氫氧化鋁對聚氨酯電子灌封膠的使用調配方法

 
 

氫氧化鋁[Al（OH）3]具有阻燃、消煙和填充等功能，并且其燃燒時無二次污染，而且具有吸熱量大、價格低和來源廣等優點，因而已廣泛應用于有機硅電子灌封膠等材料中。

近年來，隨著電子電器材料向著小型化、集成化、超薄化、高性能化和高可靠性等方向發展，人們對電子灌封膠的性能要求也越來越高（如良好的耐高低溫性、耐高剪切力性、流動性、力學性能、電絕緣性、導熱性和阻燃性等）。

 

硅橡膠可在寬溫度范圍內長期保持彈性，并且可常溫硫化或熱硫化，而且硫化時具有不吸熱、不放熱、電氣性和化學穩定性俱佳等特點，因而是電子灌封膠的首選基體。然而，典型的未改性硅橡膠阻燃性較差，即使以超細二氧化硅和碳酸鈣作為填料時，其阻燃性仍然較差（100%完全燃燒）。因此，以硅橡膠作為電子灌封膠的基體，必須外加阻燃劑。

 

本研究以端乙烯基硅油為基膠、含氫硅油為交聯劑、Al（OH）3或Al（OH）3/鉑絡合物為阻燃劑，制備阻燃型有機硅電子灌封膠。通過探討不同類型的阻燃劑及其含量對灌封膠性能的影響，優選出制備灌封膠的工藝條件，以期為該領域的后期研究封膠的工藝條件，以期為該領域的后期研究。

在其他條件保持不變的前提下，Al（OH）3的粒徑對灌封膠性能的影響，當Al（OH）3含量相同時，Al（OH）3粒徑越小，灌封膠的LOI越高，說明其阻燃性能越好。這是由于Al（OH）3的粒徑越小，說明其比表面積越大，故相同含量Al（OH）3可與硅橡膠接觸的概率也就越多，灌封膠燃燒時形成的炭層更加致密（即更有利于阻隔熱量和O2的入侵，防止可燃性氣體的擴散），阻燃效果更好。

 

 

     1、電子灌封膠發展趨勢
     
     隨著電子工業的飛速發展，很多電子電器產品中需要使用灌封膠。灌封膠用于電子元器件的粘接、密封、灌封和涂覆保護等，不僅可以起到防潮、防塵、防腐蝕、防震、阻燃的作用，并能提高長久性能和穩定參數，有利于器件的小型化、輕量化和整體性。
     
     目前市場上常用的灌封膠包括有機硅灌封膠、環氧灌封膠、聚氨酯灌封膠。其中有機硅灌封膠由于其黏度低，具有優異的返修能力，可快捷方便地將密封后的元器件取出修理和更換。同時具有優異的抗冷熱沖擊能力，適合灌封各種在惡劣環境下工作的電子元器件。但其價格高、附著力稍差，容易引起催化劑中毒而造成不固化等問題，限制了其使用。環氧灌封膠具有優異的耐高溫性能和絕緣性能，操作簡單，固化前后性能穩定，對多種金屬底材和多孔底材具有優異的附著力。但環氧灌封膠的抗冷熱沖擊性能差，受到冷熱沖擊后容易產生裂縫，導致水汽從裂縫中滲入到電子元器件內，防潮能力差，并且固化后膠體硬度較高且脆，容易損傷電子元器件，因此環氧灌封膠主要適用在對環境及力學性能沒有特殊要求的電子元器件上。聚氨酯灌封膠具有優異的耐低溫能力，可通過調節催化劑的種類和添加量調節固化速率，且不會影響其使用性能。通過調控聚氨酯的結構可得到不同性能的聚氨酯灌封膠，具有廣闊的應用市場。
     
   高分子材料具有易燃的性質，因此對高分子材料阻燃的要求越來越高。傳統的聚氨酯灌封膠一般采用在體系中引入鹵素實現阻燃。鑒于目前的環保要求，無鹵阻燃的聚氨酯灌封膠是未來發展的方向。本研究選用聚己內酯二元醇、聚己內酯三元醇、蓖麻油、消泡劑、除水劑、無鹵阻燃填料調配出聚氨酯灌封膠的a組份。利用異  酸酯類的固化劑和環氧稀釋劑（聚 二縮水甘油醚）配合使用調配出聚氨酯灌封膠的b組份，制備出雙組份無鹵阻燃柔性聚氨酯灌封膠，以期應用在照明電器的元器件上。
     
