一種線路板上使用的水性聚氨酯阻燃塗料及其製備方法與流程

2023-08-09 15:02:11

技術領域：
本發明涉及一種線路板上使用的水性聚氨酯阻燃塗料及其製備方法，屬於阻燃塗料
技術領域：
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背景技術：
：電路板一般用敷銅層壓板製成，板層選用時要從電氣性能、可靠性、加工工藝要求和經濟指標等方面考慮。常用的敷銅層壓板是敷銅酚醛紙質層壓板、敷銅環氧紙質層壓板、敷銅環氧玻璃布層壓板、敷銅環氧酚醛玻璃布層壓板、敷銅聚四氟乙烯玻璃布層壓板和多層印刷電路板用環氧玻璃布等。不同材料的層壓板有不同的特點。環氧樹脂與銅箔有極好的粘合力，因此銅箔的附著強度和工作溫度較高，可以在260℃的熔錫中不起泡。環氧樹脂浸過的玻璃布層壓板受潮氣的影響較小。超高頻電路板最好是敷銅聚四氟乙烯玻璃布層壓板。在要求阻燃的電子設備上，還需要阻燃的電路板，這些電路板都是塗有阻燃樹脂的層壓板。CN101864151A公開了一種用於具有高剝離強度的印刷電路板的阻燃樹脂組合物、利用阻燃樹脂組合物的印刷電路板以及其製造方法，用於印刷電路板的阻燃樹脂組合物包括：複合環氧樹脂，其包含雙酚A型環氧樹脂、甲酚酚醛環氧樹脂、橡膠改性環氧樹脂以及含磷環氧樹脂；固化劑；固化促進劑；以及碳酸鈣無機填料。但是上述的阻燃塗料不是水性材料，存在著對環境汙染的缺點。技術實現要素：本發明的目的是：提供一種應用於線路板上使用的水性聚氨酯塗料，其具有阻燃效果好的優點。一種線路板上使用的水性聚氨酯阻燃塗料，包括有按重量份計的如下組分：改性水性聚氨酯乳液60～80份、水性醇酸樹脂4～6份、阻燃劑15～20份、導熱填料5～9份、纖維素3～6份、緩蝕劑0.5～3份、分散劑0.5～3份、消泡劑0.5～3份、潤溼劑0.5～3份、水15～20份。所述的導熱填料是氮化鋁、玻璃粉、硫酸鋇和鈦白粉等重量比的混合物。所述纖維素是甲基纖維素、乙基纖維素、丙基纖維素或丁基纖維素中的一種或兩種的混合物。所述阻燃劑為無機阻燃劑、滷系阻燃劑、磷系阻燃劑。所述阻燃劑為溴化聚苯乙烯與三氧化二銻按1：2重量比混合而成。改性水性聚氨酯乳液是指環氧蓖麻油改性水性聚氨酯乳液，其製備方法包括如下步驟：第1步，按重量份計，將脂環族聚異氰酸酯15～20份溶解於20～25份酯類溶劑中，得到第一混合物；第2步，按重量份計，將環氧蓖麻油10～15份、聚乙二醇15～20份混合後，升溫至65～70℃，預熱10～15min，再滴加第一混合物，進行反應，反應20～30min，再滴加有機多元酸5～10份，反應20～30min，再加入0.2～0.4份有機錫催化劑，升溫至75～80℃，進行反應2～3h；第3步，在第2步得到的反應物中加入擴鏈劑3～5份，並在60～65℃繼續反應0.5～1h，冷卻至室溫後，加入二乙胺0.3～0.5份，再加入水40～70份和乳化劑1～3份，高速分散後，減壓蒸餾除酯類溶劑後，得到乳液。所述的酯類溶劑是乙酸乙酯或者乙酸丁酯。所述的脂環族聚異氰酸酯是順-1,2-環己烷二異氰酸酯。所述的有機多元酸是己二酸。所述的有機錫催化劑是二月桂酸二丁基錫。高速分散是指在2500～3000rpm轉速下進行分散。