快速固化白色涂料的制備

侯 羽 范和平（江漢大學(xué)柔性顯示材料與技術(shù)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430074）張雪平 石玉界 劉莎莎（華爍科技股份有限公司，湖北 武漢 430074）

快速固化白色涂料的制備

Paper Code: S-033

侯 羽 范和平
（江漢大學(xué)柔性顯示材料與技術(shù)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430074）
張雪平 石玉界 劉莎莎
（華爍科技股份有限公司，湖北 武漢 430074）

包封膜是撓性印制電路板（FPC）的外層保護材料，用于保護未經(jīng)特殊處理的線路不受環(huán)境和人為因素的損害。文章制備出一種可快速固化的白色涂料，涂覆于PI薄膜上，應(yīng)用于FPC包封膜的生產(chǎn)中，可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。文章主要研究了涂料的固化工藝、熱學(xué)性能及涂層的白度、光澤度、附著力、剝離強度、耐錫焊性等性能。實驗結(jié)果表明，涂料具有固化速度快、附著力強、柔韌性好、耐熱性能優(yōu)越等特點，滿足FPC包封膜生產(chǎn)需求。

包封膜；快速固化；白色涂料

1 前言

包封膜是撓性印制電路板（FPC）的外層保護材料，用于保護未經(jīng)特殊處理的線路不受環(huán)境和人為因素的損害。常規(guī)包封膜由三層材料組成：第一層是聚酰亞胺（PI）薄膜作絕緣基膜；中間一層是膠膜，通常為環(huán)氧樹脂膠膜和丙烯酸酯膠膜；第三層為保護膠膜用的離型材料[1]。

本文以環(huán)氧樹脂CYD-011為基體樹脂，鈦白粉為顏料，乙酸乙酯為溶劑，聚醚胺D-230為固化劑，二乙烯三胺為固化促進劑，制備出一種可快速固化的白色涂料，涂覆于PI薄膜上，應(yīng)用于撓性印制電路板（FPC）包封膜的方面，可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。該熱固化性涂料具有固化速度快、附著力強、柔韌性好、耐熱性能優(yōu)良等特點，滿足FPC包封膜生產(chǎn)需求。

2 實驗部分

2.1 主要原料

環(huán)氧樹脂CYD-011，巴陵石化；聚醚胺D-230，揚州晨化；聚酰胺650，揚州中良；雙氰胺，鄭州聚億鑫；二乙烯三胺，北京樂泰；三氟化硼乙醚，威振化工；DMP-30，威海天宇；金紅石型二氧化鈦，杜邦；硅烷偶聯(lián)劑KH-550、硅烷偶聯(lián)劑KH-560、硅烷偶聯(lián)劑KH-792，南京聯(lián)硅化工；聚酰亞胺（PI）薄膜；乙酸乙酯。

2.2 鈦白粉的表面處理

稱取一定質(zhì)量的鈦白粉，將偶聯(lián)劑用適量的無水乙醇攪拌稀釋，靜置一段時間后，將稀釋好的偶聯(lián)劑均勻噴灑在鈦白粉表面，高速攪拌2 h ～ 3 h。攪拌完成后，放置于烘箱內(nèi)80 ℃ ～ 85 ℃烘烤4 h，去除掉鈦白粉中殘留的無水乙醇。

2.2 白色涂料的制備

將一定配比量的環(huán)氧樹脂、改性后的鈦白粉、溶劑和助劑均勻混合，室溫下高速攪拌，再研磨分散48 h，制得白色涂料原膠。

2.3 包封膜的制備

將研磨好的涂料經(jīng)過300目的濾網(wǎng)過濾后，加入固化劑和固化促進劑，攪拌均勻，均勻涂覆在聚酰亞胺（PI）膜上，控制涂層厚度在15 μm ～ 20 μm。在80 ℃ ～ 120 ℃烘箱中烘烤至表面溶劑揮發(fā)，150 ℃烘烤至表干，在聚酰亞胺薄膜另一面涂覆膠粘劑，與離型材料貼合，制得包封膜樣品。