     2、原料選擇
     
     1 配方中原材料的選擇
     
     樹脂的選擇
     
     聚氨酯灌封產品要求旋轉黏度一般不超過30 000 cp，使產品保持良好的滲透性和消泡性，并且要求樹脂的疏水性較好，防止反應時因吸水而產生氣泡。
     
     試驗發現公司現用的蓖麻油和桐油能夠滿足黏度的要求，但在使用的過程中發現桐油做出來的產品黏度不穩定，并且出現浮油的問題，所以選擇主體樹脂為含有***的蓖麻油。同時在試驗中發現，環氧稀釋劑體系的消泡性能較好，因此添加部分環氧稀釋劑來改善黏度和消泡性。
     
     2 粉體的選擇
     
     粉體選擇的主要原則是保證阻燃、黏度和消泡性能，同時兼顧成本。在以前的配方體系中，通常利用含鹵的阻燃環氧和氫氧化鋁來實現阻燃。為了達到環保的要求，本研究利用含磷的阻燃樹脂和氧化鋁，實現了無鹵阻燃，聚氨酯灌封膠(116p)的阻燃性試驗等級為v-0。
     
     3 固化劑的選擇
     
     從硬度變化率可以看到，116p 聚氨酯膠老化后的硬度變化率小于5%，說明116p 聚氨酯膠硬度低，且老化對硬度影響很小，在使用過程中對工件的保護比較好，不會出現由于老化后硬度變化率較大導致工件破損的問題。?   作為灌封產品，要求灌封后消泡性能要好，表面光滑無氣泡，試驗嘗試了多種消泡劑，
     
     如keperpol-7、68(hgb-5168)、byk a555、byk-a530、tsa750。通過實驗發現，68(hgb-5168) 和byka555 配合使用的效果更好，表面和內部都完全沒有氣泡。
     
     聚氨酯灌封膠的ft-ir表征與分析
     
     聚氨酯膠的紅外光譜在1 594 cm-1處出現了新的吸收峰，這是酰胺鍵的特征吸收峰，說明醇中的-oh 已經和-nco 反應，生成了******酯鏈節。同時聚氨酯膠在3 450 cm-1處的-oh峰仍然存在，說明在該氨酯體系中-oh是過量的。體系中稍有過量的-oh為該聚氨酯膠提供了良好的粘結性能。
     
      聚氨酯灌封膠的韌性和粘結性
     
     將a組份和b組份按照5∶1 混合，混合均勻后將膠灌在工件中，常溫固化48 小時后進行高低溫沖擊測試，以100 ℃/1 h   -30 ℃/1 h 為一個周期，連續100 周期（共200小時），該聚氨酯膠經過冷熱沖擊（100周期）后，膠和盒子之間粘結很好，沒有出現開裂，富明聚氨酯膠在再次循環時出現了開裂，說明本研究制備的聚氨酯膠韌性和粘結性都很好。
     
     聚氨酯膠用做灌封時對黏度有一定的要求，經實驗發現，旋轉黏度低于10 000 cp 時，膠在儲存的過程中會出現嚴重的沉底現象（3～5 cm），并且在灌封的過程中，由于工件之間的縫隙，會出現漏膠的情況，清理漏膠將會降低生產效率。而旋轉黏度高于30 000 cp，則會影響膠的滲透性和消泡性，因此確定產品的黏度范圍為17 000～25 000 cp。取樣跟蹤了批量化產品在50 ℃儲存中的黏度變化，
     
     當催化劑的用量在0.04%～0.06%時***，a和b組份在25 ℃下混合的凝膠時間為60～70 min，a和b組份預熱到50 ℃后混合的凝膠時間為45～60 min，該固化速度可以滿足產品的使用要求，并且固化后和老化后的硬度都可以滿足使用要求。
     
 結論：
     
     （1）選用聚己內酯二元醇、聚己內酯三元醇和蓖麻油作為聚氨酯灌封膠的a組份，固化劑和稀釋劑配合使用作為b組份，制備了雙組份的聚氨酯灌封膠。采用含磷阻燃樹脂和阻燃填料實現了無鹵阻燃，達到了環保的要求。
     
