CN101323698B - 一种阻燃性组合物和覆铜板以及它们的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种阻燃性组合物含有主体树脂和固化剂,其中,所述主体树脂为双酚A型酚醛型环氧树脂,所述固化剂为酚醛树脂,该组合物还含有四溴双酚A。本发明还提供了所述阻燃性组合物的制备方法、使用该阻燃性组合物的覆铜板及其制备方法。本发明提供的阻燃性组合物的主体树脂和固化剂采用双酚A型酚醛型环氧树脂和酚醛树脂的组合,可以有效地改善由该组合物制得的覆铜板的耐热性并降低吸水率;组合物中含有的四溴双酚A在起到阻燃作用的同时还可以起到对双酚A型酚醛型环氧树脂固化的作用,可以降低双酚A型酚醛型环氧树脂的流动性,有效地解决半固化片与铜箔层合过程中的流胶问题。
Description
技术领域
本发明是关于一种阻燃性组合物和覆铜板以及它们的制备方法。
背景技术
覆铜板可用于印刷电路板,一般由半固化片和铜箔复合层压而制得,半固化片的制造方法为将阻燃性组合物与溶剂如丁酮混合而得到胶液,将玻璃纤维布浸渍在该胶液中,然后取出烘干。现有的阻燃性组合物一般含有主体树脂和固化剂,主体树脂为溴化环氧树脂,固化剂为胺类固化剂如脂肪胺、芳香胺和双氰胺。
欧盟的RoHS指令要求2006年7月1日起投放欧盟市场的电子电气产品中铅的含量不得超过1000ppm,因此,根据该指令,在焊接覆铜板时,需要使用无铅焊接。由于无铅焊接的工作温度较高,因此要求覆铜板具有较好的耐热性,但是由现有的阻燃性组合物制得的覆铜板的耐热性较差,不能满足无铅焊接的要求。此外,由现有的阻燃性组合物制得的覆铜板的吸水率较高,因此不适用于高湿的条件下。
发明内容
本发明的目的是为了克服由现有的阻燃性组合物制得的覆铜板的耐热性差、吸水率高的缺点,提供一种能够制得耐热性好、吸水率低的覆铜板的阻燃性组合物。
本发明的另外的目的是提供该阻燃性组合物的制备方法、由上述阻燃性组合物制得的覆铜板以及该覆铜板的制备方法。
本发明提供了一种阻燃性组合物,该组合物含有主体树脂和固化剂,其中,所述主体树脂为双酚A型酚醛型环氧树脂,所述固化剂为酚醛树脂,该组合物还含有四溴双酚A。
本发明提供了所述阻燃性组合物的制备方法,该方法包括将主体树脂、固化剂和四溴双酚A混合,所述主体树脂为双酚A型酚醛型环氧树脂,所述固化剂为酚醛树脂。
本发明提供了一种覆铜板,该覆铜板包括层合的半固化片和铜箔,该半固化片为增强材料在含有阻燃性组合物的胶液中浸渍并干燥后的产物,其中,所述阻燃性组合物为本发明提供的阻燃性组合物。
本发明提供了一种覆铜板的制备方法,该方法包括将阻燃性组合物与溶剂混合,得到胶液;将增强材料在该胶液中浸渍,然后取出并干燥,得到半固化片;将该半固化片与铜箔层合,得到覆铜板,其中,所述阻燃性组合物为本发明提供的阻燃性组合物。
本发明提供的阻燃性组合物的主体树脂和固化剂采用双酚A型酚醛型环氧树脂和酚醛树脂的组合,可以有效地改善由该组合物制得的覆铜板的耐热性并降低吸水率;组合物中含有的四溴双酚A在起到阻燃作用的同时还可以起到对双酚A型酚醛型环氧树脂固化的作用,可以降低双酚A型酚醛型环氧树脂的流动性,有效地解决半固化片与铜箔层合过程中的流胶问题。
具体实施方式
本发明提供的阻燃性组合物含有主体树脂和固化剂,其中,所述主体树脂为双酚A型酚醛型环氧树脂,所述固化剂为酚醛树脂,该组合物还含有四溴双酚A。
在所述组合物中,相对于100重量份的主体树脂,固化剂的含量优选为50-120重量份,更优选为70-90重量份;四溴双酚A的含量优选为5-30重量份,更优选为10-20重量份。
所述双酚A型酚醛型环氧树脂的结构式如式I所示:
式I
式I中n的取值使双酚A型酚醛型环氧树脂的数均分子量为1500-5000,优选为3500-5000;环氧当量为180-300,优选为200-250。
双酚A型酚醛型环氧树脂可以采用现有的常规方法制备得到,也可以商购得到,例如,岳阳石化环氧树脂厂的CYDBN-240牌号的双酚A型酚醛型环氧树脂。