所述的乳化劑選自SPAN80。所述的線路板上使用的水性聚氨酯阻燃塗料的製備方法，包括如下步驟：將改性水性聚氨酯乳液、水性醇酸樹脂、消泡劑、阻燃劑混合，以700～800rpm的轉速攪拌20～30min，再加入導熱填料、纖維素、緩蝕劑、分散劑、潤溼劑、水，以500～600rpm的轉速攪拌10～15min，即可。有益效果本發明提供的應用於線路板上使用的水性聚氨酯塗料具有阻燃效果好的優點。具體實施方式本發明提供的線路板上使用的水性聚氨酯阻燃塗料，包括有按重量份計的如下組分：改性水性聚氨酯乳液60～80份、水性醇酸樹脂4～6份、阻燃劑15～20份、導熱填料5～9份、纖維素3～6份、緩蝕劑0.5～3份、分散劑0.5～3份、消泡劑0.5～3份、潤溼劑0.5～3份、水15～20份。其中，採用的導熱填料是氮化鋁、玻璃粉、硫酸鋇和鈦白粉等重量比的混合物；纖維素是甲基纖維素、乙基纖維素、丙基纖維素或丁基纖維素中的一種或兩種的混合物；阻燃劑為無機阻燃劑、滷系阻燃劑、磷系阻燃劑。其中，採用的改性水性聚氨酯乳液指環氧蓖麻油改性水性聚氨酯乳液，其製備方法包括如下步驟：第1步，按重量份計，將脂環族聚異氰酸酯15～20份溶解於20～25份酯類溶劑中，得到第一混合物；第2步，按重量份計，將環氧蓖麻油10～15份、聚乙二醇15～20份混合後，升溫至65～70℃，預熱10～15min，再滴加第一混合物，進行反應，反應20～30min，再滴加有機多元酸5～10份，反應20～30min，再加入0.2～0.4份有機錫催化劑，升溫至75～80℃，進行反應2～3h；第3步，在第2步得到的反應物中加入擴鏈劑3～5份，並在60～65℃繼續反應0.5～1h，冷卻至室溫後，加入二乙胺0.3～0.5份，再加入水40～70份和乳化劑1～3份，高速分散後，減壓蒸餾除酯類溶劑後，得到乳液。上述方法中，作為脂環族聚異氰酸酯，例如可以列舉順-1,2-環己烷二異氰酸酯、1,3-環戊烯異氰酸酯、1,4-環己烷異氰酸酯、1,3-環己烷異氰酸酯、3-異氰酸根合甲基-3,5,5-三甲基環己基異氰酸酯(常用名：異佛爾酮異氰酸酯)、4,4』-亞甲基雙(環己基異氰酸酯)、甲基-2,4-環己烷異氰酸酯、甲基-2,6-環己烷異氰酸酯、1,3-或1,4-雙(異氰酸根合甲基)環己烷(常用名：氫化亞二甲苯基異氰酸酯)或其混合物、降冰片烷異氰酸酯等的脂環族異氰酸酯、例如1,3,5-三異氰酸根合環己烷酯、1,3,5-三甲基異氰酸根合環己烷酯、2-(3-異氰酸根合丙基)-2,5-二(異氰酸根合甲基)-二環(2.2.1)庚烷酯、2-(3-異氰酸根合丙基)-2,6-二(異氰酸根合甲基)-二環(2.2.1)庚烷酯、3-(3-異氰酸根合丙基)-2,5-二(異氰酸根合甲基)-二環(2.2.1)庚烷酯、5-(2-異氰酸根合乙基)-2-異氰酸根合甲基-3-(3-異氰酸根合丙基)-二環(2.2.1)庚烷酯、6-(2-異氰酸根合乙基)-2-異氰酸根合甲基-3-(3-異氰酸根合丙基)-二環(2.2.1)庚烷酯、5-(2-異氰酸根合乙基)-2-異氰酸根合甲基-2-(3-異氰酸根合丙基)-二環(2.2.1)-庚烷酯、6-(2-異氰酸根合乙基)-2-異氰酸根合甲基-2-(3-異氰酸根合丙基)-二環(2.2.1)庚烷酯等的脂環族三異氰酸酯等。