     （2）通過實驗優選出合適的樹脂、粉體、固化劑和消泡劑，并對固化速度和調膠工藝進行了優化。
     
     （3）該聚氨酯膠具有優異的性能，包括黏度低、氣味小、固化速度快、儲存穩定性好和硬度變化率小，同時該膠灌封固化后具有很好的韌性和粘結性，對灌封工件有較好保護作用。
     
     （4）采用分步放料的工藝，有利于控制黏度，并且操作簡單，提高了生產效率。

氫氧化鋁呈白色粉末狀,相對密度2.42，莫氏硬度3 .0。它具有無毒、無味、分散性好、白度高、含鐵量低等特點,氫氧化鋁的用途非常廣泛，其用途表現在以下幾個方面：人造大理石填料；氯乙烯糊、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂以及其他塑料制品的阻燃填料；催化劑和催化劑載體；牙膏填料；造紙填料及涂覆劑；集成電路及光學用高純玻璃特殊填料和高純鋁鹽填料及纖維后加工助劑；電子電器灌封膠，環氧樹脂澆注料、塑封料，LED封裝料，電器開關，電線電纜料，發泡材料，高性能黏合劑，涂料，防火板材，人造石，人造革，聚氨酯，聚酰胺，聚烯烴，不飽和聚酯樹脂，合成橡膠等各種功能性高分子制品。等等。
  氫氧化鋁又稱三水合氧化鋁，簡稱ATH，經超細化后廣泛用作合成材料的環保無鹵阻燃劑，能與各種有機阻燃劑配合使用產生協效作用，提高材料的阻燃性能及物理機械強度。ATH受熱脫水分解，吸熱量達1967.2J/kg，能有效抑制聚合物的升溫和熱降解。ATH分解釋出大量水蒸氣能稀釋可燃氣體，抑制燃燒蔓延。氫氧化鋁緊密堆積的雙層晶體結構能捕捉引發聚合物燃燒的羥基自由基，斷絕連鎖反應。ATH脫水后在聚合物表面形成耐高溫致密Al2O3保護膜，隔絕空氣防止火焰蔓延。耐高溫致密Al2O3保護膜還能促進聚合物碳化，吸附固體顆粒，抑制濃煙產生。
  氫氧化鋁阻燃劑是目前世界上用量廣泛的無機阻燃劑之一，它具有阻燃、消煙、填充三大功能，在燃燒時無二次污染，熱解時不產生有毒和有腐蝕性的氣體、并吸熱和放出水蒸汽，具有阻燃自熄性能。它不但在聚烯烴中分散性好，且易于與其他添加物質產生阻燃協同效應，另外由于結晶水的存在，還可使聚合物制品賦予抗靜電功能，同時使高分子聚合物的強度和韌性等性質得到改善和提高。
產品特點：
1．氫氧化鋁為優異的阻燃抑煙性能——受熱脫水分解，脫水后在可燃物表面生成A1203保護膜隔絕氧氣，使可燃性氣體和氧氣的濃度下降，有效抑制聚合物的升溫和熱降解，通過吸附作用抑制煙氣的產生，使之碳化而不易產生可燃性揮發物，阻止燃燒，適用于加工成型溫度低于200℃的復合材料。
2．氫氧化鋁具有良好的絕緣性能——流態化提純工藝大大降低了鐵鈉鉀等雜質離子的含量。
3．高白度的氫氧化鋁——不干擾復合材料制品染色。
4. 低鐵的氫氧化鋁——含量低于雙零五（即0.005%）以下。

常規產品技術參數應用參考：
氫氧化鋁阻燃劑使用指導：
1. 單獨使用應根據制品的性能要求進行選擇，粒徑與復合材料性能密切相關，粒徑越小，表面細膩度越好，增強效果越顯著，但共混時黏度也越大，請細心調整配方以平衡各項性能。
2. 選用不同粒徑混雜填充，在適當的比例下能在高分子體系內形成致密填充，提高阻燃效果。合理的復配體系能避免填料沉降或上浮，同時降低等量填充下樹脂共混物的黏度，有利剪切分散。
3. 氫氧化鋁阻燃劑經超細化后由于比表面積增大，易團聚，與聚合物的相容性差，難以均勻分散，影響復合材料的加工性能。疏水型氫氧化鋁與高分子的界面相容性良好，表面的包覆層能跟基材樹脂的基團產生鍵合反應，降低共混物黏度，消除界面應力集中，改善復合材料力學性能。
    注意事項：貯存：
  氫氧化鋁阻燃劑應存放于陰涼、干燥和通風處，防止地面潮氣，避免靠近高溫熱源。運輸：本品為非危險品，在運輸過程中要防水防潮，搬運時輕裝輕卸，防止包裝破損。不可與其它酸性、堿性物質混裝混存。在環境相對濕度超過80％時，避免暴露于空氣中，必要時烘烤后（110℃）再使用。使用后應做好密封防潮措施，建議包裝拆封后當次使用完畢。
產品包裝：40Kg/袋 、25Kg/袋 。20Kg/袋（內塑外編）或者噸包（可根據客戶要求包裝）。

注：
1、氧化鋁含量為100%減去雜質和灼減的實際含量；
2、表中化學成份按110℃±5℃下烘干2小時的干基計算；
3、表中雜質成份按GB/T 8170處理。