酚醛树脂的结构式如式II所示:
式II
式II中n的取值使酚醛树脂的数均分子量为1000-5000,优选为3000-4000;游离酚的含量为0.05-0.2重量%,优选为0.1-0.18重量%。酚醛树脂的数均分子量和游离酚含量在上述范围内时,可以避免出现产品(如半固化片)外观不良的现象,得到的产品无气泡、无针孔、上胶均匀、表面光滑。
酚醛树脂可以采用现有的常规方法制备得到,也可以商购得到,例如,创铭达公司的RI-3500牌号的酚醛树脂。
本发明的阻燃性组合物还可以含有溴化环氧树脂,相对于100重量份的主体树脂,溴化环氧树脂的含量可以为0-30重量份,优选为10-20重量份。溴化环氧树脂有助于进一步提高由阻燃性组合物制得的产品的阻燃性能。
溴化环氧树脂的数均分子量为2000-5000,优选为2500-3500;溴含量为20-50重量%,优选为20-30重量%;环氧当量为400-500,优选为400-480。
溴化环氧树脂可以采用现有的常规方法制备得到,也可以商购得到,例如,广州宏昌环氧树脂公司的454A80牌号的溴化环氧树脂。
本发明的阻燃性组合物还可以含有溴化环氧树脂与端羧基液态丁腈橡胶的预聚物,相对于100重量份的主体树脂,溴化环氧树脂与端羧基液态丁腈橡胶的预聚物的含量可以为0-50重量份,优选为10-40重量份。该预聚物有助于提高得到的产品如覆铜板的柔韧性。
溴化环氧树脂与端羧基液态丁腈橡胶的预聚物的结构式如式III所示:
式III
R1为具有如下式所示的结构式的基团:
其中m为7-15的整数,
R2为具有如下式所示的结构式的基团:
其中x1为3-6的整数,x2为2-4的整数,y为4-6的整数,n为5-9的整数。
溴化环氧树脂与端羧基液态丁腈橡胶的预聚物可以通过将溴化环氧树脂与端羧基液态丁腈橡胶在80-120℃下反应1-6小时而制得。为了缩短反应时间,可以加入膦类化合物作为催化剂,膦类化合物的例子包括三苯基膦、三乙基膦、三丁基膦和三甲氧基膦。
本发明的阻燃性化合物还可以含有固化促进剂和无机填料,相对于100重量份的主体树脂,固化促进剂的含量可以为0-5重量份,优选为1-3重量份;无机填料的含量可以为0-30重量份;优选为10-20重量份。
所述固化促进剂可以为咪唑和/或三氟化硼络合物,咪唑可以为2-乙基-4-甲基咪唑、2-甲基咪唑和2-乙基咪唑中的一种或几种。所述无机填料可以为二氧化硅、氢氧化铝、滑石粉和三氧化二锑中的一种或几种。
本发明提供的所述阻燃性组合物的制备方法包括将主体树脂、固化剂和四溴双酚A混合。相对于100重量份的主体树脂,固化剂的用量优选为50-120重量份,更优选为70-90重量份;四溴双酚A的用量优选为5-30重量份,更优选为10-20重量份。
与将四溴双酚A与主体树脂聚合形成低溴或高溴环氧树脂相比,本发明直接将四溴双酚A与主体树脂和固化剂一起混合,四溴双酚A没有与主体树脂反应,因此,四溴双酚A在起到阻燃作用的同时还可以起到对双酚A型酚醛型环氧树脂固化的作用,可以降低双酚A型酚醛型环氧树脂的流动性,有效地解决半固化片与铜箔层合过程中的流胶问题。
在将主体树脂、固化剂和四溴双酚A混合时,还可以选择性地加入溴化环氧树脂、溴化环氧树脂与端羧基液态丁腈橡胶的预聚物、固化促进剂和无机填料中的一种或几种。相对于100重量份的主体树脂,溴化环氧树脂的用量可以为0-30重量份,优选为20-30重量份;溴化环氧树脂与端羧基液态丁腈橡胶的预聚物的用量可以为0-50重量份,优选为10-40重量份;固化促进剂的用量可以为0-5重量份,优选为1-3重量份;无机填料的用量可以为0-30重量份,优选为10-20重量份。
溴化环氧树脂、溴化环氧树脂与端羧基液态丁腈橡胶的预聚物、固化促进剂和无机填料的种类在上文中已做详细说明,在此不再赘述。
本发明提供的覆铜板包括层合的半固化片和铜箔,该半固化片为增强材料在含有阻燃性组合物的胶液中浸渍并干燥后的产物,其中,所述阻燃性组合物为本发明提供的阻燃性组合物。
在覆铜板中,用于层合的半固化片和铜箔各自的层数可以与各自的常规层数相同,例如。半固化片可以为1-20层,优选为1-10层。覆铜板的尺寸可以为其常规尺寸,例如,覆铜板厚度可以为0.1-2.0毫米,优选为0.2-1.6毫米。
所述增强材料可以为常规的用于覆铜板制作的增强材料,优选为玻璃纤维布、浸渍绝缘纸或玻璃纤维纸。玻璃纤维布优选为E级开纤布,规格可以为7628、2116、1080、1506或106。玻璃纤维布可以商购得到,例如,南亚公司的7628型号。
铜箔优选为电解铜箔,规格可以为HOZ、1OZ、2OZ或3OZ。
本发明提供的覆铜板的制备方法包括将阻燃性组合物与溶剂混合,得到胶液;将增强材料在该胶液中浸渍,然后取出并干燥,得到半固化片;将该半固化片与铜箔层合,得到覆铜板,其中,所述阻燃性组合物为本发明提供的阻燃性组合物。
按照本发明提供的覆铜板的制备方法,除了所用的胶液由本发明的阻燃性组合物制成以外,其它的步骤和条件可以按照覆铜板的常规制备方法进行。
所述溶剂优选为丁酮、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和二甲苯中的一种或几种。溶剂的用量优选使得到的胶液的固含量为55-65%。
增强材料在该胶液中浸渍的速度可以为2-50米/分钟,优选为5-30米/分钟。
所述干燥的方法可以为常规的干燥方法,优选在100-210℃下烘干,干燥时间为2-10分钟。
得到的半固化片的胶化时间为60-150秒,优选为90-110秒;树脂含量为40-55重量%,优选为45-48重量%;树脂流动度为20-30%,优选为22-25%;挥发物含量为0.05-0.5重量%,优选为0.1-0.3重量%。
将半固化片与铜箔层合的方法可以为常规的层合方法,例如可以采用压合方法。在压合过程中,温度可以为120-250℃,优选为140-220℃;时间可以为100-220分钟,优选为150-180分钟;压力可以为2-5兆帕,优选为2.2-4.5兆帕。
下面通过实施例来更详细地描述本发明。
实施例1
该实施例用于说明本发明提供的阻燃性组合物及其制备方法。
将100重量份双酚A型酚醛型环氧树脂(岳阳石化环氧树脂厂生产,牌号:CYDBN-240,数均分子量:4500,环氧当量:220)、120重量份酚醛树脂(创铭达公司生产,牌号:RI-3500,数均分子量:3550,游离酚含量:0.1%)和16重量份四溴双酚A(嘉合化工厂,TBBA)混合,得到阻燃性组合物Z1。
实施例2
该实施例用于说明本发明提供的阻燃性组合物及其制备方法。
将重量比为4:6的端羧基液态丁腈橡胶(诺誉,CTBN1300*13)与溴化环氧树脂(广州宏昌环氧树脂公司生产,牌号:454A80,数均分子量为3100,溴含量为20%,环氧当量为465)在90℃下反应1小时,得到端羧基液态丁腈橡胶与溴化环氧树脂的预聚物。该预聚物的结构式如式III所示,其中在R1中,m为9;在R2中,x1为4,x2为2,y为4,n为6。
将100重量份双酚A型酚醛型环氧树脂(岳阳石化环氧树脂厂生产,牌号:CYDBN-240,数均分子量:4500,环氧当量:220)、120重量份酚醛树脂(创铭达公司生产,牌号:RI-3500,数均分子量:3550,游离酚含量:0.1%)、16重量份四溴双酚A、11重量份溴化环氧树脂(广州宏昌环氧树脂公司生产,牌号:454A80,数均分子量为3100,溴含量为20%,环氧当量为465)、15重量份上述的端羧基液态丁腈橡胶与溴化环氧树脂的预聚物混合,得到阻燃性组合物Z2。
实施例3
该实施例用于说明本发明提供的阻燃性组合物及其制备方法。
将重量比为4:6的端羧基液态丁腈橡胶(诺誉,CTBN1300*13)与溴化环氧树脂(广州宏昌环氧树脂公司生产,牌号:454A80,数均分子量为3100,溴含量为20%,环氧当量为465)在100℃下反应2小时,得到端羧基液态丁腈橡胶与溴化环氧树脂的预聚物。该预聚物的结构式如式III所示,其中在R1中,m为9;在R2中,x1为4,x2为2,y为4,n为6。
