射性質(zhì)的LED發(fā)光體彼此 組合。
通常，多個(gè)發(fā)光體，尤其是LED,彼此串聯(lián)和/或并聯(lián)導(dǎo)電連接。發(fā)光 體排列可以與傳感器連接，并可以與測(cè)量/控制裝置連接。發(fā)光體的數(shù)量及 其彼此間的排列取決于其應(yīng)用。LED發(fā)光體可以連續(xù)或脈沖式操作。
發(fā)光體的排列，包括發(fā)光體間的導(dǎo)電連接，以及優(yōu)選發(fā)光體排列的觸 頭，是完全嵌入在內(nèi)部硅樹脂基體A中，硅樹脂基體A被外部硅樹脂基體 B包圍。所述模制品的顯著之處在于，在發(fā)光體和硅樹脂基體A之間，或 者在硅樹脂基體A和硅樹脂基體B之間不再有介質(zhì)，例如空氣或水。
硅樹脂基體A和硅樹脂基體B形式的硅樹脂基體是非常透明的，其在 290-1200nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透射率>50%。優(yōu)選在300-800nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi) 的透射率>85%。特別優(yōu)選在380-750nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透射率>卯％。
硅樹脂基體A對(duì)發(fā)光體是最優(yōu)的，并且其除了對(duì)電子元件的保護(hù)功能 (消振)夕卜，應(yīng)當(dāng)使光輸出(匹配的折射率)最優(yōu)化，并且促進(jìn)散熱。而 且，重要的是在發(fā)光體的全部工作時(shí)間內(nèi)，發(fā)光體保持一直被硅樹脂基體 包覆，并且防止進(jìn)入空氣和水導(dǎo)致擴(kuò)散光散射效應(yīng)。
內(nèi)部硅樹脂基體A是軟質(zhì)的，Shore A硬度(DIN 53 505/ISO 868)小 于或等于10，或者，如果它是是液態(tài)硅油，平均粘度(23'C, 1013mbar) 為l-100xl06mPa.s。ShoreA硬度優(yōu)選小于5，或平均粘度(23'C， 1013mbar) 為10-10xl06mPa.s。
適用于內(nèi)部硅樹脂基體A的材料為硅油，其通常為R3SiO[-SiR20]n-SiR3 結(jié)構(gòu)的二烷基聚硅氧烷，鏈長(zhǎng)n〉2。烷基R可以相同或不同，并通常具有 l-4個(gè)碳原子，可以任選被取代。 一些烷基R還可以被其它基團(tuán)代替，優(yōu)選 被任選取代的芳基代替，或者在支鏈硅油的情況下被三烷基硅烷氧基代替。 實(shí)例是甲基硅油(CH3)3SiO[-Si(CH3)20]n-Si(CH3)3 ;甲基苯基硅油 (CH3)3SiO[-Si(CH3)2O]n+Si(C6H5)20]n"-Si(CH3)3或(CH3)3SiO[-Si(CH3)20]n' -[-Si(CH3)(C6H5)0]n，,-Si(CH3)3，其中在每個(gè)情況下n，+n，、2;支鏈甲基硅油(CH3)3SiO[-Si(CH3)(OSi(CH3)3)0]n-Si(CH3)3 ; 支鏈甲基苯基硅油 (CH3)3SiO[-Si(C6H5)(OSi(CH3)3)0]n-Si(CH3)3。通過(guò)引入芳基并調(diào)節(jié)烷基對(duì)芳 基的比例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可以用已知的方式將硅樹脂基體的折射率 與發(fā)光體匹配。而且，也可以優(yōu)選使用端基官能化的("未封端")聚二甲 基硅氧烷油。這樣的硅油是市售的，可以通過(guò)已知的方法制備。市售硅油 的實(shí)例是產(chǎn)自Wacker Chemie AG的Wacker硅油。
有機(jī)硅凝膠也適用于內(nèi)部硅樹脂基體A。有機(jī)硅凝膠由兩個(gè)流動(dòng)通暢 的組分在室溫下在催化劑的存在下交聯(lián)而得到。其中一個(gè)組分通常由結(jié)構(gòu) 為R3SiO[-SiR20L-SiR3的二垸基聚硅氧烷組成，其中n20，通常在所述垸基 中具有i-4個(gè)碳原子，其中一些垸基或全部烷基可以被芳基如苯基代替，以
及在一端或兩端的端基R之一被可聚合基團(tuán)如乙烯基代替。硅氧烷鏈中的 一些R基團(tuán)以及端基的R基團(tuán)，同樣可以被可聚合基團(tuán)代替。優(yōu)選用結(jié)構(gòu) 為CH2=CHrR2SiO[-SiR20]n-SiRrCH2=CH2的乙烯基封端聚二甲基硅氧垸。
第二個(gè)組分包括Si-H官能交聯(lián)劑。通常使用的聚烷基氫硅氧烷是由二 烷基聚硅氧烷和通式為R'3SiO[-SiR20]n-[SiHRO]m-SiR'3的聚烷基氫硅氧烷 形成的共聚物，其中m20， n20，前提條件是必須存在至少兩個(gè)SiH基團(tuán)， 其中R'可以定義為H或R。因此有具有側(cè)基和端基SiH基團(tuán)的交聯(lián)劑，同 吋僅具有端基SiH基團(tuán)的R，=H的硅氧垸也可以用于鏈增長(zhǎng)。存在的交聯(lián)催 化劑是少量有機(jī)鉑化合物。所述組分的混合引起交聯(lián)反應(yīng)并形成凝膠。
所述交聯(lián)反應(yīng)可以通過(guò)熱作用和/或通過(guò)電磁輻射，優(yōu)選UV輻射而加 速。UVLED本身可以引發(fā)凝膠的交聯(lián)反應(yīng)。有機(jī)硅凝膠特別是軟質(zhì)材料， 更特別是Shore 00硬度小于50 (DIN 53 505/ISO 868)的材料，最優(yōu)選根據(jù) DIN ISO 2137的針入值〉10mm/10 (9.38g直角錐，5s作用時(shí)間)的那些。 合適的有機(jī)硅凝膠是市售的，例如產(chǎn)自Wacker Chemie AG， Munich的商標(biāo) 名為WACKERSilGef的那些。
對(duì)于內(nèi)部硅樹脂基體A,上述硅油和有機(jī)硅凝膠是優(yōu)選的。
硅樹脂基體A的確切組成取決于所用LED的輻射特征，所用的硅樹脂 材料是在適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)范圍內(nèi)得到最佳透明度的那些。在此重要的是，在內(nèi) 部硅樹脂基體A和發(fā)光體之間一直保持接觸，因?yàn)槿魏蔚姆謱蝇F(xiàn)象都是不 期望的，因?yàn)檫@伴隨著光輸出顯著下降。為此，優(yōu)選用于內(nèi)部硅樹脂基體A的材料是自粘性系統(tǒng)或具有高表面粘著性的那些。內(nèi)部硅樹脂基體A的材 料還可以通過(guò)添加添加劑得到最優(yōu)化。其實(shí)例為用于光波長(zhǎng)匹配的發(fā)光添 加劑、用于改變折射率、最優(yōu)化光輸出(例如使用反射顆粒，導(dǎo)致發(fā)光體 發(fā)射的光均勻散射出去)和最優(yōu)化散熱的金屬或金屬氧化物顆?；蝾愃频?微顆粒。為了調(diào)節(jié)機(jī)械和流變性能，也可以任選使用少量高度分散的二氧 化硅或增強(qiáng)硅樹脂彈性體基體的填料，例如由MT、 MQ或DT單元構(gòu)成的 硅樹脂顆粒。內(nèi)部硅樹脂基體A的層厚度與特定應(yīng)用相匹配，通常為 0.5-50mm，優(yōu)選l-20mm。
外部硅樹脂基體B根據(jù)相應(yīng)的應(yīng)用而被最優(yōu)化，尤其是在機(jī)械強(qiáng)度、 和耐化學(xué)、生物和物理性(土壤排斥性、耐刮擦性)上，同時(shí)保持必要的 透明性。
除了上述硅油和有機(jī)硅凝膠外，外部硅樹脂基體B可以由與內(nèi)部硅樹 脂基體A相同的硅樹脂類型構(gòu)成，不同之處是外部硅樹脂基體B的Shore A 硬度大于IO，并且，在內(nèi)部硅樹脂基體A同樣由在標(biāo)準(zhǔn)條件下(23/50 DIN 50014)為固體的硅樹脂類型構(gòu)成的情況下，內(nèi)部硅樹脂基體A和外部硅樹 脂基體B的Shore A硬度差至少為5，優(yōu)選至少為10，尤其是至少20。
優(yōu)選用于硅樹脂基體B的硅樹脂，以及在上述條件下(較低的Shore A 硬度)任選也可用于硅樹脂基體A的硅樹脂，是通過(guò)縮合或加成反應(yīng)或通 過(guò)自由基機(jī)理交聯(lián)的交聯(lián)硅橡膠。所述交聯(lián)反應(yīng)可以通過(guò)適當(dāng)?shù)拇呋瘎┻M(jìn) 行陽(yáng)離子引發(fā)，或者通過(guò)過(guò)氧化物，或通過(guò)輻射，尤其是UV輻射進(jìn)行自 由基引發(fā)，或者進(jìn)行加熱引發(fā)。產(chǎn)生交聯(lián)硅橡膠的體系是市售的，優(yōu)選為 單或雙組分體系，也可以是多組分體系。硅樹脂雜化聚合物也是適用的。
縮合交聯(lián)硅橡膠體系含有
a) 具有可縮合端基的有機(jī)聚硅氧垸，
b) 每分子任選具有至少三個(gè)與硅鍵合的可水解基團(tuán)的有機(jī)硅化合物，
禾口
c) 縮合催化劑。
適合的通過(guò)縮合反應(yīng)交聯(lián)的交聯(lián)硅橡膠是室溫交聯(lián)的單組分體系，被 稱為RTV-1硅橡膠。RTV-1硅橡膠是具有可縮合端基的有機(jī)聚硅氧烷，其 在催化劑存在下通過(guò)室溫下的縮合而交聯(lián)。最通常使用的是結(jié)構(gòu)為
8R3SiO[-SiR20]n-SiR3的二垸基聚硅氧垸，鏈長(zhǎng)n>2。烷基R可以相同或不同， 通常具有i_4個(gè)碳原子，并且可以任選被取代。 一些烷基R也可以用其它 基團(tuán)代替，優(yōu)選用任選取代的芳基代替，在這種情況下， 一些垸基(芳基) R被交換為能夠縮合交聯(lián)的基團(tuán)例如醇、乙酸酯、胺或肟基。交聯(lián)通過(guò)適 當(dāng)?shù)拇呋瘎├珏a或鈦催化劑催化。適合的RTV-1硅橡膠是市售的，例如 產(chǎn)自WackerChemieAG的適當(dāng)類型的ELASTOSIL^A、 E或N系列。
適合的通過(guò)縮合反應(yīng)交聯(lián)的交聯(lián)硅橡膠是室溫交聯(lián)的雙組分系統(tǒng)，被 稱為RTV-2硅橡膠。RTV-2硅樹脂橡膠是通過(guò)在硅酸酯的存在下，被羥基 多取代的有機(jī)聚硅氧烷的縮合交聯(lián)得到的。所用的交聯(lián)劑也可以是具有烷 氧基、照、胺或乙酸酯基團(tuán)的烷基硅垸，其在適合的縮合催化劑如錫或鈦 催化劑的存在下與羥基封端的聚二烷基硅氧垸交聯(lián)。適合的縮合交聯(lián)RTV-2 硅橡膠是市售的，例如產(chǎn)自Wacker Chemie AG的適當(dāng)類型的ELASTOSIL RT系列。
RTV-1和RTV-2硅橡膠中存在的聚二烷基硅氧烷的實(shí)例為式 (OH)R2SiO[-SiR20]n-SiR2(OH)的那些，其鏈長(zhǎng)11>2，其中垸基R可以相同或 不同，通常含有l(wèi)-4個(gè)碳原子，并可以任選被取代。 一些烷基R也可以用 其它基團(tuán)代替，優(yōu)選用任選被取代的芳基代替。聚二烷基硅氧烷優(yōu)選含有 OH端基，所述OH端基在室溫下與硅酸酯或垸基硅烷/錫(鈦)催化劑體 系交聯(lián)。
具有可水解基團(tuán)并存在于RTV-1和RTV-2硅橡膠中的烷基硅烷的實(shí)例 是式為^Si(OX)4.a的那些，其中^l-3 (優(yōu)選l)， X定義為R"(垸氧基交 聯(lián)劑)、C(O)R"(乙酸酯交聯(lián)劑)、N=CR，，2 (肟交聯(lián)劑)或NR"2 (胺交聯(lián) 劑)，其中R"是具有1-6個(gè)碳原子的單價(jià)烴基。
加成交聯(lián)的硅橡膠體系包含
a) 具有脂肪族碳碳多重鍵的基團(tuán)的有機(jī)硅化合物，
b) 任選的具有Si鍵合氫原子的有機(jī)硅化合物， 或者，代替a)和b)，
c) 具有脂肪族碳碳多重鍵的基團(tuán)和Si鍵合氫原子的有機(jī)硅化合物，
d) 促進(jìn)Si鍵合的氫加成到脂肪族多重鍵上的催化劑，和
e) 任選的在室溫下延遲Si鍵合的氫加成到脂肪族多重鍵上的試劑。適合的通過(guò)加成反應(yīng)交聯(lián)的交聯(lián)硅橡膠是室溫交聯(lián)的雙組分體系，被
稱為加成交聯(lián)RTV-2硅橡膠。加成交聯(lián)RTV-2硅橡膠通過(guò)在鉑催化劑存在 下，用Pt催化劑催化被多烯鍵式不飽和基團(tuán)，優(yōu)選乙烯基取代的有機(jī)聚硅 氧垸與被Si-H基團(tuán)多取代的有機(jī)聚硅氧垸的交聯(lián)而得到。
優(yōu)選的是，其中一個(gè)組分由結(jié)構(gòu)為R3SiO[-SiR20]n-SiR3的二垸基聚硅 氧垸組成，其中n^)，在烷基中通常具有l(wèi)-4個(gè)碳原子，其中一些或全部烷 基可以被芳基如苯基代替，以及在一端或兩端的端基R之一被可聚合基團(tuán) 如乙烯基代替。硅氧烷鏈中的一些R基團(tuán)以及端基的R基團(tuán)，同樣可以被 可聚合基團(tuán)代替。優(yōu)選使用結(jié)構(gòu)為CH2=CH2-R2SiO[-SiR20]n-SiR2-CH2=CH2 的乙烯基封端聚二甲基硅氧烷。
第二個(gè)組分包括SiH官能交聯(lián)劑。通常使用的聚烷基氫硅氧烷是由二 垸基聚硅氧烷和通式為R，3SiO[-SiR201n-fSiHRO]m-SiR，3的聚烷基氫硅氧垸 形成的共聚物，其中m20、 r^0，前提條件是必須存在至少兩個(gè)SiH基團(tuán)， 其中R'可以定義為H或R。因此具有側(cè)基和端基SiH基團(tuán)的交聯(lián)劑，同時(shí) 僅具有端基SiH基團(tuán)的R'=H的硅氧烷也可以用于鏈增長(zhǎng)。
存在的交聯(lián)催化劑是少量有機(jī)鉑化合物。
合適的RTV硅橡膠是市售的，例如產(chǎn)自Wacker Chemie AG的適當(dāng)類 型的ELASTOSIL^RT或ELASTOSIL⑧LR (LSR硅橡膠)或SEMICOSIL 系列。
通過(guò)自由基機(jī)理或通過(guò)加成反應(yīng)交聯(lián)的合適的硅橡膠是在溫度升高時(shí) 交聯(lián)的固體硅橡膠(HTV)。
在鉑催化劑的存在下，通過(guò)被多烯鍵式不飽和基團(tuán)，優(yōu)選乙烯基取代 的有機(jī)聚硅氧烷與被SiH基團(tuán)多取代的有機(jī)聚硅氧垸交聯(lián)得到加成交聯(lián)的 HTV硅橡膠。 '
優(yōu)選的，過(guò)氧化交聯(lián)或加成交聯(lián)的HTV硅橡膠的組分之一由結(jié)構(gòu)為 R3SiO[-SiR20L-SiR3的二烷基聚硅氧烷構(gòu)成，其中經(jīng)0，通常在烷基中具有 l-4個(gè)碳原子， 一些或全部垸基可以被芳基如苯基代替，以及在一端或兩端 的端基R之一被可聚合基團(tuán)如乙烯基代替。然而，也可以使用具有側(cè)基乙 烯基或者側(cè)基和端基乙烯基的聚合物。優(yōu)選使用結(jié)構(gòu)為 CH2=CH2-R2SiO[-SiR20]n-SiR2-CH2=CH2的乙烯基封端聚二甲基硅氧烷，和還帶有側(cè)基乙烯基的上述結(jié)構(gòu)的乙烯基封端聚二甲基硅氧烷。對(duì)于加成交
聯(lián)的HTV硅橡膠，第二個(gè)組分是由二垸基聚硅氧烷和通式為 R，3SiO[-SiR20]n-[SiHRO]m-SiR，3的聚烷基氫硅氧烷形成的共聚物，其中 ir^0、 n》0，前提條件是必須存在至少兩個(gè)SiH基團(tuán)，其中R，可以定義為H 或R。因此有具有側(cè)基和端基SiH基團(tuán)的交聯(lián)劑，同時(shí)僅具有端基SiH基 團(tuán)的R'=H的硅氧烷也可以用于鏈增長(zhǎng)。所用的交聯(lián)催化劑是鉬催化劑。
HTV硅橡膠也加工成單組分體系，在此情況下，通過(guò)升高溫度并在過(guò) 氧化物如?；?、烷基或芳基過(guò)氧化物作為交聯(lián)催化劑下引發(fā)交聯(lián)反應(yīng)。通 過(guò)任選被烯鍵式不飽和基團(tuán)，優(yōu)選乙烯基多取代的有機(jī)聚硅氧烷的交聯(lián)得 到過(guò)氧化物交聯(lián)的HTV硅橡膠。合適的HTV硅橡膠是市售的，例如產(chǎn)自 Wacker Chemie AG的適當(dāng)?shù)腅LASTOSIL R或ELASTOSIL R plus型。
其它目前市售的有專門的HTV和RTV-1硅橡膠，其通過(guò)所述加成反應(yīng) 交聯(lián)，借助特定的鉑復(fù)合物或鉑/抑制劑體系進(jìn)行熱和域光化學(xué)活化并因此 催化交聯(lián)反應(yīng)。所述體系有，例如Wacker Chemie AG的ELASTOSIL R型、 ELASTOSIL RT型和Semicosif型。
合適的材料還有硅樹脂雜化聚合物。硅樹脂雜化聚合物是有機(jī)聚合物 嵌段例如聚氨酯、聚脲或聚乙烯酯和通?；谏鲜鼍鄱榛柩跬榈挠袡C(jī) 硅嵌段的共聚物或接枝共聚物。例如，在EP 1412416 Bl和EP 1489129 Bl 中描述了熱塑性硅樹脂雜化聚合物，其公幵也并入本申請(qǐng)的主題中。所述 硅樹脂雜化聚合物被稱為熱塑性硅樹脂彈性體(TPSE),并且是市售的，例 如產(chǎn)自Wacker Chemie AG的適當(dāng)?shù)腉ENIOMER③類型。
硅樹脂同樣是適用于外部硅樹脂基體B的材料。通常，硅樹脂包含通 式為Rb(RO)eSiCV.b.e)/2的單元，其中
b是0、 1、 2或3，
c是O、 1、 2或3，
前提條件是b+cS3，
以及R如上所定義，
所述單元形成高度交聯(lián)的有機(jī)硅氧垸網(wǎng)絡(luò)。合適的硅樹脂是市售的， 例如產(chǎn)自Wacker Chemie AG的適當(dāng)?shù)腟ILRES⑧類型。
最后，輻射固化的丙烯?；h(huán)氧基或乙烯醚官能硅樹脂也適用于硅
ii樹脂基體B，其用自由基產(chǎn)生劑或陽(yáng)離子光引發(fā)劑固化。
用于外部硅樹脂基體B的優(yōu)選材料為上述RTV-2硅橡膠、HTV硅橡膠 和硅樹脂雜化聚合物。
硅樹脂基體B的性能可以通過(guò)用添加劑改性而最優(yōu)化，例如通過(guò)使用 生物殺滅劑如滅藻劑、殺菌劑或殺真菌劑。通過(guò)添加填料，可以調(diào)節(jié)硬度， 不過(guò)在填料的選擇上必須保證透明性是不受限制的，這是為什么基于硅樹 脂顆?；蚣{米顆粒的填料是優(yōu)選。
內(nèi)部硅樹脂基體A可以被一個(gè)或多個(gè)外部硅樹脂基體B圍繞。外部硅 樹脂基體B的層厚依賴于形成多少個(gè)硅樹脂基體B，以及發(fā)光體硅樹脂模 制品的用途，其通常為0.1-50mm。
發(fā)光體硅樹脂模制品還可任選具有外涂層C,所述外涂層C被施涂在 硅樹脂基體B上或最外面的硅樹脂基體B上。所述外涂層用于改善耐刮擦 性和/或土壤排斥性和/或抗靜電性能。優(yōu)選使用上述硅樹脂作為外涂層C。
可'以在例如 Winnacker/Kiichler， "Chemische Technik: Prozesse und Produkte， Band 5: Organische Zwischenverbindungen， Polymere"， 1095-1213 頁(yè)，Wiley-VCHWeinheim(2005)中找到硅樹脂，以及其化學(xué)、配方和性能的 更詳細(xì)的概述。
例如，可以依據(jù)發(fā)光體硅樹脂模制品的形狀，通過(guò)填充、灌封或傳遞 模塑來(lái)生產(chǎn)內(nèi)部硅樹脂基體A。例如，可以依據(jù)發(fā)光體硅樹脂模制品的形 狀，通過(guò)灌封、擠出、澆鑄、壓塑或注塑來(lái)生產(chǎn)硅樹脂基體B。任選的涂 布外涂層可以，例如通過(guò)涂布，例如浸漬、澆注、涂覆或噴涂來(lái)實(shí)現(xiàn)。
為生產(chǎn)管型模制品，程序可以是，例如，在減壓下將無(wú)泡有機(jī)硅凝膠 作為硅樹脂基體A填充進(jìn)配有LED電路的硅樹脂橡膠管(硅樹脂基體B) 中，而后交聯(lián)硅樹脂基體A，接著用RTV硅橡膠密封如此得到的LED硅樹 脂基體管。生產(chǎn)管型發(fā)光體硅樹脂模制品的程序也可以是引入硅油代替有 機(jī)硅凝膠作為硅樹脂基體A。剩余步驟類似于用有機(jī)硅凝膠的程序。另一 個(gè)生產(chǎn)管型模制品的方法為通過(guò)擠出方法將有機(jī)硅凝膠加工成硅樹脂基體 A，將HTV硅橡膠加工成硅樹脂基體B。
為了生產(chǎn)平面發(fā)光體硅樹脂模制品，通過(guò)壓塑或傳遞模塑加工作為硅 樹脂基體B的HTV硅橡膠，得到半殼(halfshdl)。將商用LED電路或配有LED的商用塑料匯流條以任何期望的排列沉積在所述半殼中。隨后，灌 注有機(jī)硅凝膠，使得LED完全被有機(jī)硅凝膠包封，形成硅樹脂基體A。將 有機(jī)硅凝膠交聯(lián)并脫氣，用由與半殼相同的材料制成的蓋板封閉模制品。
另一個(gè)可選的程序是通過(guò)壓塑或傳遞模塑生產(chǎn)HTV硅樹脂板，而后在 該板的邊緣提供硬質(zhì)RTV硅橡膠，而后交聯(lián)形成固態(tài)區(qū)域，以得到半殼形 狀。剩余步驟與上述程序一致。
另一個(gè)生產(chǎn)平面部件的方法為注塑加工和用LSR硅橡膠生產(chǎn)半殼或薄片。
在使用硅樹脂雜化聚合物的情況下，可以將發(fā)光體電路裝入擠出機(jī)中， 并可以擠出硅樹脂雜化聚合物形成封裝電路的模制品，電路和硅樹脂雜化 模制品之間的空間同時(shí)被硅油填充。
本發(fā)明的發(fā)光體硅樹脂模制品的顯著之處是其各種用途。通常，從而 可以將任何被保護(hù)的發(fā)光裝置用于不同的應(yīng)用中。
在LED硅樹脂模制品的生產(chǎn)中，顯著的優(yōu)勢(shì)在于可以省去預(yù)先用硅樹 脂封裝LED，將未封裝的LED加工成發(fā)光體。
三個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域是為了裝飾和安全的發(fā)光、引發(fā)化學(xué)和生物反應(yīng)、 和在困難條件下標(biāo)記。
用于裝飾的可能應(yīng)用是發(fā)光冰、編織入地毯中的LED硅樹脂模制品、 在水族館、桑拿浴或池塘/浴室中的照明、作為發(fā)光裝飾接頭和任何形式的 發(fā)光裝飾品。也可用在救生衣中、臺(tái)階的邊緣、體育設(shè)備中和機(jī)動(dòng)車中以 保護(hù)生命和健康。
例如，可以通過(guò)紫外、可見或紅外范圍內(nèi)特定波長(zhǎng)的的光引發(fā)化學(xué)反 應(yīng)和/或生物反應(yīng)。當(dāng)將適合的LED發(fā)光體混入硅樹脂基體中時(shí)，可以引發(fā) 植物或水果例如在溫室或黑暗中的生長(zhǎng)反應(yīng)，例如通過(guò)皮膚UV防護(hù)衣或 覆蓋物殺滅植物和微生物，或者簡(jiǎn)單地加熱反應(yīng)混合物。硅樹脂體的高惰 性使其在酸、堿、鹽、機(jī)械壓力和無(wú)菌介質(zhì)中進(jìn)行。
指引性的標(biāo)記可以用在輪船和海港照明中，以及水下、移動(dòng)飛機(jī)跑道 邊緣上、精煉廠的管道(pipe)、管子(tube)或電纜的設(shè)計(jì)中、釣魚裝備 以及信號(hào)上。
本發(fā)明的發(fā)光體硅樹脂模制品優(yōu)選在潮濕環(huán)境或直接在液體中使用。特別優(yōu)選配有UV LED的發(fā)光體硅樹脂模制品，將其用于水性介質(zhì)以照射 植物或?qū)λ尽?br> 當(dāng)將特定波長(zhǎng)的發(fā)光體硅樹脂模制品，尤其是LED硅樹脂模制品引入 到用于生產(chǎn)生物質(zhì)，尤其是用于培養(yǎng)藻類的生物反應(yīng)器中時(shí)，可以通過(guò)光 的穿透深度和通過(guò)光的脈沖得到光亮和黑暗區(qū)域來(lái)顯著提高藻類的生長(zhǎng)。 另外，UVLED硅樹脂模制品可以用于消毒裝水的容器，例如在醫(yī)療設(shè)備、 乳化體系、管子(tube)和管道(pipe)中。與太陽(yáng)能電池組合，可以提供 移動(dòng)飲用水加工廠。
發(fā)光體硅樹脂模制品提供的照射體由于硅樹脂對(duì)各種不同外部影響的 耐受力而可以普遍地應(yīng)用。基于內(nèi)部硅樹脂基體A和至少一個(gè)外部硅樹脂 基體B的組件結(jié)構(gòu)的一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)在于可以在光輸出和耐受性方面對(duì)模 制品最優(yōu)化。內(nèi)層在光輸出、散熱和消震上得到最優(yōu)化，同時(shí)外部硅樹脂 基體B在機(jī)械強(qiáng)度、以及化學(xué)和生物、物理耐受性(土壤排斥性、耐刮擦 性)上被最優(yōu)化，同時(shí)保持必要的透明度。這由于在需要的添加劑之間發(fā) 生相互作用而導(dǎo)致用單層結(jié)構(gòu)是不能實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)閷?duì)臨近發(fā)光體的硅樹脂 組分的要求與接觸周圍介質(zhì)的硅樹脂組分的要求非常不同。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:
將由Shore A硬度為50的加成交聯(lián)的高透明度固體硅橡膠 (ELASTOSIL R plus 4305/50， Wacker Chemie AG)通過(guò)擠出生產(chǎn)的長(zhǎng)約 lm，外徑12mm和壁厚2mm的硅樹脂管垂直懸掛在真空室中，管的下端用 硅樹脂塞子緊緊密封。而后，將具有60個(gè)LED (來(lái)自LEDl.de， Dessau) 的長(zhǎng)為lm的LED模塊條小心地引入到硅樹脂管中，使得LED模塊條帶有 的連接電纜和插頭突出到管的上端外，所述LED在12V的電壓下以120。 的發(fā)射角發(fā)射優(yōu)選400nm波長(zhǎng)的光，光的亮度為100mcd。而后在減壓下用 混合粘度為約1000mPa*s的(在23'C和1013mbar下)的室溫硫化的加成 交聯(lián)硅樹脂彈性體混合物(WACKER SilGd 612 A/B)灌封該裝置，并在 室溫下交聯(lián)24小時(shí)，得到針入值(DIN ISO 2137)為約300mm/10的有機(jī) 硅凝膠。為此，將硅樹脂灌封材料的兩個(gè)組分首先以l:l的比例小心混合。得到的混合物隨后與硅樹脂管/LED條裝置一起在真空室中在低于50mbar 的真空下抽空30分鐘，以去除吸收的空氣，該空氣以后可能導(dǎo)致在硫化橡 膠中產(chǎn)生不期望的氣泡。在減壓下將脫氣的硅樹脂灌封材料小心加入到含 有LED條的硅樹脂管中，并在室溫和減壓下硫化24小時(shí)。其后，將含有 現(xiàn)已封裝在有機(jī)硅凝膠中的LED條的硅樹脂管從真空室中取出。最后，去 除在開始時(shí)提到的硅樹脂塞子，用硬質(zhì)、自粘性硅橡膠(Semicosif989/lK， 產(chǎn)自Wacker Chemie AG)密封硅樹脂管的兩端，所述硅橡膠在13(TC下交 聯(lián)得到透明至不透明的硫化橡膠，ShoreA硬度為55。
實(shí)施例2:
類似實(shí)施例1的程序，但是具有以下差別
使用的外部基體材料B是Shore A硬度為40的硅樹脂管(ELASTOSIL⑧ R plus 4305/40, Wacker Chemie AG)。
使用的內(nèi)部基體材料A是硅油(WACKER AK 100 000硅油)，其由二 甲基硅烷氧基和三甲基硅烷氧基單元組成，粘度為lOOOOOmPa.s (在23'C 和1013mbar下)。
通過(guò)表面下的套管從底部向上引入硅油，以防止引入氣泡。而后，通 過(guò)在低于50mbar下抽空填充硅油的管10分鐘去除包含的任何空氣。
用硬質(zhì)自粘性RTV-1硅橡膠(ELASTOSIL E47,產(chǎn)自Wacker Chemie AG)代替單組分熱固化硅橡膠密封硅樹脂管端，所述硬質(zhì)自粘性RTV-l硅 橡膠在室溫下通過(guò)大氣濕度交聯(lián)，得到透明或不透明硫化橡膠，Shore A硬 度為35。
實(shí)施例3:
類似實(shí)施例1的程序，不同之處是使用由熱塑性硅樹脂彈性體擠出生 產(chǎn)的Shore A硬度為50的管代替由固體硅橡膠構(gòu)成的硅樹脂管。用于此目 的的含有脲基的高透明度熱塑性基料具有92wt。/。的硅氧烷含量，重均分子 量MW約為120 000g/mol，軟化點(diǎn)約為125°C， 17(TC下的熔融粘度約為100 OOOPa.s.，并且是可以從Wacker Chemie AG得到的，商品名為 GENIOMER 140。另外，在用有機(jī)硅凝膠灌封后，不用單組分熱固化硅樹
15脂密封管端，而是用硬質(zhì)自粘性RTV-1硅橡膠密封，所述RTV-1硅橡膠在 室溫下通過(guò)大氣濕度交聯(lián)得到透明至不透明硫化橡膠，Shore A硬度為35 (ELASTOSIL E 47, Wacker Chemie AG )。
實(shí)施例4:
類似實(shí)施例3的程序，不同之處是使用粘度為lOOOmPa.s (在23t和 1013mbar下)的由二甲基硅烷氧基和三甲基硅烷氧基單元組成的硅油 (WACKER AK 1000硅油)，代替在那里用作內(nèi)部硅樹脂基體A的有機(jī)硅 凝膠。
實(shí)施例5:
類似實(shí)施例1的程序，不同之處是使用交聯(lián)產(chǎn)生軟質(zhì)有機(jī)硅凝膠的UV 活化的硅樹脂灌封材料(Semicosil 912 UV，產(chǎn)自Wacker Chemie AG)代 替實(shí)施例1中描述的灌封材料，用于內(nèi)部硅樹脂基體A。在以9:1的比例混 合兩個(gè)組分后，雙組分材料的混合粘度為lOOOmPa.s (在23°。和1013mbar 下)，得到的硫化橡膠具有類凝膠的柔軟度，針入值(DIN ISO 2137)約為 70mm/10 (9,38g直角錐)。與實(shí)施例1相對(duì)比，通過(guò)在H池nle UVA固化箱 (輻射強(qiáng)度；140mW/cm2)中放置5秒鐘，而后在室溫下無(wú)UV輻射靜置 對(duì)可UV活化的硅樹脂灌封材料進(jìn)行硫化。5分鐘后，材料交聯(lián)形成有機(jī)硅 凝膠。
實(shí)施例6:
將由Shore A硬度為50的硅樹脂彈性體組成的并通過(guò)澆鑄加工生產(chǎn)的 (使用易流動(dòng)的室溫硫化的雙組分混合物(ELASTOSIL LR7661 A/B， Wacker Chemie AG)，其在以9:1的比例混合兩個(gè)組分后，具有約18 000 mPa.s的混合粘度，并在165'C下交聯(lián)5分鐘得到澄清透明的硫化產(chǎn)品)的 透明半殼(外部尺寸1000x500x20mm;壁厚10mm;凹進(jìn)深度10mm) 平放入真空室中，使凹處朝上。隨后，將四個(gè)實(shí)施例1中所述類型的長(zhǎng)50cm 的彼此并聯(lián)的LED模塊，并排以相同距離放置在半殼的凹處中，使得LED 帶有的連接電纜和插頭處于半殼旁。以上述相同方式用實(shí)施例1所述的交聯(lián)形成凝膠的雙組分硅樹脂(WACKER SilGel⑧612 A/B)灌封所述裝置。 在這樣做時(shí)，應(yīng)確保半殼完全被灌封材料填充，LED條完全被灌封材料封 農(nóng)。i工tM!/Oi^rM亞Y血1，土、j衣《0T葉trjwiiTb兀wxj口 ， 〃V;^'-工王tj^山1—幾o(hù) ， 用硬質(zhì)自粘性RTV-1硅橡膠(ELASTOSIL E47, WackerChemieAG)涂布 半殼的上邊緣，所述RTV-1硅橡膠在室溫下通過(guò)大氣濕度交聯(lián)得到透明至 不透明硫化橡膠，ShoreA硬度為35。其后，將由與半殼相同的硅樹脂彈性 體構(gòu)成的尺寸為1000x500x10mm的透明薄片貼合放置。通過(guò)從側(cè)面平滑氣 泡來(lái)去除內(nèi)含的空氣，并在室溫下進(jìn)行硫化24小時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光體硅樹脂模制品，其包含多個(gè)嵌入在硅樹脂基體中的發(fā)光體，所述硅樹脂基體由被一個(gè)或多個(gè)較硬質(zhì)硅樹脂基體B包圍的內(nèi)部軟質(zhì)硅樹脂基體A形成。
2. 權(quán)利要求1所述的發(fā)光體硅樹脂模制品，其特征在于，所述發(fā)光體是LED發(fā)光體。
3. 權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光體硅樹脂模制品，其特征在于，彼此導(dǎo)電連接的多個(gè)發(fā)光體是串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的。
4. 權(quán)利要求1-3之一所述的發(fā)光體硅樹脂模制品，其特征在于，所述發(fā)光體在相同波長(zhǎng)下發(fā)光。
5. 權(quán)利要求1-3之一所述的發(fā)光體硅樹脂模制品，其特征在于，不同輻射性質(zhì)的發(fā)光體彼此組合。
6. 權(quán)利要求1-5之一所述的發(fā)光體硅樹脂模制品，其特征在于，所述內(nèi)部硅樹脂基體A的Shore A硬度小于或等于10，或粘度為l-100xl06 mPa.s(在23。C禾口 1012mbar下)。
7. 權(quán)利要求l-6之一所述的發(fā)光體硅樹脂模制品，其特征在于，所述外部硅樹脂基體B的ShoreA硬度大于lO，并且，在內(nèi)部硅樹脂基體A同樣由在標(biāo)準(zhǔn)條件下為固體的硅樹脂類型組成的情況下，內(nèi)部硅樹脂基體A和外部硅樹脂基體B的ShoreA硬度差至少為5。
8. 權(quán)利要求1-7之一所述的發(fā)光體硅樹脂模制品，其特征在于，硅油或有機(jī)硅凝膠用作所述內(nèi)部硅樹脂基體A。
9. 權(quán)利要求l-8之一所述的發(fā)光體硅樹脂模制品，其特征在于，RTV-2硅橡膠或HTV硅橡膠或硅樹脂雜化聚合物用作所述外部硅樹脂基體B。
10. 權(quán)利要求l-9之一所述的發(fā)光體硅樹脂模制品，其特征在于，所述發(fā)光體硅樹脂模制品也帶有外涂層。
11. 權(quán)利要求l-9之一所述的發(fā)光體硅樹脂模制品，其特征在于，它們以管道、管子、帶、薄片或晶體管的形式存在。
12. 權(quán)利要求1-11之一所述的發(fā)光體硅樹脂模制品，其特征在于，硅樹脂基體A內(nèi)的發(fā)光體彼此偏移式排列，以此方式使得它們完全和均勻照亮周圍空間。
13. —種生產(chǎn)權(quán)利要求1-12之一所述的發(fā)光體硅樹脂模制品的方法，其特征在于，將發(fā)光體硅樹脂模制品配有內(nèi)部軟質(zhì)硅樹脂基體A，并用一個(gè)或多個(gè)硬質(zhì)硅樹脂基體B包圍。
14. 權(quán)利要求1，12之一所述的發(fā)光體硅樹脂模制品在照明上的用途。
15. 權(quán)利要求1-12之一所述的發(fā)光體硅樹脂模制品在引發(fā)化學(xué)反應(yīng)或生物反應(yīng)上的用途。
16. 權(quán)利要求1-12之一所述的發(fā)光體硅樹脂模制品在對(duì)水消毒上的用 途。
17. 權(quán)利要求1-12之一所述的發(fā)光體硅樹脂模制品在生物反應(yīng)器中用于生產(chǎn)生物質(zhì)，尤其是培養(yǎng)藻類的用途。
18. 權(quán)利要求1-12之一所述的發(fā)光體硅樹脂模制品與太陽(yáng)能電池組合用于提供移動(dòng)飲用水加工廠的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及模制品，其包含多個(gè)嵌入在硅基體中的發(fā)光體，所述硅基體由被至少一個(gè)硬質(zhì)硅基體B包圍的內(nèi)部軟質(zhì)硅基體A構(gòu)成。所述硅基體B任選涂覆有外涂層C。
文檔編號(hào)F21V15/02GK101680639SQ200880018469
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月1日
發(fā)明者C·奧克斯, C·米勒雷斯, J·道特 申請(qǐng)人:瓦克化學(xué)股份公司