聚氨酯漆包線

聚氨酯漆包線漆因具有直焊性特點越來越受到重視,近年來市場佔有率不斷擴大,有很好的應用前景。傳統的聚氨酯漆包線漆採用的聚酯組分由對苯二甲酸二甲酯、乙二醇、甘油酯化縮聚而成。這種傳統工藝存在工藝複雜、成本高、環境污染大的缺點,同時所製備的聚氨酯漆耐熱等級低、耐濕熱性差。因此國內外有一些報道提出了聚氨酯漆包線漆的改性研究途徑,但在耐熱等級、綜合性能、工藝及成本等影響因素的綜合優化方面始終沒有提出一個合理的工藝方案 ^[1]  。

聚氨酯漆包線直焊性的影響因素主要有:(1)副反應和催化劑;(2)基料樹脂的結構和配比;(3)漆包線的烘烤工藝。 ^[1] 

由於異氰酸酷在化工熱力學上可以進行的反應非常複雜,不同類型的催化劑對異氰酸醋的反應有不同程度的影響。合適的催化劑可以有效地降低基料樹脂反應的活化能,降低反應温度,並引導反應沿着預期的方向進行,有利於得到較為理想的樹脂和漆膜結構,獲得理想的漆膜性能。催化劑對直焊性的影響是指如何通過催化劑對異氰酸酷基主反應的引導作用,抑制和/或減少副反應的發生。主要指催化劑的類型和用量 ^[1]  。

異氰酸醋基主要副反應及其對直焊性的影響：異氰酸酷基令NCO)上的氮原子和氧原子均呈電負性,碳原子上卜的電子雲密度低,呈正電性。異氰酸酷基在反應時是親電子性的,易被親核試劑進攻。氮原子的電子密度高,吸引氫原子後形成經基,但是不飽和碳原子上的輕基不穩定,重排為氨基甲酸醋,這是在聚氨醋領域中最重要的反應。此反應為劇烈的放熱反應,從熱力學的角度來考慮,此反應所能進行的傾向性和反應可以達到的程度勿庸置疑,但是,我們要儘量避免和減少進一步反應的可能性。在聚氨酷漆包線漆的生產過程中,其主要的副反應有:A異氰酸醋基與胺反應生成脈;B異氰酸酷基與脈反應生成縮二脈;C異氰酸醋基與氨基甲酸酷反應生成脈基甲酸酉旨;D異氰酸醋基自身的二聚和三聚反應等。反應生成的副產物如果混合在漆膜中,由於它們皆為異氰酸醋基進一步反應的產物的活化能更高,對漆包線的直焊性能有很大的影響,直接造成漆包線在搪錫槽中漆膜裂解不徹底、焊錫處遺留殘渣多、繞組線上錫時間明顯延長或上錫温度需要明顯的提高。所以,選擇合適的催化劑,可以較好地引導異氰酸醋基與輕基生成氨基甲酸酷的反應,儘量避免和減少其它副反應的發生 ^[1]  。

催化劑的類型：聚氨酷漆包線漆常見的反應有異氰酸酷的加成和封閉反應、含輕基樹脂組分的合成反應、配漆後漆液在繞組線上的固化反應和漆包線在搪錫槽中的分解反應。催化劑的選擇也就具體體現在這幾個方面 ^[1]  。

常用的催化劑有叔胺類、金屬化合物類和有機嶙類三種。與聚氨醋漆包線漆有關的應用經驗主要有以下幾點:A錫類催化劑對NCO/OH型反應的催化能力可能比叔胺類強。B在製造聚氨酷預聚物過程中,少量的錫類催化劑可以有效地引導異氰酸酷基與輕基生成線形氨酷化合物的反應;叔胺類的催化劑容易引起支化反應,造成樹脂粘度偏大或者膠凝。C酸性條件下有利於異氰酸酷基與輕基生成氨基甲酸醋的反應,鹼性條件下,異氰酸酷基與輕基的反應在被加速的同時,其它副反應也被加速。D選擇適宜催化異氰酸酷基加成反應的催化劑,還要結合繞組線的實際搪錫實驗來確定。有的催化劑在異氰酸醋基的加成反應方面雖然表現出優異的催化選擇性,但是,搪錫試驗後發現,遺留殘渣較多,焊錫時間有所延長。E具體情況還需要具體的對待。實際生產塗料時,應以通過系列的實際試驗來確定適宜的催化劑品種 ^[1]  。

對於聚氨醋漆包線漆所用催化劑的選擇,由於異氰酸酷基的反應非常複雜,加_L異氰酸酷基上不同的取代基對異氰酸酷基電負性的影響,同一種催化劑對含有不同取代基的異氰酸醋可以表現出不同的作用。另外,催化劑和反應物分子結構的空間位阻作用,在選擇催化劑的時候,也應得到足夠的重視 ^[1]  。

