環保型聚氨酯三防漆的制備與性能研究

李遠耀 劉安軍 任天斌

收稿日期：2013-12-11

作者簡介：李遠耀，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、電絕緣性能優異等特點，與SYNTHITE?AC-46和BECTRON?4122-37E三防漆性能相當，且綠色環保。

關鍵詞：三防漆；聚氨酯；環保型

中圖分類號：TQ323.8 文獻標識碼：A 文章編號：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，使用一段時間后，往往因PCB表面防護出現問題，對整個電子系統造成巨大影響，引起系統故障[1～4]，可見加強對PCB的防護具有十分重要的意義。

目前，國內PCB防護漆最常用的有：有機硅類、聚氨酯類、環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，致使產品在使用中性能不穩定，甚至報廢，因而要在漆中加入熒光劑以便檢測[6]。

目前，國外已經出現環保型三防漆，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，而國內尚未見此類產品。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，并配制了性能優異的三防漆，該三防漆具有快干、附著力強、電絕緣性能優異等特點。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

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1.5 h；將DEG加入到三口瓶中，調節溫度為68～70 ℃，反應5 h；加入D80溶劑油，同時加入乙醇在60～62 ℃封端反應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 ℃鼓風干燥箱中烘干3 h；取出玻璃皿于干燥器內冷卻30 min后稱量，重復以上操作，直至恒量（W2），則固含量/%=（W2-W1）/W0×100。

2）黏度

使用流變儀進行測定。測試溫度為25 ℃，選用1#轉子。

3）表干時間

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

4）附著力

將聚氨酯三防漆涂在PCB板上，根據劃格法測試。

5）絕緣電阻

根據GB4677.1—84《印制板表面絕緣電阻的測試方法》[8]進行測試。

6）耐酸堿性能

配制質量分數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的PCB板上，3 d后觀察PCB表面是否出現腐蝕、起泡、白斑等現象。

7）貯存性能

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

8）鉛筆硬度

根據GB/T6739—1996[9]手動法測試。

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的伸縮振動吸收峰；2 956 cm-1和2 854 cm-1處為—CH3、—CH2的伸縮振動吸收峰；1 741 cm-1為氨基甲酸酯和醇酸樹脂的C=O伸縮振動吸收峰；1 600 cm-1處為苯環的骨架伸縮振動吸收峰；1 536 cm-1處為仲酰胺的N-H面內彎曲振動吸收峰；1 227 cm-1處為酰胺鍵的C-N伸縮振動吸收峰；1 068 cm-1處為C-O-C的伸縮振動吸收峰；765和723 cm-1處為苯環取代的C-H伸縮振動吸收峰；2 270～2 240 cm-1處沒有—NCO的特征吸收峰，說明異氰酸酯基團已經完全反應。

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。當固含量低于40%時，改變固含量對體系黏度沒有太大影響，當固含量高于40%時，黏度則隨固含量增加而明顯增大。這是因為固含量較低時，聚氨酯大分子之間纏結程度較低，當固含量增大到一定程度時，聚氨酯大分子之間纏結程度較高，漆的黏度變大。表干時間隨固含量的增大而減少。當固含量增大時，體系中溶劑量減少，表干速度變快，表干時間變短。

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R值較小時，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，表干時間減少。當R值小于2時，R值增大，附著力增大；當R值大于2時，R值增大附著力減小。這是因為當R值較小時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R值增大到一定程度時，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，體系黏度和硬度最大，表干時間最短，使用HDI時黏度和硬度最小，表干時間最長。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、分子間作用力最大，因而硬度最大，表干時間最短。

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熒光顯示儀下進行檢測，及時發現PCB板上未涂覆部分，便于進行補涂處理，保證電子產品使用的安全性和可靠性。經試驗發現，熒光劑用量0.1%～0.15%時，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 封端時間對聚氨酯三防漆性能的影響

保證其他條件不變，封端時間對聚氨酯三防漆性能影響見表5。由表5可知，封端時間對外觀沒有太大的影響。封端時間大于3 h時，聚氨酯改性醇酸樹脂黏度較低；封端時間小于3 h時，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，進而交聯使體系黏度增大，貯存穩定性下降。

2.7 與同類產品性能對比

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、電絕緣性能優異等特點，與市售的三防漆性能接近。

3 結論

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

（2）聚氨酯三防漆的表干時間隨R值增大而減小。當R值較小時，隨R值增大附著力增大；當R值較大時，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品性能相當，且環保性好。

參考文獻

[1]Roger J Peirce，Raymond P Becker.Process for conformal coating of printed circuit boards：US，5246730[P].1993-9-21.

[2]Kamlesh Gaglani.Dual curing conformal coatings：US，5312943[P].1994-5-17.

[3]Daniel M Lynch.Polyurethane conformal coating process for a printed wiring board：US，5863597[P].1999-1-26.

[4]曹立榮.PCB三防工藝技術進展[J].安徽化工，2010年增刊（2）：16-18.

[5]陸勇.印制電路板組件表面三防涂覆材料性能研究[J].電子產品可靠性與環境試驗，2000，10（5）：26-28.

[6]張震，李麗，榮海宏，等.環保型紫外熒光三防涂料的制備[J].現代涂料與涂裝，2011，14（1）：28-34.

[7]GB/T 1728-1979，漆膜干燥時間測試法[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].