橡胶型敷型涂料的制备及性能研究

何广洲，霍 磊

（1.北京天山新材料技术有限公司，北京 100041；2.北京京东方光电科技有限公司，北京 100176）

橡胶型敷型涂料的制备及性能研究

何广洲1，霍 磊2

（1.北京天山新材料技术有限公司，北京 100041；2.北京京东方光电科技有限公司，北京 100176）

以丁苯橡胶为主要成膜物，成功制备了一种新型橡胶型敷型涂料。考查了丁苯橡胶种类、增粘树脂种类及用量、涂膜厚度以及水汽温度对涂膜透湿率的影响。结果表明，以氢化SBS YH-502为主要成膜物，并添加100%的C5石油树脂，涂膜的透湿率最低。涂膜透湿率随涂膜厚度的增加而降低，随着水汽温度的提高而升高。

丁苯橡胶；敷型涂料；透湿率；增粘树脂

敷型涂料，俗称“三防涂料”，主要用于电子线路板的保护。经涂覆后，在线路板表面形成致密的保护膜，保护线路板免受温度、湿气、盐雾、霉菌等外界因素的影响，确保仪器设备长期、稳定、安全的运行[1，2]。

目前，市场上敷型涂料对大多数电子线路板都能形成较好的防护性能，但对于比较苛刻的高湿度环境下使用的电器线路板（如洗衣机、智能马桶、空调等的线路板），只能大幅度提高涂膜厚度才能达到防护性能要求，会造成成本上升、工艺过程复杂化等系列问题。为此，本文从高分子材料的防水特性上考量，筛选了低极性、疏水、柔韧的丁苯橡胶作为主要成膜物，制备了一种防水性能优异的新型敷型涂料[3,4]。同时，提出了衡量和量化涂膜防水性能的技术指标——透湿率，通过透湿率可以判断涂膜对水汽的抵御和防护能力。在相同涂膜厚度下，透湿率越小，涂膜对水汽的阻隔作用越强，防水性能越好；透湿率越大，涂膜对水汽阻隔作用越弱，防水性能越差，水汽越容易透过涂膜侵蚀线路板。另外，本文还考查了丁苯橡胶种类、增粘树脂种类及用量、涂膜厚度及水汽温度对涂膜透湿率的影响。

1　实验部分

1.1主要原料

丁苯橡胶YH-791、丁苯橡胶YH-502，工业级，巴陵石化；丁苯橡胶M1911，工业级，旭化成；C5石油树脂，工业级，濮阳瑞森石油树脂有限公司；萜烯树脂T-100、松香树脂138，工业级，上海三连实业有限公司；古马隆树脂，工业级，河北骏发化工科技有限公司；酚醛树脂2402，工业级，上海多康实业有限公司；溶剂二甲苯，工业级，苏州千里行化工有限公司。

1.2仪器与设备

涂-4杯黏度计，苏州市金戈检验设备有限公司；电热鼓风干燥箱，吴江峻环机械设备有限公司；BEVS1811/1自动涂膜机，BEVS公司；3/33MA型透湿仪，美国MOCON。

1.3敷型涂料的制备

在室温下，将溶剂二甲苯加入到反应釜中，通过加料口加入增粘树脂，开动搅拌器，至其完全溶解；随后加入丁苯橡胶，继续搅拌至完全溶解，再加入抗氧剂、UV吸收剂等混合均匀。最后，通过60目滤网过滤，灌装，即得橡胶型敷型涂料。

1.4测试方法

1）涂料外观：参照GB/T 1721—2008清漆、清油及稀释剂外观和透明度测定法进行判断；

2）涂膜外观：参照GB/T 1729—1979漆膜颜色及外观测定法进行判断；

3）黏度：参照GB/T 1723—1993涂料黏度测定法进行测定；

4）固含量：参照GB/T 1725—2007色漆、清漆和塑料不挥发物含量的测定方法进行测定；

5）表干时间、实干时间：参照GB/T 1728—1989漆膜、腻子膜干燥时间测定法进行测定；

6）硬度：参照GB/T 6739—2006色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度进行测定；

7）附着力：参照GB/T T9286—1998色漆和清漆漆膜的划格试验测定；

8）透湿率：在离型纸上利用涂膜机涂覆一定厚度的涂膜，经烘烤后备用。将涂膜从离型纸上撕下参照ASTM E398—2003进行透湿率测定。测试条件：涂膜厚度30 µm，水汽湿度100%，水汽温度30 ℃，水汽流量100 sccm。

