环保型聚氨酯三防漆的制备与性能研究

李远耀 刘安军 任天斌

收稿日期：2013-12-11

作者简介：李远耀，男，硕士。从事聚氨酯材料的研究与制备工作。E-mail：460354026@qq.com。

摘要：以醇酸树脂、多异氰酸酯等为原料合成了聚氨酯改性醇酸树脂，并在该树脂中加入催干剂、甲乙酮肟等配制了环保型聚氨酯三防漆。研究了固含量、R值[n（NCO）/n（OH）]、原料和合成工艺对其性能的影响。聚氨酯三防漆具有快干、附着力强、电绝缘性能优异等特点，与SYNTHITE?AC-46和BECTRON?4122-37E三防漆性能相当，且绿色环保。

关键词：三防漆；聚氨酯；环保型

中图分类号：TQ323.8 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2014）05-0058-04

PCB（印制电路板）作为电子仪器仪表中的重要电子部件，应具有良好的耐腐蚀性及电绝缘性能。在航空、航天及航海等野外恶劣条件下，使用一段时间后，往往因PCB表面防护出现问题，对整个电子系统造成巨大影响，引起系统故障[1～4]，可见加强对PCB的防护具有十分重要的意义。

目前，国内PCB防护漆最常用的有：有机硅类、聚氨酯类、环氧类和丙烯酸酯类三防漆等4种。其中聚氨酯三防漆具有良好的耐腐蚀性能、电绝缘性能、防潮性能，其耐磨性能相比其他三防漆更为优异[5]。由于聚氨酯三防漆固化后形成透明膜，使用后无法检测出电子零件表面是否被三防涂料完全涂覆，致使产品在使用中性能不稳定，甚至报废，因而要在漆中加入荧光剂以便检测[6]。

目前，国外已经出现环保型三防漆，有美国Dolphs公司的SYNTHITE?AC-46，德国艾伦塔斯公司的BECTRON?4122-37E、4122-40E和4122-45E等，而国内尚未见此类产品。本文以D80溶剂油为溶剂，采用醇酸树脂、甲苯二异氰酸酯（TDI）等原料合成了聚氨酯改性醇酸树脂，并配制了性能优异的三防漆，该三防漆具有快干、附着力强、电绝缘性能优异等特点。

1 实验部分

1.1 实验原料

甲苯二异氰酸酯（TDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI），Bayer公司；醇酸树脂，自制；一缩二乙二醇（DEG），四川成都化学试剂厂；D80溶剂油，茂名市富力华石化有限公司；乙醇；钴催干剂（12%）、锆催干剂（24%）、钙催干剂（10%），OMG公司；甲乙酮肟，无锡江德森化工制品有限公司；荧光粉，深圳市永辉颜料科技有限公司

1.2 聚氨酯改性醇酸树脂的合成

将醇酸树脂和多异氰酸酯加入到三口瓶中，混合均匀后升温到88～90 ℃，反应1.5 h；将DEG加入到三口瓶中，调节温度为68～70 ℃，反应5 h；加入D80溶剂油，同时加入乙醇在60～62 ℃封端反应3 h；冷却出料得到聚氨酯改性醇酸树脂。

1.3 性能测试

1）固含量

称取1～2 g的样品（W0），将样品置于烘干至恒量的玻璃皿（W1）中，置于100 ℃鼓风干燥箱中烘干3 h；取出玻璃皿于干燥器内冷却30 min后称量，重复以上操作，直至恒量（W2），则固含量/%=（W2-W1）/W0×100。

2）黏度

使用流变仪进行测定。测试温度为25 ℃，选用1#转子。

3）表干时间

将聚氨酯三防漆涂在PCB板上，根据GB/T 1728—1979 漆膜干燥时间测试法乙法[7]测试表干时间。

4）附着力

将聚氨酯三防漆涂在PCB板上，根据划格法测试。

5）绝缘电阻

根据GB4677.1—84《印制板表面绝缘电阻的测试方法》[8]进行测试。

6）耐酸碱性能

配制质量分数5%NH4Cl的溶液和5%Na2CO3的溶液，将其分别均匀涂敷在有三防漆保护的PCB板上，3 d后观察PCB表面是否出现腐蚀、起泡、白斑等现象。

7）贮存性能

称取50 g样品于铁罐中密封好，放在50 ℃的鼓风干燥箱中，7 d后观察体系有无变化

8）铅笔硬度

根据GB/T6739—1996[9]手动法测试。

1.4 聚氨酯改性醇酸树脂三防漆的配方

将上述聚氨酯改性醇酸树脂加入催干剂、甲乙酮肟等助剂配制出三防漆（配方见表1）。

2 结果与讨论

2.1 聚氨酯改性醇酸树脂的红外光谱

聚氨酯改性醇酸树脂红外光谱如图1所示。3 324 cm-1处为氨基甲酸酯中N-H的伸缩振动吸收峰；2 956 cm-1和2 854 cm-1处为—CH3、—CH2的伸缩振动吸收峰；1 741 cm-1为氨基甲酸酯和醇酸树脂的C=O伸缩振动吸收峰；1 600 cm-1处为苯环的骨架伸缩振动吸收峰；1 536 cm-1处为仲酰胺的N-H面内弯曲振动吸收峰；1 227 cm-1处为酰胺键的C-N伸缩振动吸收峰；1 068 cm-1处为C-O-C的伸缩振动吸收峰；765和723 cm-1处为苯环取代的C-H伸缩振动吸收峰；2 270～2 240 cm-1处没有—NCO的特征吸收峰，说明异氰酸酯基团已经完全反应。