将100重量份双酚A型酚醛型环氧树脂(岳阳石化环氧树脂厂生产,牌号:CYDBN-240,数均分子量:4500,环氧当量:220)、117重量份酚醛树脂(创铭达公司生产,牌号:RI-3500,数均分子量:3550,游离酚含量:0.1%)、17重量份四溴双酚A、13重量份溴化环氧树脂(广州宏昌环氧树脂公司生产,牌号:454A80,数均分子量为3100,溴含量为20%,环氧当量为465)、20重量份上述的端羧基液态丁腈橡胶与溴化环氧树脂的预聚物、1重量份2-乙基-4甲基咪唑、21重量份二氧化硅混合,得到阻燃性组合物Z3。
实施例4
该实施例用于说明本发明提供的阻燃性组合物及其制备方法。
将重量比为6:4的端羧基液态丁腈橡胶与溴化环氧树脂(广州宏昌环氧树脂公司生产,牌号:454A80,数均分子量为3100,溴含量为20%,环氧当量为465)在80℃下反应5小时,得到端羧基液态丁腈橡胶与溴化环氧树脂的预聚物。该预聚物的结构式如式III所示,其中在R1中,m为9;在R2中,x1为4,x2为2,y为4,n为6。
将100重量份双酚A型酚醛型环氧树脂(岳阳石化环氧树脂厂生产,牌号:CYDBN-240,数均分子量:4500,环氧当量:220)、90重量份酚醛树脂(创铭达公司生产,牌号:RI-3500,数均分子量:3550,游离酚含量:0.1%)、20重量份四溴双酚A、15重量份上述的端羧基液态丁腈橡胶与溴化环氧树脂的预聚物、1重量份2-乙基-4甲基咪唑、15重量份二氧化硅混合,得到阻燃性组合物Z4。
实施例5
该实施例用于说明本发明提供的阻燃性组合物及其制备方法。
将100重量份双酚A型酚醛型环氧树脂(岳阳石化环氧树脂厂生产,牌号:CYDBN-240,数均分子量:4500,环氧当量:220)、80重量份酚醛树脂(创铭达公司生产,牌号:RI-3500,数均分子量:3550,游离酚含量:0.1%)、20重量份四溴双酚A、12重量份溴化环氧树脂(广州宏昌环氧树脂公司生产,牌号:454A80,数均分子量为3100,溴含量为20%,环氧当量为465)、1重量份2-乙基-4甲基咪唑、10重量份二氧化硅混合,得到阻燃性组合物Z5。
对比例1
该对比例用于说明现有的阻燃性组合物及其制备方法。
将100重量份溴化环氧树脂(广州宏昌环氧树脂公司生产,牌号:454A80,数均分子量为3100,溴含量为20%,环氧当量为465)、5重量份双氰胺固化剂、1重量份2-乙基-4-甲基咪唑混合,得到阻燃性组合物CZ1。
实施例6
该实施例用于说明本发明提供的覆铜板及其制备方法。
将实施例1制备的阻燃性组合物Z1与丁酮混合,得到固含量为60%的胶液。
使用精密含浸机(亚泰金属工业有限公司,型号:Coating Machine-001),将规格为7628的玻璃纤维布浸渍在上述胶液中,然后在150℃-210℃的烘箱中烘干,得到半固化片。半固化片的胶化时间:117秒;树脂含量:45%;树脂流动性:25%;挥发物含量:0.28%。
半固化片参数测试方法:
胶化时间(gel time):参照IPC-TM-6502.3.18
树脂含量(resin content):参照IPC-TM-6502.3.16
树脂流动性(resin flow):参照IPC-TM-6502.3.17
挥发物含量(VoC):参照IPC-TM-6502.3.19
将7张上述制得的半固化片与2张电解铜箔(1OZ)在下列条件下压合,得到覆铜板F1:压力:2.5兆帕;温度:200℃;时间:160秒;真空度:-0.095兆帕(绝对压力与标准大气压的差值)。
采用以下方法测定得到的覆铜板的性能,结果如表1所示。
剥离强度:参照IPC-TM-6502.4.8
耐热性:参照IPC-TM-6502.4.41.1
阻燃性:参照UL94VO;