催化劑的量：在選擇了合適的催化劑類型後,其用量的界定主要依據的因素有漆液儲存期限的要求和漆包工藝對固化的要求兩個方面。一般情況下,漆液的儲存期限和催化劑的用量成反比關係,較高催化劑用量,漆液的儲存期限相對也短。作者在實驗室裏還發現,有的催化劑不但對儲存的期限有影響,還可能引起部分漆液品種的變色 ^[1]  。

催化劑對於漆包工藝的影響主要是隨着漆包工藝的不斷改進和變革,在保證漆包線優異性能的前提條件下,漆包線的塗布速率越來越快,相應的漆液固化速率也要求同時提高,當然,我們可以通過提高催化劑的用量來解決,但同時帶來了漆液的貯存穩定性等問題 ^[1]  。

聚氨酷漆包線漆是由含輕基樹脂、異氰酸醋封閉物和各種助劑組成 ^[1]  。

基料樹脂的結構對直焊性的影響：理想的基料樹脂結構是保證漆包線優異性能的基礎。漆包線用途的不同,對漆包線的要求也不一樣。聚氨酷漆包線除了要求直焊性外,還對線的耐鹽水針孔性(即漆膜的連續性)有着較為嚴格的要求 ^[1]  。

基料樹脂的結構對直焊性的影響,我們可以從樹脂的支化度和分子結構兩個方面來考慮。試驗證明,通過降低基料樹脂支化度對改善漆膜的直焊性能有一定的效果,但是,這樣的調整方式,在繞組線上實際固化後的漆膜,往往會因交聯密度的下降帶來繞組線耐鹽水針孔性能的下降;漆膜良好的固化和足夠的交聯密度可以保證漆包線的耐鹽水針孔性能,然而,過高的交聯密度卻造成了繞組線直焊性能的下降。所以,應通過調整基料樹脂的結構來控制合適的漆膜交聯密度,以取得繞組線在直焊性能和耐鹽水針孔性能上的平衡 ^[1]  。

基料樹脂分子結構主要指分子結構中耐熱基團的類型和數目、分子結構的空間位阻效應和分子活化能等幾個因素。分子結構中足夠含量的耐熱基團可以保證繞組線的熱衝性能,但是過高的含量會造成直焊性能的下降;空間位阻大的分子結構也會影響漆膜中氨酷鍵的熱分解;漆膜固化後在搪錫槽中的有機分子受熱裂解的活化能如果過高,也會影響到繞組線的直焊性能 ^[1]  。

為得到實際可用的含輕基基料樹脂,在確定了合理的理論配方後,基料樹脂的生產過程的控制對最終合成樹脂性能的影響也不容忽視。實際生產過程中所採用的控制方法主要是為了控制合成過程中的醇損失和酷化反應的温度、時間。作者曾經在工廠裏發現,同樣的配方,由於對新設備缺乏瞭解實際操作生產工人的控制發生偏差,造成了不同批次的樹脂在酷化時間、粘度方面與正常基料樹脂的較大差異,由此樹脂配製成的漆液在繞組線上塗布後,性能和外觀相差較大,搪錫時間有所延長 ^[1]  。

配比對直焊性能的影響：基料樹脂的配比反應在分子結構中就是一NCO介OH的比例問題。漆液在烘烤爐中,封閉樹脂發生解封反應,解封閉的異氰酸酷基與含輕基樹脂反應,交聯成膜 ^[1]  。

異氰酸酷基的反應非常複雜,一NCO介OH的不同比例會帶來不同的漆膜性能。比例過高,則漆膜固化過程中的支化反應增加,造成漆膜的交聯密度過大,從而影響漆包線的直焊性能;比例過低,漆膜的交聯密度低,漆膜的耐鹽水針孔性能無法滿足實際使用的要求。合適的一NCO/一OH比例可以為漆膜提供相對理想的交聯密度。當然,對於要求漆包線耐鹽水針孔性能較高,而對直焊性能要求相對不高的時候,我們可以適當地調低此比例 ^[1]  。

烘烤不足的漆包線無法保證漆膜優異性能的獲得。烘烤過度的聚氨酷漆包線,其直焊性能會有所下降。這主要是由於漆液在烘烤過程中異氰酸酷基與氨酷鍵或者自身發生反應,造成氨酷鍵在固化後的漆膜中含量下降,從而影響漆膜的直焊性 ^[1]  。

聚氮酸漆是重要的漆包線絕緣漆,具有優良的電絕緣性和直焊性(即不除去漆膜就能直接焊錫的性能),在焊點較多的彩電,儀表,計算機等行業有廣泛的應用。科學技術的發展對聚氨釀漆包線提出了更高要求,如彩電國產化工程中的彩電偏轉線圈用聚氮酸漆包線,要求耐300伏以上高壓,軟化擊穿温度25℃以上,無鹽水針孔,耐酸、耐鹼,耐老化,同時又必須保持聚氨酩漆包線優良直焊性的特點 ^[1]  。