其中的有機多元酸可以採用鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、萘二羧酸、琥珀酸、酒石酸、丙二酸、乙二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、壬二酸、1，4-環己基二羧酸、α-氫化己二烯二酸(HydromuconicAcid)、β-氫化己二烯二酸、α，β-二乙基琥珀酸、馬來酸、富馬酸、其他二元酸等1種或2種以上。擴鏈劑可以為l,4-丁二醇、新戊二醇、乙二醇、一縮二乙二醇、甘油、順丁烯二酸酐、三羥甲基丙烷、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或二羥甲基丙酸中的一種或幾種的混合物。以下實施例中採用的部分原料是：水性醇酸樹脂（北京高盟PRO-3340）緩蝕劑（石油磺酸鈉精製60#無錫玉煉）分散劑（PX4585巴斯夫）消泡劑（2550巴斯夫）潤溼劑（57海銘斯化學）水性聚氨酯固化劑（德國拜耳BayhydurXP2655）實施例1水性聚氨酯阻燃塗料，是由按重量份計的如下組分所製成：改性水性聚氨酯乳液60份、水性醇酸樹脂4份、阻燃劑（溴化聚苯乙烯與三氧化二銻按1：2重量比混合而成）15份、導熱填料（氮化鋁、玻璃粉、硫酸鋇和鈦白粉等重量比的混合物）5份、甲基纖維素3份、緩蝕劑0.5份、分散劑0.5份、消泡劑0.5份、潤溼劑0.5份、水15份。改性水性聚氨酯乳液是指環氧蓖麻油改性水性聚氨酯乳液，其製備方法包括如下步驟：第1步，按重量份計，將順-1,2-環己烷二異氰酸酯15份溶解於20份乙酸乙酯中，得到第一混合物；第2步，按重量份計，將環氧蓖麻油10份、聚乙二醇15份混合後，升溫至65℃，預熱10min，再滴加第一混合物，進行反應，反應20min，再滴加己二酸5份，反應20min，再加入0.2份二月桂酸二丁基錫，升溫至75℃，進行反應2h；第3步，在第2步得到的反應物中加入擴鏈劑3份，並在60℃繼續反應0.5h，冷卻至室溫後，加入二乙胺0.3份，再加入水40份和SPAN80乳化劑1份，2500rpm高速分散後，減壓蒸餾除酯類溶劑後，得到乳液。阻燃塗料的製備方法，包括如下步驟：將改性水性聚氨酯乳液、水性醇酸樹脂、消泡劑、阻燃劑混合，以700rpm的轉速攪拌20min，再加入導熱填料、纖維素、緩蝕劑、分散劑、潤溼劑、水，以500rpm的轉速攪拌10min，即可。實施例2水性聚氨酯阻燃塗料，是由按重量份計的如下組分所製成：改性水性聚氨酯乳液80份、水性醇酸樹脂6份、阻燃劑（溴化聚苯乙烯與三氧化二銻按1：2重量比混合而成）20份、導熱填料（氮化鋁、玻璃粉、硫酸鋇和鈦白粉等重量比的混合物）9份、甲基纖維素6份、緩蝕劑3份、分散劑3份、消泡劑3份、潤溼劑3份、水20份。改性水性聚氨酯乳液是指環氧蓖麻油改性水性聚氨酯乳液，其製備方法包括如下步驟：第1步，按重量份計，將順-1,2-環己烷二異氰酸酯20份溶解於25份乙酸乙酯中，得到第一混合物；第2步，按重量份計，將環氧蓖麻油15份、聚乙二醇20份混合後，升溫至70℃，預熱15min，再滴加第一混合物，進行反應，反應30min，再滴加己二酸10份，反應30min，再加入0.4份二月桂酸二丁基錫，升溫至80℃，進行反應2～3h；第3步，在第2步得到的反應物中加入擴鏈劑5份，並在65℃繼續反應1h，冷卻至室溫後，加入二乙胺0.5份，再加入水70份和SPAN80乳化劑3份，3000rpm高速分散後，減壓蒸餾除酯類溶劑後，得到乳液。