快速固化白色涂料的制备
侯 羽， 范和平（江汉大学柔性显示材料与技术湖北省协同创新中心，湖北 武汉 430074）
张雪平， 石玉界， 刘莎莎（华烁科技股份有限公司，湖北 武汉 430074）
1 前言
包封膜是挠性印制电路板（FPC）的外层保护材料，用于保护未经特殊处理的线路不受环境和人为因素的损害。常规包封膜由三层材料组成：层是聚酰亚胺（PI）薄膜作绝缘基膜；中间一层是胶膜，通常为环氧树脂胶膜和丙烯酸酯胶膜；第三层为保护胶膜用的离型材料。
本文以环氧树脂CYD-011为基体树脂，钛白粉为颜料，乙酸乙酯为溶剂，聚醚胺D-230为固化剂，二乙烯三胺为固化促进剂，制备出一种可快速固化的白色涂料，涂覆于PI薄膜上，应用于挠性印制电路板（FPC）包封膜的方面，可以提高生产效率，降低生产成本。该热固化性涂料具有固化速度快、附着力强、柔韧性好、耐热性能优良等特点，满足FPC包封膜生产需求。
2 实验部分
2.1 主要原料
环氧树脂CYD-011，巴陵石化；聚醚胺D-230，扬州晨化；聚酰胺650，扬州中良；双氰胺，郑州聚亿鑫；二乙烯三胺，北京乐泰；三氟化硼乙醚，威振化工；DMP-30，威海天宇；金红石型二氧化钛，杜邦；硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂KH-792，南京联硅化工；聚酰亚胺（PI）薄膜；乙酸乙酯。
2.2 钛白粉的表面处理
2.2 钛白粉的表面处理
称取一定质量的钛白粉，将偶联剂用适量的无水乙醇搅拌稀释，静置一段时间后，将稀释好的偶联剂均匀喷洒在钛白粉表面，高速搅拌2 h ~ 3 h。搅拌完成后，放置于烘箱内80 ℃ ~ 85 ℃烘烤4 h，去除掉钛白粉中残留的无水乙醇。
2.2 白色涂料的制备
将一定配比量的环氧树脂、改性后的钛白粉、溶剂和助剂均匀混合，室温下高速搅拌，再研磨分散48 h，制得白色涂料原胶。
2.3 包封膜的制备
将研磨好的涂料经过300目的滤网过滤后，加入固化剂和固化促进剂，搅拌均匀，均匀涂覆在聚酰亚胺（PI）膜上，控制涂层厚度在15 μm ~ 20 μm。在80 ℃ ~ 120 ℃烘箱中烘烤至表面溶剂挥发，150 ℃烘烤至表干，在聚酰亚胺薄膜另一面涂覆胶粘剂，与离型材料贴合，制得包封膜样品。
2.4 性能测试及表征
亲油化度测试：亲油化度值可以作为评价钛白粉粒子有机改性效果的标准。将经表面处理的钛白粉置于50 mL的水中，加入无水乙醇。当漂浮于水面上的粉体完全润湿时，记录无水乙醇的加入量V（mL），则亲油化度=V/(50+V)×100％。
涂层表干时间测试：实验采用指触法。以手指轻触漆膜表面，如感到有些发黏，但无漆粘在手指上，即认为表面干燥，参照国家标准 GB/T 1728。
涂层白度测试：WSB-L白度计。
涂层光泽度测试：GZ-Ⅱ光泽度检测仪。
剥离强度测试：ASIDA-BL12型剥离强度测试仪，广东正业科技股份有限公司。
耐锡焊性测试：调温锡炉，上海翔柏电子工具有限公司。
热重分析测试：TG-209-F3热重分析仪，德国Netzsch公司。
3 结果与讨论
3.1 涂层表干时间的测试
图1为分别用聚醚胺D-230、聚酰胺650、双氰胺做固化剂时，涂层在150℃下的表干时间。从图中可看出，用聚醚胺D-230为固化剂时涂层的表干时间短。由于聚醚胺两端的活性官能团胺基与环氧基反应，增大了体系的交联密度，加速体系固化，减少涂层表干时间。随着固化剂用量增加，表干时间减少，当固化剂用量达到一定数值时，表干时间不再变化。因此选择聚醚胺D-230为固化剂，用量为10 phr。
图2为以聚醚胺D-230为固化剂，分别用二乙烯三胺、三氟化硼乙醚、DMP-30做固化促进剂时涂层在150 ℃下的表干时间。加入固化促进剂可以增大交联密度，减小固化内应力，降低固化剂的反应活性，进而提高固化速度，缩短固化时间。因此，选用聚醚胺D-230为固化剂，用量为10 phr，二乙烯三胺为促进剂，用量为1.5 phr时，涂层可以在150 ℃/3 min达到表干。
3.2 偶联剂的选择
为改善钛白粉在涂料中的分散性，需要用偶联剂对钛白粉进行表面处理。本文采用三种硅烷偶联剂KH-550、KH-560、KH-792改性钛白粉。
图3~图5分别为三种偶联剂KH-550、KH-560、KH-79处理钛白粉后亲油化度的变化，以及对涂层的白度和光泽度的影响。未经表面处理的钛白粉亲水性较强，粒子间容易产生团聚。经过有机表面处理后，钛白粉表面的官能团发生了变化，表面由亲水性转变为了亲油性，钛白粉的亲油化度增加。钛白粉在涂料中的分散性得到提高，团聚现象有所减少，偶联剂在粒子表面形成的有机包覆层增强了粒子对光的散射能力。同时偶联剂可以降低体系的表面张力，涂料的流平性能提高，膜面更光滑。因此涂层的白度和光泽度提高。当偶联剂的用量较小时，随着偶联剂的增加，偶联剂与二氧化钛表面的羟基发生反应，二氧化钛表面的羟基减少，二氧化钛的亲油化度增大；当偶联剂的用量超过一定数值时，硅烷偶联剂水解生成的硅氧烷负离子进攻与二氧化钛键合的偶联剂分子中的硅原子，引起粉体的絮凝，降低钛白粉与树脂的相容性，钛白粉的分散性变差，导致钛白粉的亲油化度下降，涂层的白度和光泽度降低。
综合三种偶联剂对钛白粉亲油化度以及对涂层白度和光泽度的影响，选用偶联剂KH-560作为表面处理剂，用量为0.2%，此时钛白粉的亲油化度为39.3%，制备的涂料涂层白度为93.6%，光泽度为97.4%。图6为涂料固化后的Tg曲线。从图中可知，涂料的起始分解温度为348 ℃。在包封膜生产过程中焊接时受热温度高，一般有铅焊接温度高达230℃，无铅焊接高达270 ℃。故此涂料的耐热性满足FPC生产要求。
3.4 涂膜性能
表1为涂层的性能测试，涂层的白度、光泽度高，附着力优良，耐热性好，耐锡焊、耐化学品性良好，符合FPC包封膜的生产需求。
4 结论
本文以环氧树脂CYD-011为基体树脂，钛白粉为颜料，乙酸乙酯为溶剂，制备出一种白色涂料， 选用偶联剂KH-560改性钛白粉，当KH-560用量为0.2%时，钛白粉的亲油化度为39.3%，制备的涂料涂层白度93.6%，光泽度97.4%。当固化剂聚醚胺D-230用量为10 phr，固化促进剂二乙烯三胺用量为1.5 phr时，涂层可以在150 ℃/3 min达到表干。同时涂层的附着力、铅笔硬度、耐锡焊性、耐热性等性能优良，此涂料可以应用于FPC包封膜的生产中。