2　结果与讨论

2.1敷型涂料的性能

选取市售性能优异的敷型涂料样品与自制敷型涂料进行性能对比，结果如表1所示。

表1　敷型涂料的性能Tab.1　Performance of conformal coatings

由表1可看出，与市售样品相比，自制橡胶型敷型涂料附着力好、透湿率低，防潮性能优异。

2.2丁苯橡胶种类对透湿率的影响

选取了3种具有代表性的丁苯橡胶作为主要成膜物。其中，YH-791为常规的线性丁苯橡胶，YH-502为经过氢化处理的饱和型丁苯橡胶，M1911为马来酸酐接枝的丁苯橡胶，3种丁苯橡胶的S/B均为30：70。固定各组成比例不变的情况下，考查丁苯橡胶种类对涂膜透湿率的影响，结果如图1所示。

图1　丁苯橡胶种类对透湿率的影响Fig.1　Effect of SBS kind on moisture vapour transmission rate

由图1可以看出，以M1911制成的涂膜透湿率最大，以YH-791制成的涂膜透湿率居中，而以YH-502制成的涂膜透湿率最小。这主要是由于YH-502经过氢化处理后，分子链上的聚丁二烯结构变为饱和型的聚乙烯/聚丁烯结构，分子链柔顺性变好，分子链缠绕更加紧密，分子间距变小，水汽透过受阻程度增加，因而透湿率比常规SBS涂膜降低；而以马来酸酐接枝的丁苯橡胶所成的涂膜分子链上引入了亲水性的羧基基团，分子链间形成氢键作用力，同时水汽也与涂膜分子链上的羧基形成氢键作用力，进一步增加了水汽透过率，因而涂膜的透湿率相对升高。因此，选取较低透湿率的YH-502作为优选成膜物。

2.3增粘树脂种类对透湿率的影响

由于丁苯橡胶本身不具备粘接性能，对基材附着力差，通常添加增粘树脂以增强附着力。在成膜过程中增粘树脂分子链嵌入到丁苯橡胶的分子链之间，使得涂膜的组成及分子链段的空间排布结构发生改变，涂膜的透湿率也将随之变化。为此，考查了5种增粘树脂：C5石油树脂（软化点100 ℃）、萜烯树脂（软化点100 ℃）、松香树脂（软化点100 ℃）、古马隆树脂（软化点110 ℃）和酚醛树脂（软化点120 ℃）对涂膜透湿率的影响，结果如图2所示。

由图2可以看出，添加5种增粘树脂的涂膜透湿率大小排序依次为：酚醛树脂＞古马隆树脂＞松香树脂＞萜烯树脂＞C5石油树脂。相比于其他树脂，由于酚醛树脂与丁苯橡胶相容性最差（涂膜发白严重），树脂相和橡胶相存在严重的相分离，水汽可以轻易通过相界面透过涂膜，因此透湿率最高。而古马隆树脂与丁苯橡胶也存在不相容问题（涂膜轻微泛白），但明显好于酚醛树脂，相分离程度相对减弱，水汽透过涂膜放缓，透湿率下降。而石油树脂的主结构——碳链结构与丁苯橡胶中聚丁烯链结构相似，使得石油树脂与橡胶相容更好（涂膜透明），石油树脂分子链填充在橡胶分子链间，使得整个涂膜内部结构更加紧密，加之石油树脂本身疏水，使得水汽难以透过涂膜，因此透湿率最小。而萜烯树脂也有与石油树脂相近的主碳链结构，但因连续的碳链结构被芳环间隔，造成了萜烯树脂与丁苯橡胶中聚丁烯的相容性下降，另外芳环结构撑大了分子链间的间距，增加了水分子传输空间，因此透湿率比石油树脂偏高。而经过酯化后的松香树脂极性增大（比石油树脂和萜烯树脂的极性大），分子链亲水性增强，造成水汽更易于透过涂膜；另外，松香树脂的三环菲结构只与丁苯橡胶中聚苯乙烯相相容性好，造成松香树脂与丁苯橡胶的相容性变差，2相界面间距增加，导致水汽更易透过涂膜，因此透湿率相比萜烯树脂和石油树脂更高。

图2　增粘树脂种类对透湿率的影响Fig.2　Effect of tackifying resin type on moisture vapour transmission rate

2.4增粘树脂用量对透湿率的影响

选取C5石油树脂作为丁苯橡胶的附着力改性剂。其用量（以C5石油树脂占丁苯橡胶的百分比表示）对涂膜透湿率的影响见图3。

图3　增粘树脂用量对透湿率的影响Fig.3　Effect of tackifying resin amount on moisture vapour transmission rate