2.2 固含量对聚氨酯三防漆性能影响

保持其他条件不变，仅改变固含量，考查其对聚氨酯三防漆性能的影响（见表2）。由表2可知，固含量的变化对附着力影响不大。当固含量低于40%时，改变固含量对体系黏度没有太大影响，当固含量高于40%时，黏度则随固含量增加而明显增大。这是因为固含量较低时，聚氨酯大分子之间缠结程度较低，当固含量增大到一定程度时，聚氨酯大分子之间缠结程度较高，漆的黏度变大。表干时间随固含量的增大而减少。当固含量增大时，体系中溶剂量减少，表干速度变快，表干时间变短。

2.3 R值对聚氨酯三防漆性能的影响

保持其他条件不变，仅改变R值，R值对三防漆表干速度影响见表3。当R值较小时，随着R值增大，聚氨酯中刚性链段含量增大，聚氨酯大分子之间的相互作用力增大，表干速度加快，表干时间减少。当R值小于2时，R值增大，附着力增大；当R值大于2时，R值增大附着力减小。这是因为当R值较小时聚氨酯中刚性链段含量增加，聚氨酯极性增大，附着力增大，当R值增大到一定程度时，聚氨酯对基材的润湿性能变差，附着力下降。

2.4 原料对聚氨酯三防漆性能的影响

保持其他条件不变，原料对聚氨酯三防漆性能影响见表4。由表4可知，使用TDI时，体系黏度和硬度最大，表干时间最短，使用HDI时黏度和硬度最小，表干时间最长。TDI是芳香族异氰酸酯，合成的聚氨酯大分子间的相互作用力最大，因而黏度最大。TDI合成的聚氨酯刚性最强、分子间作用力最大，因而硬度最大，表干时间最短。

2.5 荧光剂含量对聚氨酯三防漆性能的影响

聚合物中加入荧光粉可以在UV荧光显示仪下进行检测，及时发现PCB板上未涂覆部分，便于进行补涂处理，保证电子产品使用的安全性和可靠性。经试验发现，荧光剂用量0.1%～0.15%时，UV荧光显示仪即能检测，又不影响聚氨酯三防漆透明性。

2.6 封端时间对聚氨酯三防漆性能的影响

保证其他条件不变，封端时间对聚氨酯三防漆性能影响见表5。由表5可知，封端时间对外观没有太大的影响。封端时间大于3 h时，聚氨酯改性醇酸树脂黏度较低；封端时间小于3 h时，封端不完全，树脂中残留的NCO含量较高，与空气中的水分反应，进而交联使体系黏度增大，贮存稳定性下降。

2.7 与同类产品性能对比

自制三防漆与市售三防漆性能对比见表6。自制的聚氨酯三防漆具有快干、附着力强、电绝缘性能优异等特点，与市售的三防漆性能接近。

3 结论

（1）固含量对聚氨酯三防漆的附着力无显著影响。当固含量较低时，固含量变化对漆的黏度影响较小；当固含量较高时，其变化对黏度影响较大。固含量越大，表干时间越短。

（2）聚氨酯三防漆的表干时间随R值增大而减小。当R值较小时，随R值增大附着力增大；当R值较大时，随R值增大附着力减小。在该工艺条件下，使用TDI合成的三防漆黏度和硬度最大，表干时间最短。

（3）荧光粉用量0.1%～0.15%，可用荧光显示仪检测，且不影响聚氨酯三防漆的透明性。

（4）封端时间大于3 h合成的三防漆综合性能较好。

（5）自制聚氨酯三防漆与国外同类产品性能相当，且环保性好。

参考文献

[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]曹立荣.PCB三防工艺技术进展[J].安徽化工，2010年增刊（2）：16-18.

[5]陆勇.印制电路板组件表面三防涂覆材料性能研究[J].电子产品可靠性与环境试验，2000，10（5）：26-28.

[6]张震，李丽，荣海宏，等.环保型紫外荧光三防涂料的制备[J].现代涂料与涂装，2011，14（1）：28-34.

[7]GB/T 1728-1979，漆膜干燥时间测试法[S].

[8]GB4677.1-84，印制板表面绝缘电阻的测试方法[S].

[9]GB/T6739-1996，涂膜铅笔硬度测试法[S].