2.4 性能測試及表征

親油化度測試：親油化度值可以作為評價鈦白粉粒子有機改性效果的標準。將經(jīng)表面處理的鈦白粉置于50 mL的水中，加入無水乙醇。當漂浮于水面上的粉體完全潤濕時，記錄無水乙醇的加入量V（mL），則親油化度=V/(50+V)×100%。

涂層表干時間測試：實驗采用指觸法。以手指輕觸漆膜表面，如感到有些發(fā)黏，但無漆粘在手指上，即認為表面干燥，參照國家標準 GB/T 1728。

涂層白度測試：WSB-L白度計。

涂層光澤度測試：GZ-Ⅱ光澤度檢測儀。

剝離強度測試：ASIDA-BL12型剝離強度測試儀，廣東正業(yè)科技股份有限公司。

耐錫焊性測試：調(diào)溫錫爐，上海翔柏電子工具有限公司。

熱重分析測試：TG-209-F3熱重分析儀，德國Netzsch公司。

3 結(jié)果與討論

3.1 涂層表干時間的測試

圖1為分別用聚醚胺D-230、聚酰胺650、雙氰胺做固化劑時，涂層在150℃下的表干時間。從圖中可看出，用聚醚胺D-230為固化劑時涂層的表干時間最短。由于聚醚胺兩端的活性官能團胺基與環(huán)氧基反應(yīng)，增大了體系的交聯(lián)密度，加速體系固化，減少涂層表干時間。隨著固化劑用量增加，表干時間減少，當固化劑用量達到一定數(shù)值時，表干時間不再變化。因此選擇聚醚胺D-230為固化劑，用量為10 phr。

圖1 不同固化劑對涂層表干時間的影響

圖2為以聚醚胺D-230為固化劑，分別用二乙烯三胺、三氟化硼乙醚、DMP-30做固化促進劑時涂層在150 ℃下的表干時間。加入固化促進劑可以增大交聯(lián)密度，減小固化內(nèi)應(yīng)力，降低固化劑的反應(yīng)活性，進而提高固化速度，縮短固化時間。因此，選用聚醚胺D-230為固化劑，用量為10 phr，二乙烯三胺為促進劑，用量為1.5 phr時，涂層可以在150 ℃/3 min達到表干。

圖2 不同固化促進劑對涂層表干時間的影響

3.2 偶聯(lián)劑的選擇

為改善鈦白粉在涂料中的分散性，需要用偶聯(lián)劑對鈦白粉進行表面處理。本文采用三種硅烷偶聯(lián)劑KH-550、KH-560、KH-792改性鈦白粉。

圖3～圖5分別為三種偶聯(lián)劑KH-550、KH-560、KH-79處理鈦白粉后親油化度的變化，以及對涂層的白度和光澤度的影響。未經(jīng)表面處理的鈦白粉親水性較強，粒子間容易產(chǎn)生團聚。經(jīng)過有機表面處理后，鈦白粉表面的官能團發(fā)生了變化，表面由親水性轉(zhuǎn)變?yōu)榱擞H油性[2]，鈦白粉的親油化度增加。鈦白粉在涂料中的分散性得到提高，團聚現(xiàn)象有所減少，偶聯(lián)劑在粒子表面形成的有機包覆層增強了粒子對光的散射能力[3]。同時偶聯(lián)劑可以降低體系的表面張力，涂料的流平性能提高，膜面更光滑。因此涂層的白度和光澤度提高。當偶聯(lián)劑的用量較小時，隨著偶聯(lián)劑的增加，偶聯(lián)劑與二氧化鈦表面的羥基發(fā)生反應(yīng)，二氧化鈦表面的羥基減少，二氧化鈦的親油化度增大；當偶聯(lián)劑的用量超過一定數(shù)值時，硅烷偶聯(lián)劑水解生成的硅氧烷負離子進攻與二氧化鈦鍵合的偶聯(lián)劑分子中的硅原子，引起粉體的絮凝[4]，降低鈦白粉與樹脂的相容性，鈦白粉的分散性變差，導(dǎo)致鈦白粉的親油化度下降，涂層的白度和光澤度降低。