由图3可以看出，随着石油树脂用量的增加涂膜的透湿率呈现先减少后增加的趋势。这主要是由于在成膜过程中石油树脂填充到丁苯橡胶分子链间，密实了分子链间缝隙，阻碍了水汽透过，进而透湿率下降。当石油树脂用量少时，石油树脂能够很好地溶解在橡胶中，形成连续相，少量的石油树脂对分子链缝隙密实能力有限，阻隔水汽的作用较弱，透湿率仍较高。而随着石油树脂用量增加，分子链缝隙变得更加密实，水汽透过受阻增强，透湿率逐渐下降；但用量超过100%后，多余的石油树脂会逐渐析出，形成另外一相，并与主体相分离，相界面的形成为水汽透过涂膜开辟了新的路径，因此透湿率开始升高。适宜的C5石油树脂用量为100%。

2.5膜厚对透湿率的影响

涂膜厚度对透湿率的影响如图4所示。

图4　膜厚对透湿率的影响Fig.4　Effect of film thickness on moisture vapour transmission rate

由图4可以看出，随着涂膜厚度增加透湿率下降。当涂膜较薄时，水汽透过涂膜的路程相对短，水汽易于透过涂膜，透湿率较大；另外，较薄的涂膜不易制得，局部的凹凸缺陷也会造成透湿率增加。当涂膜厚度增加时，水汽透过涂膜的路程延长，渗透路径也变得曲折复杂，涂膜对水汽的阻隔作用增强，透过涂膜的水汽量减少，透湿率逐渐下降。因此，在实际应用时，需要根据防护性能要求选择涂覆相应厚度的涂膜。

2.6水汽温度对透湿率的影响

水汽温度对涂膜透湿率的影响如图5所示。

从图5可见，随着水汽温度升高，涂膜的透湿率升高。这主要是由于温度还会使涂膜中多相物质发生热膨胀，由于线胀系数不同，原本致密的涂膜由于热膨胀而形成微孔或缝隙，使得透湿率升高。很多涂层在高温高湿时出现泛白、起皮、鼓泡、脱落等不良现象，也恰是因为高温的水汽易于穿透涂膜，对涂膜本身及底材附着力造成破坏所致。

图5　水汽温度对透湿率的影响Fig.5　Effect of moisture temperature on moisture vapour transmission rate

3　结论

（1）以马来酸酐接枝改性的丁苯橡胶M1911制成的涂膜透湿率最大，以常规丁苯橡胶YH-791制成的涂膜透湿率居中，而以氢化处理的饱和丁苯橡胶YH-502制成的涂膜透湿率最小。

（2）添加不同种类增粘树脂的涂膜透湿率大小排序依次为：酚醛树脂＞古马隆树脂＞松香树脂＞萜烯树脂＞C5石油树脂。

（3）当添加100% C5石油树脂时，涂膜的透湿率最低。

（4）涂膜的透湿率随涂膜厚度增加而降低，随水汽温度提高而升高。

[1]李远耀,刘安军,任天斌.环保型聚氨酯三防漆的制备与性能研究[J].粘接,2014,35(5)∶58-61.

[2]何广洲,闵长春,李建华,等.新型快干醇酸敷型涂料的制备与性能研究[J].粘接,2015,36(11)∶65-68.

[3]殷锦捷,周华利,姜胜男.新型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)防水涂料的制备[J].电镀与涂饰,2010,29(8)∶47 -49.

[4]戚震男,马召华,蒋燕兮.SBS单组分橡胶防水涂料[J].广州化学,2003,28(2)∶31-37.

Preparation and properties of rubber conformal coating

HE Guang-zhou1, HUO Lei2
(1.Tonsan Adhesive Inc., Beijing 100041, China; 2.Beijing Boe Optoelectronics Technology Co., Ltd., Beijing 100176, China)

The rubber conformal coating was successfully prepared with SBS as the main film former. The influence of some factors , including the SBS kind, type and amount of tackifying resins, film thickness and moisture temperature, on the moisture vapour transmission rate of coating was investigated. The results showed that the moisture vapour transmission rate was the lowest when using SBS YH-502 as the main film former and adding 100 % C5 petroleum resin. With increasing the film thickness, the moisture vapour transmission rate of coating decreased. As the moisture temperature rised, the moisture vapour transmission rate of coating increased.

SBS; conformal coating; moisture vapour transmission rate; tackifying resin

TQ630.7

A

1001-5922（2016）11-0049-04

2016-08-31

何广洲（1984-），男，硕士研究生，长期从事涂料及胶粘剂的开发工作。E-mail：heguangzhou@163.com。