橡膠型敷型涂料的制備及性能研究

何廣洲，霍 磊

（1.北京天山新材料技術(shù)有限公司，北京 100041；2.北京京東方光電科技有限公司，北京 100176）

橡膠型敷型涂料的制備及性能研究

何廣洲1，霍 磊2

（1.北京天山新材料技術(shù)有限公司，北京 100041；2.北京京東方光電科技有限公司，北京 100176）

以丁苯橡膠為主要成膜物，成功制備了一種新型橡膠型敷型涂料。考查了丁苯橡膠種類、增粘樹(shù)脂種類及用量、涂膜厚度以及水汽溫度對(duì)涂膜透濕率的影響。結(jié)果表明，以氫化SBS YH-502為主要成膜物，并添加100%的C5石油樹(shù)脂，涂膜的透濕率最低。涂膜透濕率隨涂膜厚度的增加而降低，隨著水汽溫度的提高而升高。

丁苯橡膠；敷型涂料；透濕率；增粘樹(shù)脂

敷型涂料，俗稱“三防涂料”，主要用于電子線路板的保護(hù)。經(jīng)涂覆后，在線路板表面形成致密的保護(hù)膜，保護(hù)線路板免受溫度、濕氣、鹽霧、霉菌等外界因素的影響，確保儀器設(shè)備長(zhǎng)期、穩(wěn)定、安全的運(yùn)行[1，2]。

目前，市場(chǎng)上敷型涂料對(duì)大多數(shù)電子線路板都能形成較好的防護(hù)性能，但對(duì)于比較苛刻的高濕度環(huán)境下使用的電器線路板（如洗衣機(jī)、智能馬桶、空調(diào)等的線路板），只能大幅度提高涂膜厚度才能達(dá)到防護(hù)性能要求，會(huì)造成成本上升、工藝過(guò)程復(fù)雜化等系列問(wèn)題。為此，本文從高分子材料的防水特性上考量，篩選了低極性、疏水、柔韌的丁苯橡膠作為主要成膜物，制備了一種防水性能優(yōu)異的新型敷型涂料[3,4]。同時(shí)，提出了衡量和量化涂膜防水性能的技術(shù)指標(biāo)——透濕率，通過(guò)透濕率可以判斷涂膜對(duì)水汽的抵御和防護(hù)能力。在相同涂膜厚度下，透濕率越小，涂膜對(duì)水汽的阻隔作用越強(qiáng)，防水性能越好；透濕率越大，涂膜對(duì)水汽阻隔作用越弱，防水性能越差，水汽越容易透過(guò)涂膜侵蝕線路板。另外，本文還考查了丁苯橡膠種類、增粘樹(shù)脂種類及用量、涂膜厚度及水汽溫度對(duì)涂膜透濕率的影響。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原料

丁苯橡膠YH-791、丁苯橡膠YH-502，工業(yè)級(jí)，巴陵石化；丁苯橡膠M1911，工業(yè)級(jí)，旭化成；C5石油樹(shù)脂，工業(yè)級(jí)，濮陽(yáng)瑞森石油樹(shù)脂有限公司；萜烯樹(shù)脂T-100、松香樹(shù)脂138，工業(yè)級(jí)，上海三連實(shí)業(yè)有限公司；古馬隆樹(shù)脂，工業(yè)級(jí)，河北駿發(fā)化工科技有限公司；酚醛樹(shù)脂2402，工業(yè)級(jí)，上海多康實(shí)業(yè)有限公司；溶劑二甲苯，工業(yè)級(jí)，蘇州千里行化工有限公司。

1.2儀器與設(shè)備

涂-4杯黏度計(jì)，蘇州市金戈檢驗(yàn)設(shè)備有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱，吳江峻環(huán)機(jī)械設(shè)備有限公司；BEVS1811/1自動(dòng)涂膜機(jī)，BEVS公司；3/33MA型透濕儀，美國(guó)MOCON。

1.3敷型涂料的制備

在室溫下，將溶劑二甲苯加入到反應(yīng)釜中，通過(guò)加料口加入增粘樹(shù)脂，開(kāi)動(dòng)攪拌器，至其完全溶解；隨后加入丁苯橡膠，繼續(xù)攪拌至完全溶解，再加入抗氧劑、UV吸收劑等混合均勻。最后，通過(guò)60目濾網(wǎng)過(guò)濾，灌裝，即得橡膠型敷型涂料。