阻燃塗料的製備方法，包括如下步驟：將改性水性聚氨酯乳液、水性醇酸樹脂、消泡劑、阻燃劑混合，以800rpm的轉速攪拌30min，再加入導熱填料、纖維素、緩蝕劑、分散劑、潤溼劑、水，以600rpm的轉速攪拌15min，即可。實施例3水性聚氨酯阻燃塗料，是由按重量份計的如下組分所製成：改性水性聚氨酯乳液70份、水性醇酸樹脂5份、阻燃劑（溴化聚苯乙烯與三氧化二銻按1：2重量比混合而成）18份、導熱填料（氮化鋁、玻璃粉、硫酸鋇和鈦白粉等重量比的混合物）8份、甲基纖維素5份、緩蝕劑2份、分散劑2份、消泡劑1份、潤溼劑1份、水18份。改性水性聚氨酯乳液是指環氧蓖麻油改性水性聚氨酯乳液，其製備方法包括如下步驟：第1步，按重量份計，將順-1,2-環己烷二異氰酸酯18份溶解於22份乙酸乙酯中，得到第一混合物；第2步，按重量份計，將環氧蓖麻油12份、聚乙二醇18份混合後，升溫至68℃，預熱12min，再滴加第一混合物，進行反應，反應25min，再滴加己二酸8份，反應25min，再加入0.3份二月桂酸二丁基錫，升溫至78℃，進行反應2h；第3步，在第2步得到的反應物中加入擴鏈劑4份，並在64℃繼續反應0.8h，冷卻至室溫後，加入二乙胺0.4份，再加入水50份和SPAN80乳化劑2份，2800rpm高速分散後，減壓蒸餾除酯類溶劑後，得到乳液。阻燃塗料的製備方法，包括如下步驟：將改性水性聚氨酯乳液、水性醇酸樹脂、消泡劑、阻燃劑混合，以750rpm的轉速攪拌25min，再加入導熱填料、纖維素、緩蝕劑、分散劑、潤溼劑、水，以550rpm的轉速攪拌12min，即可。對照例1與實施例3的區別在於：水性聚氨酯的改性過程中未加入環氧蓖麻油改性劑。水性聚氨酯阻燃塗料，是由按重量份計的如下組分所製成：改性水性聚氨酯乳液70份、水性醇酸樹脂5份、阻燃劑（溴化聚苯乙烯與三氧化二銻按1：2重量比混合而成）18份、導熱填料（氮化鋁、玻璃粉、硫酸鋇和鈦白粉等重量比的混合物）8份、甲基纖維素5份、緩蝕劑2份、分散劑2份、消泡劑1份、潤溼劑1份、水18份。改性水性聚氨酯乳液是指環氧蓖麻油改性水性聚氨酯乳液，其製備方法包括如下步驟：第1步，按重量份計，將順-1,2-環己烷二異氰酸酯18份溶解於22份乙酸乙酯中，得到第一混合物；第2步，按重量份計，將聚乙二醇18份混合後，升溫至68℃，預熱12min，再滴加第一混合物，進行反應，反應25min，再滴加己二酸8份，反應25min，再加入0.3份二月桂酸二丁基錫，升溫至78℃，進行反應2h；第3步，在第2步得到的反應物中加入擴鏈劑4份，並在64℃繼續反應0.8h，冷卻至室溫後，加入二乙胺0.4份，再加入水50份和SPAN80乳化劑2份，2800rpm高速分散後，減壓蒸餾除酯類溶劑後，得到乳液。阻燃塗料的製備方法，包括如下步驟：將改性水性聚氨酯乳液、水性醇酸樹脂、消泡劑、阻燃劑混合，以750rpm的轉速攪拌25min，再加入導熱填料、纖維素、緩蝕劑、分散劑、潤溼劑、水，以550rpm的轉速攪拌12min，即可。