圖3 不同偶聯(lián)劑對鈦白粉親油化度的影響

圖4 不同偶聯(lián)劑及用量對涂層白度的影響

圖5 不同偶聯(lián)劑及用量對涂層光澤度的影響

綜合三種偶聯(lián)劑對鈦白粉親油化度以及對涂層白度和光澤度的影響，選用偶聯(lián)劑KH-560作為表面處理劑，用量為0.2%，此時鈦白粉的親油化度為39.3%，制備的涂料涂層白度為93.6%，光澤度為97.4%。

圖6為涂料固化后的Tg曲線。從圖中可知，涂料的起始分解溫度為348 ℃。在包封膜生產(chǎn)過程中焊接時受熱溫度最高，一般有鉛焊接溫度最高達230℃，無鉛焊接最高達270 ℃[5]。故此涂料的耐熱性滿足FPC生產(chǎn)要求。

圖6 涂料固化后的TG曲線

3.4 涂膜性能

表2為涂層的性能測試，涂層的白度、光澤度高，附著力優(yōu)良，耐熱性好，耐錫焊、耐化學(xué)品性良好，符合FPC包封膜的生產(chǎn)需求。

表1 涂層性能測試表

4 結(jié)論

本文以環(huán)氧樹脂CYD-011為基體樹脂，鈦白粉為顏料，乙酸乙酯為溶劑，制備出一種白色涂料， 選用偶聯(lián)劑KH-560改性鈦白粉，當KH-560用量為0.2%時，鈦白粉的親油化度為39.3%，制備的涂料涂層白度93.6%，光澤度97.4%。當固化劑聚醚胺D-230用量為10 phr，固化促進劑二乙烯三胺用量為1.5 phr時，涂層可以在150 ℃/3 min達到表干。同時涂層的附著力、鉛筆硬度、耐錫焊性、耐熱性等性能優(yōu)良，此涂料可以應(yīng)用于FPC包封膜的生產(chǎn)中。

[1]范和平,李楨林.一種撓性印制電路板包封膜用中溫固化環(huán)氧膠粘劑及其制備方法[P]. CN101845287,2010.

[2]鮑利軍,吳國元.TiO2的表面改性[J].云南冶金.2003,5∶35-38.

[3]蘆成,張衛(wèi)勤,黃銳等.偶聯(lián)劑表面處理對鈦白粉及其色母粒性能的影響[J]. 塑料工業(yè).2009,37(8)∶66-69.

[4]DESOR.Aqueous polymer dispersions as binders for elastic,non-blocking and scratch-resistant coatings∶U P,6005042[P].1999-12-21.

[5]張雪平,李楨林,范和平等.白色包封膜用熱固涂料的性能研究[M]. 第十三屆覆銅板技術(shù)·市場研討會論文集,2012∶135-138.

侯羽，高分子化學(xué)與物理專業(yè)，在讀理學(xué)碩士，主要從事?lián)闲愿层~板系列高分子材料的研究工作。導(dǎo)師：范和平，研究員，研究方向是電子化學(xué)品。

The preparation of fast-curing white coating

HU Yu FAN He-ping ZHANG Xue-ping SHI Yu-jie LIU Sha-sha

Encapsulation film is the shielding material of flexible printed circuit board (FPC), used to protect lines without special treatment from damage of environmental and human factors. In this paper, a fastcuring white coating was prepared. It can improve the production efficiency and reduce production costs as this coating is coated on PI film, applied to the production process of FPC encapsulation film production. In this paper, the coating curing process, thermal properties, whiteness and gloss, adhesion, peel strength, resistance to soldering and other properties were studied. The results showed that, the coating had the characteristics of fast curing speed, strong adhesion, good flexibility and excellent heat resistance, meeting the demand of FPC encapsulation film production.

Encapsulation Film; Fast-Curing; White Coating

TN41

A

1009-0096（2015）03-0160-05