1.4測(cè)試方法

1）涂料外觀：參照GB/T 1721—2008清漆、清油及稀釋劑外觀和透明度測(cè)定法進(jìn)行判斷；

2）涂膜外觀：參照GB/T 1729—1979漆膜顏色及外觀測(cè)定法進(jìn)行判斷；

3）黏度：參照GB/T 1723—1993涂料黏度測(cè)定法進(jìn)行測(cè)定；

4）固含量：參照GB/T 1725—2007色漆、清漆和塑料不揮發(fā)物含量的測(cè)定方法進(jìn)行測(cè)定；

5）表干時(shí)間、實(shí)干時(shí)間：參照GB/T 1728—1989漆膜、膩?zhàn)幽じ稍飼r(shí)間測(cè)定法進(jìn)行測(cè)定；

6）硬度：參照GB/T 6739—2006色漆和清漆鉛筆法測(cè)定漆膜硬度進(jìn)行測(cè)定；

7）附著力：參照GB/T T9286—1998色漆和清漆漆膜的劃格試驗(yàn)測(cè)定；

8）透濕率：在離型紙上利用涂膜機(jī)涂覆一定厚度的涂膜，經(jīng)烘烤后備用。將涂膜從離型紙上撕下參照ASTM E398—2003進(jìn)行透濕率測(cè)定。測(cè)試條件：涂膜厚度30 μm，水汽濕度100%，水汽溫度30 ℃，水汽流量100 sccm。

2　結(jié)果與討論

2.1敷型涂料的性能

選取市售性能優(yōu)異的敷型涂料樣品與自制敷型涂料進(jìn)行性能對(duì)比，結(jié)果如表1所示。

表1　敷型涂料的性能Tab.1　Performance of conformal coatings

由表1可看出，與市售樣品相比，自制橡膠型敷型涂料附著力好、透濕率低，防潮性能優(yōu)異。

2.2丁苯橡膠種類對(duì)透濕率的影響

選取了3種具有代表性的丁苯橡膠作為主要成膜物。其中，YH-791為常規(guī)的線性丁苯橡膠，YH-502為經(jīng)過(guò)氫化處理的飽和型丁苯橡膠，M1911為馬來(lái)酸酐接枝的丁苯橡膠，3種丁苯橡膠的S/B均為30：70。固定各組成比例不變的情況下，考查丁苯橡膠種類對(duì)涂膜透濕率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1　丁苯橡膠種類對(duì)透濕率的影響Fig.1　Effect of SBS kind on moisture vapour transmission rate

由圖1可以看出，以M1911制成的涂膜透濕率最大，以YH-791制成的涂膜透濕率居中，而以YH-502制成的涂膜透濕率最小。這主要是由于YH-502經(jīng)過(guò)氫化處理后，分子鏈上的聚丁二烯結(jié)構(gòu)變?yōu)轱柡托偷木垡蚁?聚丁烯結(jié)構(gòu)，分子鏈柔順性變好，分子鏈纏繞更加緊密，分子間距變小，水汽透過(guò)受阻程度增加，因而透濕率比常規(guī)SBS涂膜降低；而以馬來(lái)酸酐接枝的丁苯橡膠所成的涂膜分子鏈上引入了親水性的羧基基團(tuán)，分子鏈間形成氫鍵作用力，同時(shí)水汽也與涂膜分子鏈上的羧基形成氫鍵作用力，進(jìn)一步增加了水汽透過(guò)率，因而涂膜的透濕率相對(duì)升高。因此，選取較低透濕率的YH-502作為優(yōu)選成膜物。