對照例2與實施例3的區別在於：未加入水性醇酸樹脂。水性聚氨酯阻燃塗料，是由按重量份計的如下組分所製成：改性水性聚氨酯乳液70份、阻燃劑（溴化聚苯乙烯與三氧化二銻按1：2重量比混合而成）18份、導熱填料（氮化鋁、玻璃粉、硫酸鋇和鈦白粉等重量比的混合物）8份、甲基纖維素5份、緩蝕劑2份、分散劑2份、消泡劑1份、潤溼劑1份、水18份。改性水性聚氨酯乳液是指環氧蓖麻油改性水性聚氨酯乳液，其製備方法包括如下步驟：第1步，按重量份計，將順-1,2-環己烷二異氰酸酯18份溶解於22份乙酸乙酯中，得到第一混合物；第2步，按重量份計，將環氧蓖麻油12份、聚乙二醇18份混合後，升溫至68℃，預熱12min，再滴加第一混合物，進行反應，反應25min，再滴加己二酸8份，反應25min，再加入0.3份二月桂酸二丁基錫，升溫至78℃，進行反應2h；第3步，在第2步得到的反應物中加入擴鏈劑4份，並在64℃繼續反應0.8h，冷卻至室溫後，加入二乙胺0.4份，再加入水50份和SPAN80乳化劑2份，2800rpm高速分散後，減壓蒸餾除酯類溶劑後，得到乳液。阻燃塗料的製備方法，包括如下步驟：將改性水性聚氨酯乳液、消泡劑、阻燃劑混合，以750rpm的轉速攪拌25min，再加入導熱填料、纖維素、緩蝕劑、分散劑、潤溼劑、水，以550rpm的轉速攪拌12min，即可。將實施例和對比例製備的塗料分別與水性聚氨酯固化劑（德國拜耳BayhydurXP2655）按照重量比5：1混合後，再分別噴塗到94V0級PCB線路板上，然後將印刷線路板置於乾燥、清潔的環境中，在90℃的溫度下，固化時間為3小時，形成的印刷線路板上的塗料層的厚度為40μm。同時採用市售丙烯酸阻燃塗料作為對照（對照例3）。附著力：根據GB9286規定的方法測定塗料層的附著力。硬度：根據GB/T6739規定的方法測定塗料層的鉛筆硬度。柔韌性：根據GB/T6742規定的方法測定塗料層的柔韌性。塗層性能如下：實施例1實施例2實施例3對比例1對比例2附著力5B5B5B3B4B硬度BBBHBHB柔韌性/mm0.50.50.40.80.9從表中可以看出，本發明提供的塗料具有較好的附著力，特別是實施例3相對於對照例1來說，通過加入環氧蓖麻油改性劑的水性聚氨酯乳液可以提高塗層的與線路板之間附著力。將PCB線路板採用錐形量熱儀30kW/m2熱輻射功率(本試驗條件下相當於表面溫度450℃)進行試驗，其錐形量熱儀試驗(30kW/m2)對比分析結果如下。點燃時間/s總熱釋放量/MJ/m2熱釋放速率/kW/m2實施例14214.651.2實施例24013.149.8實施例34512.542.5對照例12619.662.4對照例22721.558.4對照例32333.5189.8從表可以看出，本發明提供的阻燃塗料具有較好的阻燃效果，可以減小線路板在高溫下的熱釋放速度，也可以延長點燃時間；實施例3相對於對照例2通過水性醇酸樹脂的加入，可以使填料和阻燃劑與水性聚氨酯之間的分散性更好，提高阻燃效果。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp