環(huán)保型聚氨酯三防漆的制備與性能研究

李遠(yuǎn)耀 劉安軍 任天斌

收稿日期：2013-12-11

作者簡介：李遠(yuǎn)耀，男，碩士。從事聚氨酯材料的研究與制備工作。E-mail：460354026@qq.com。

摘要：以醇酸樹脂、多異氰酸酯等為原料合成了聚氨酯改性醇酸樹脂，并在該樹脂中加入催干劑、甲乙酮肟等配制了環(huán)保型聚氨酯三防漆。研究了固含量、R值[n（NCO）/n（OH）]、原料和合成工藝對其性能的影響。聚氨酯三防漆具有快干、附著力強(qiáng)、電絕緣性能優(yōu)異等特點(diǎn)，與SYNTHITE?AC-46和BECTRON?4122-37E三防漆性能相當(dāng)，且綠色環(huán)保。

關(guān)鍵詞：三防漆；聚氨酯；環(huán)保型

中圖分類號(hào)：TQ323.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2014）05-0058-04

PCB（印制電路板）作為電子儀器儀表中的重要電子部件，應(yīng)具有良好的耐腐蝕性及電絕緣性能。在航空、航天及航海等野外惡劣條件下，使用一段時(shí)間后，往往因PCB表面防護(hù)出現(xiàn)問題，對整個(gè)電子系統(tǒng)造成巨大影響，引起系統(tǒng)故障[1～4]，可見加強(qiáng)對PCB的防護(hù)具有十分重要的意義。

目前，國內(nèi)PCB防護(hù)漆最常用的有：有機(jī)硅類、聚氨酯類、環(huán)氧類和丙烯酸酯類三防漆等4種。其中聚氨酯三防漆具有良好的耐腐蝕性能、電絕緣性能、防潮性能，其耐磨性能相比其他三防漆更為優(yōu)異[5]。由于聚氨酯三防漆固化后形成透明膜，使用后無法檢測出電子零件表面是否被三防涂料完全涂覆，致使產(chǎn)品在使用中性能不穩(wěn)定，甚至報(bào)廢，因而要在漆中加入熒光劑以便檢測[6]。

目前，國外已經(jīng)出現(xiàn)環(huán)保型三防漆，有美國Dolphs公司的SYNTHITE?AC-46，德國艾倫塔斯公司的BECTRON?4122-37E、4122-40E和4122-45E等，而國內(nèi)尚未見此類產(chǎn)品。本文以D80溶劑油為溶劑，采用醇酸樹脂、甲苯二異氰酸酯（TDI）等原料合成了聚氨酯改性醇酸樹脂，并配制了性能優(yōu)異的三防漆，該三防漆具有快干、附著力強(qiáng)、電絕緣性能優(yōu)異等特點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

甲苯二異氰酸酯（TDI）、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）、六亞甲基二異氰酸酯（HDI），Bayer公司；醇酸樹脂，自制；一縮二乙二醇（DEG），四川成都化學(xué)試劑廠；D80溶劑油，茂名市富力華石化有限公司；乙醇；鈷催干劑（12%）、鋯催干劑（24%）、鈣催干劑（10%），OMG公司；甲乙酮肟，無錫江德森化工制品有限公司；熒光粉，深圳市永輝顏料科技有限公司

1.2 聚氨酯改性醇酸樹脂的合成

將醇酸樹脂和多異氰酸酯加入到三口瓶中，混合均勻后升溫到88～90 ℃，反應(yīng)1.5 h；將DEG加入到三口瓶中，調(diào)節(jié)溫度為68～70 ℃，反應(yīng)5 h；加入D80溶劑油，同時(shí)加入乙醇在60～62 ℃封端反應(yīng)3 h；冷卻出料得到聚氨酯改性醇酸樹脂。

1.3 性能測試

1）固含量

稱取1～2 g的樣品（W0），將樣品置于烘干至恒量的玻璃皿（W1）中，置于100 ℃鼓風(fēng)干燥箱中烘干3 h；取出玻璃皿于干燥器內(nèi)冷卻30 min后稱量，重復(fù)以上操作，直至恒量（W2），則固含量/%=（W2-W1）/W0×100。

2）黏度

使用流變儀進(jìn)行測定。測試溫度為25 ℃，選用1#轉(zhuǎn)子。

3）表干時(shí)間

將聚氨酯三防漆涂在PCB板上，根據(jù)GB/T 1728—1979 漆膜干燥時(shí)間測試法乙法[7]測試表干時(shí)間。

4）附著力

將聚氨酯三防漆涂在PCB板上，根據(jù)劃格法測試。

5）絕緣電阻

根據(jù)GB4677.1—84《印制板表面絕緣電阻的測試方法》[8]進(jìn)行測試。

6）耐酸堿性能

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%NH4Cl的溶液和5%Na2CO3的溶液，將其分別均勻涂敷在有三防漆保護(hù)的PCB板上，3 d后觀察PCB表面是否出現(xiàn)腐蝕、起泡、白斑等現(xiàn)象。

7）貯存性能

稱取50 g樣品于鐵罐中密封好，放在50 ℃的鼓風(fēng)干燥箱中，7 d后觀察體系有無變化

8）鉛筆硬度

根據(jù)GB/T6739—1996[9]手動(dòng)法測試。

1.4 聚氨酯改性醇酸樹脂三防漆的配方

將上述聚氨酯改性醇酸樹脂加入催干劑、甲乙酮肟等助劑配制出三防漆（配方見表1）。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚氨酯改性醇酸樹脂的紅外光譜

聚氨酯改性醇酸樹脂紅外光譜如圖1所示。3 324 cm-1處為氨基甲酸酯中N-H的伸縮振動(dòng)吸收峰；2 956 cm-1和2 854 cm-1處為—CH3、—CH2的伸縮振動(dòng)吸收峰；1 741 cm-1為氨基甲酸酯和醇酸樹脂的C=O伸縮振動(dòng)吸收峰；1 600 cm-1處為苯環(huán)的骨架伸縮振動(dòng)吸收峰；1 536 cm-1處為仲酰胺的N-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)吸收峰；1 227 cm-1處為酰胺鍵的C-N伸縮振動(dòng)吸收峰；1 068 cm-1處為C-O-C的伸縮振動(dòng)吸收峰；765和723 cm-1處為苯環(huán)取代的C-H伸縮振動(dòng)吸收峰；2 270～2 240 cm-1處沒有—NCO的特征吸收峰，說明異氰酸酯基團(tuán)已經(jīng)完全反應(yīng)。

2.2 固含量對聚氨酯三防漆性能影響

保持其他條件不變，僅改變固含量，考查其對聚氨酯三防漆性能的影響（見表2）。由表2可知，固含量的變化對附著力影響不大。當(dāng)固含量低于40%時(shí)，改變固含量對體系黏度沒有太大影響，當(dāng)固含量高于40%時(shí)，黏度則隨固含量增加而明顯增大。這是因?yàn)楣毯枯^低時(shí)，聚氨酯大分子之間纏結(jié)程度較低，當(dāng)固含量增大到一定程度時(shí)，聚氨酯大分子之間纏結(jié)程度較高，漆的黏度變大。表干時(shí)間隨固含量的增大而減少。當(dāng)固含量增大時(shí)，體系中溶劑量減少，表干速度變快，表干時(shí)間變短。

2.3 R值對聚氨酯三防漆性能的影響

保持其他條件不變，僅改變R值，R值對三防漆表干速度影響見表3。當(dāng)R值較小時(shí)，隨著R值增大，聚氨酯中剛性鏈段含量增大，聚氨酯大分子之間的相互作用力增大，表干速度加快，表干時(shí)間減少。當(dāng)R值小于2時(shí)，R值增大，附著力增大；當(dāng)R值大于2時(shí)，R值增大附著力減小。這是因?yàn)楫?dāng)R值較小時(shí)聚氨酯中剛性鏈段含量增加，聚氨酯極性增大，附著力增大，當(dāng)R值增大到一定程度時(shí)，聚氨酯對基材的潤濕性能變差，附著力下降。

2.4 原料對聚氨酯三防漆性能的影響

保持其他條件不變，原料對聚氨酯三防漆性能影響見表4。由表4可知，使用TDI時(shí)，體系黏度和硬度最大，表干時(shí)間最短，使用HDI時(shí)黏度和硬度最小，表干時(shí)間最長。TDI是芳香族異氰酸酯，合成的聚氨酯大分子間的相互作用力最大，因而黏度最大。TDI合成的聚氨酯剛性最強(qiáng)、分子間作用力最大，因而硬度最大，表干時(shí)間最短。

2.5 熒光劑含量對聚氨酯三防漆性能的影響

聚合物中加入熒光粉可以在UV熒光顯示儀下進(jìn)行檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)PCB板上未涂覆部分，便于進(jìn)行補(bǔ)涂處理，保證電子產(chǎn)品使用的安全性和可靠性。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，熒光劑用量0.1%～0.15%時(shí)，UV熒光顯示儀即能檢測，又不影響聚氨酯三防漆透明性。

2.6 封端時(shí)間對聚氨酯三防漆性能的影響

保證其他條件不變，封端時(shí)間對聚氨酯三防漆性能影響見表5。由表5可知，封端時(shí)間對外觀沒有太大的影響。封端時(shí)間大于3 h時(shí)，聚氨酯改性醇酸樹脂黏度較低；封端時(shí)間小于3 h時(shí)，封端不完全，樹脂中殘留的NCO含量較高，與空氣中的水分反應(yīng)，進(jìn)而交聯(lián)使體系黏度增大，貯存穩(wěn)定性下降。

2.7 與同類產(chǎn)品性能對比

自制三防漆與市售三防漆性能對比見表6。自制的聚氨酯三防漆具有快干、附著力強(qiáng)、電絕緣性能優(yōu)異等特點(diǎn)，與市售的三防漆性能接近。

3 結(jié)論

（1）固含量對聚氨酯三防漆的附著力無顯著影響。當(dāng)固含量較低時(shí)，固含量變化對漆的黏度影響較??；當(dāng)固含量較高時(shí)，其變化對黏度影響較大。固含量越大，表干時(shí)間越短。

（2）聚氨酯三防漆的表干時(shí)間隨R值增大而減小。當(dāng)R值較小時(shí)，隨R值增大附著力增大；當(dāng)R值較大時(shí)，隨R值增大附著力減小。在該工藝條件下，使用TDI合成的三防漆黏度和硬度最大，表干時(shí)間最短。

（3）熒光粉用量0.1%～0.15%，可用熒光顯示儀檢測，且不影響聚氨酯三防漆的透明性。

（4）封端時(shí)間大于3 h合成的三防漆綜合性能較好。

（5）自制聚氨酯三防漆與國外同類產(chǎn)品性能相當(dāng)，且環(huán)保性好。

參考文獻(xiàn)

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[7]GB/T 1728-1979，漆膜干燥時(shí)間測試法[S].

[8]GB4677.1-84，印制板表面絕緣電阻的測試方法[S].

[9]GB/T6739-1996，涂膜鉛筆硬度測試法[S].