2.3增粘樹(shù)脂種類對(duì)透濕率的影響

由于丁苯橡膠本身不具備粘接性能，對(duì)基材附著力差，通常添加增粘樹(shù)脂以增強(qiáng)附著力。在成膜過(guò)程中增粘樹(shù)脂分子鏈嵌入到丁苯橡膠的分子鏈之間，使得涂膜的組成及分子鏈段的空間排布結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，涂膜的透濕率也將隨之變化。為此，考查了5種增粘樹(shù)脂：C5石油樹(shù)脂（軟化點(diǎn)100 ℃）、萜烯樹(shù)脂（軟化點(diǎn)100 ℃）、松香樹(shù)脂（軟化點(diǎn)100 ℃）、古馬隆樹(shù)脂（軟化點(diǎn)110 ℃）和酚醛樹(shù)脂（軟化點(diǎn)120 ℃）對(duì)涂膜透濕率的影響，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，添加5種增粘樹(shù)脂的涂膜透濕率大小排序依次為：酚醛樹(shù)脂＞古馬隆樹(shù)脂＞松香樹(shù)脂＞萜烯樹(shù)脂＞C5石油樹(shù)脂。相比于其他樹(shù)脂，由于酚醛樹(shù)脂與丁苯橡膠相容性最差（涂膜發(fā)白嚴(yán)重），樹(shù)脂相和橡膠相存在嚴(yán)重的相分離，水汽可以輕易通過(guò)相界面透過(guò)涂膜，因此透濕率最高。而古馬隆樹(shù)脂與丁苯橡膠也存在不相容問(wèn)題（涂膜輕微泛白），但明顯好于酚醛樹(shù)脂，相分離程度相對(duì)減弱，水汽透過(guò)涂膜放緩，透濕率下降。而石油樹(shù)脂的主結(jié)構(gòu)——碳鏈結(jié)構(gòu)與丁苯橡膠中聚丁烯鏈結(jié)構(gòu)相似，使得石油樹(shù)脂與橡膠相容更好（涂膜透明），石油樹(shù)脂分子鏈填充在橡膠分子鏈間，使得整個(gè)涂膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊密，加之石油樹(shù)脂本身疏水，使得水汽難以透過(guò)涂膜，因此透濕率最小。而萜烯樹(shù)脂也有與石油樹(shù)脂相近的主碳鏈結(jié)構(gòu)，但因連續(xù)的碳鏈結(jié)構(gòu)被芳環(huán)間隔，造成了萜烯樹(shù)脂與丁苯橡膠中聚丁烯的相容性下降，另外芳環(huán)結(jié)構(gòu)撐大了分子鏈間的間距，增加了水分子傳輸空間，因此透濕率比石油樹(shù)脂偏高。而經(jīng)過(guò)酯化后的松香樹(shù)脂極性增大（比石油樹(shù)脂和萜烯樹(shù)脂的極性大），分子鏈親水性增強(qiáng)，造成水汽更易于透過(guò)涂膜；另外，松香樹(shù)脂的三環(huán)菲結(jié)構(gòu)只與丁苯橡膠中聚苯乙烯相相容性好，造成松香樹(shù)脂與丁苯橡膠的相容性變差，2相界面間距增加，導(dǎo)致水汽更易透過(guò)涂膜，因此透濕率相比萜烯樹(shù)脂和石油樹(shù)脂更高。

圖2　增粘樹(shù)脂種類對(duì)透濕率的影響Fig.2　Effect of tackifying resin type on moisture vapour transmission rate

2.4增粘樹(shù)脂用量對(duì)透濕率的影響

選取C5石油樹(shù)脂作為丁苯橡膠的附著力改性劑。其用量（以C5石油樹(shù)脂占丁苯橡膠的百分比表示）對(duì)涂膜透濕率的影響見(jiàn)圖3。

圖3　增粘樹(shù)脂用量對(duì)透濕率的影響Fig.3　Effect of tackifying resin amount on moisture vapour transmission rate

由圖3可以看出，隨著石油樹(shù)脂用量的增加涂膜的透濕率呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)。這主要是由于在成膜過(guò)程中石油樹(shù)脂填充到丁苯橡膠分子鏈間，密實(shí)了分子鏈間縫隙，阻礙了水汽透過(guò)，進(jìn)而透濕率下降。當(dāng)石油樹(shù)脂用量少時(shí)，石油樹(shù)脂能夠很好地溶解在橡膠中，形成連續(xù)相，少量的石油樹(shù)脂對(duì)分子鏈縫隙密實(shí)能力有限，阻隔水汽的作用較弱，透濕率仍較高。而隨著石油樹(shù)脂用量增加，分子鏈縫隙變得更加密實(shí)，水汽透過(guò)受阻增強(qiáng)，透濕率逐漸下降；但用量超過(guò)100%后，多余的石油樹(shù)脂會(huì)逐漸析出，形成另外一相，并與主體相分離，相界面的形成為水汽透過(guò)涂膜開(kāi)辟了新的路徑，因此透濕率開(kāi)始升高。適宜的C5石油樹(shù)脂用量為100%。

2.5膜厚對(duì)透濕率的影響

涂膜厚度對(duì)透濕率的影響如圖4所示。

圖4　膜厚對(duì)透濕率的影響Fig.4　Effect of film thickness on moisture vapour transmission rate

由圖4可以看出，隨著涂膜厚度增加透濕率下降。當(dāng)涂膜較薄時(shí)，水汽透過(guò)涂膜的路程相對(duì)短，水汽易于透過(guò)涂膜，透濕率較大；另外，較薄的涂膜不易制得，局部的凹凸缺陷也會(huì)造成透濕率增加。當(dāng)涂膜厚度增加時(shí)，水汽透過(guò)涂膜的路程延長(zhǎng)，滲透路徑也變得曲折復(fù)雜，涂膜對(duì)水汽的阻隔作用增強(qiáng)，透過(guò)涂膜的水汽量減少，透濕率逐漸下降。因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要根據(jù)防護(hù)性能要求選擇涂覆相應(yīng)厚度的涂膜。

2.6水汽溫度對(duì)透濕率的影響

水汽溫度對(duì)涂膜透濕率的影響如圖5所示。

從圖5可見(jiàn)，隨著水汽溫度升高，涂膜的透濕率升高。這主要是由于溫度還會(huì)使涂膜中多相物質(zhì)發(fā)生熱膨脹，由于線脹系數(shù)不同，原本致密的涂膜由于熱膨脹而形成微孔或縫隙，使得透濕率升高。很多涂層在高溫高濕時(shí)出現(xiàn)泛白、起皮、鼓泡、脫落等不良現(xiàn)象，也恰是因?yàn)楦邷氐乃子诖┩竿磕ぃ瑢?duì)涂膜本身及底材附著力造成破壞所致。

圖5　水汽溫度對(duì)透濕率的影響Fig.5　Effect of moisture temperature on moisture vapour transmission rate

3　結(jié)論

（1）以馬來(lái)酸酐接枝改性的丁苯橡膠M1911制成的涂膜透濕率最大，以常規(guī)丁苯橡膠YH-791制成的涂膜透濕率居中，而以氫化處理的飽和丁苯橡膠YH-502制成的涂膜透濕率最小。

（2）添加不同種類增粘樹(shù)脂的涂膜透濕率大小排序依次為：酚醛樹(shù)脂＞古馬隆樹(shù)脂＞松香樹(shù)脂＞萜烯樹(shù)脂＞C5石油樹(shù)脂。

（3）當(dāng)添加100% C5石油樹(shù)脂時(shí)，涂膜的透濕率最低。

（4）涂膜的透濕率隨涂膜厚度增加而降低，隨水汽溫度提高而升高。

[1]李遠(yuǎn)耀,劉安軍,任天斌.環(huán)保型聚氨酯三防漆的制備與性能研究[J].粘接,2014,35(5)∶58-61.

[2]何廣洲,閔長(zhǎng)春,李建華,等.新型快干醇酸敷型涂料的制備與性能研究[J].粘接,2015,36(11)∶65-68.

[3]殷錦捷,周華利,姜?jiǎng)倌?新型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)防水涂料的制備[J].電鍍與涂飾,2010,29(8)∶47 -49.

[4]戚震男,馬召華,蔣燕兮.SBS單組分橡膠防水涂料[J].廣州化學(xué),2003,28(2)∶31-37.

Preparation and properties of rubber conformal coating

HE Guang-zhou1, HUO Lei2
(1.Tonsan Adhesive Inc., Beijing 100041, China; 2.Beijing Boe Optoelectronics Technology Co., Ltd., Beijing 100176, China)

The rubber conformal coating was successfully prepared with SBS as the main film former. The influence of some factors , including the SBS kind, type and amount of tackifying resins, film thickness and moisture temperature, on the moisture vapour transmission rate of coating was investigated. The results showed that the moisture vapour transmission rate was the lowest when using SBS YH-502 as the main film former and adding 100 % C5 petroleum resin. With increasing the film thickness, the moisture vapour transmission rate of coating decreased. As the moisture temperature rised, the moisture vapour transmission rate of coating increased.

SBS; conformal coating; moisture vapour transmission rate; tackifying resin

TQ630.7

A

1001-5922（2016）11-0049-04

2016-08-31

何廣洲（1984-），男，碩士研究生，長(zhǎng)期從事涂料及膠粘劑的開(kāi)發(fā)工作。E-mail：heguangzhou@163.com。