热冲击性能:把样品放在288℃锡炉中,每一次浸10秒后取出样品,自然冷却后,再次浸入锡炉中,直到样品出现气泡为止;
流胶:测量覆铜板长边上最外缘树脂到玻璃布羽边的距离,单位:mm;
吸水率:参照IPC-TM-6502.6.2.1
弯曲强度:参照IPC-TM-6502.4.4
实施例7
该实施例用于说明本发明提供的覆铜板及其制备方法。
将实施例2制备的阻燃性组合物Z2与丁酮混合,得到固含量为60%的胶液。
按照与实施例6相同的方法,使用上述胶液,得到半固化片。半固化片的胶化时间:105秒;树脂含量:44.8%;树脂流动性:22.3%;挥发物含量:0.15%。
按照与实施例6相同的方法,使用上述半固化片制得覆铜板F2,并按照与实施例6相同的方法测定得到的覆铜板F2的性能,结果如表1所示。
实施例8
该实施例用于说明本发明提供的覆铜板及其制备方法。
将实施例3制备的阻燃性组合物Z3与二甲苯混合,得到固含量为60%的胶液。
按照与实施例6相同的方法,使用上述胶液,得到半固化片。半固化片的胶化时间:101秒;树脂含量:45.8%;树脂流动性:21%;挥发物含量:0.1%。
按照与实施例6相同的方法,使用上述半固化片制得覆铜板F3,并按照与实施例6相同的方法测定得到的覆铜板F3的性能,结果如表1所示。
实施例9
实施例9用于说明本发明提供的覆铜板及其制备方法。
将实施例4制备的阻燃性组合物Z4与丁酮混合,得到固含量为60%的胶液。
按照与实施例6相同的方法,使用上述胶液,得到半固化片。半固化片的胶化时间:92秒;树脂含量:45.5%;树脂流动性:21%;挥发物含量:0.13%。
按照与实施例6相同的方法,使用上述半固化片制得覆铜板F4,并按照与实施例6相同的方法测定得到的覆铜板F4的性能,结果如表1所示。
实施例10
实施例10用于说明本发明提供的覆铜板及其制备方法。
将实施例5制备的阻燃性组合物Z5与丁酮混合,得到固含量为60%的胶液。
按照与实施例6相同的方法,使用上述胶液,得到半固化片。半固化片的胶化时间:90秒;树脂含量:45.9%;树脂流动性:23.1%;挥发物含量:0.1%。
按照与实施例6相同的方法,使用上述半固化片制得覆铜板F5,并按照与实施例6相同的方法测定得到的覆铜板F5的性能,结果如表1所示。
对比例2
对比例2用于说明由对比例1的阻燃性组合物得到的覆铜板。
将对比例1制备的阻燃性组合物CZ1与丁酮混合,得到固含量为60%的胶液。
按照与实施例6相同的方法,使用上述胶液,得到半固化片。半固化片的胶化时间:121秒;树脂含量:46.1%;树脂流动性:25.6%;挥发物含量:0.19%。
按照与实施例6相同的方法,使用上述半固化片制得覆铜板CF1,并按照与实施例6相同的方法测定得到的覆铜板CF1的性能,结果如表1所示。
表1
从表1所示的结果可以看出,实施例7-10得到的覆铜板的阻燃性优于对比例2得到的覆铜板的阻燃性,实施例6-10得到的覆铜板的吸水率明显低于对比例2得到的覆铜板的吸水率,说明与现有的覆铜板相比,由本发明的阻燃性组合物制得的覆铜板的阻燃性提高并且吸水率显著降低。
另外,与实施例6和10相比,实施例7-9的覆铜板所使用的阻燃性组合物中还含有端羧基液态丁腈橡胶与溴化环氧树脂的预聚物,弯曲强度更好,说明在阻燃性组合物中加入端羧基液态丁腈橡胶与溴化环氧树脂的预聚物,可以提高由阻燃性组合物制得的覆铜板的柔韧性。
Claims (10)
3.根据权利要求1所述的组合物,其中,该组合物还含有溴化环氧树脂,相对于100重量份的主体树脂,溴化环氧树脂的含量为10-30重量份;溴化环氧树脂的数均分子量为2000-5000,溴含量为20-50重量%,环氧当量为400-500。
5.根据权利要求1所述的组合物,其中,该组合物还含有固化促进剂和无机填料,相对于100重量份的主体树脂,固化促进剂的含量为1-5重量份,无机填料的含量为10-30重量份;所述固化促进剂为2-甲基咪唑、三氟化硼络合物、2-乙基咪唑和2-乙基-4-甲基咪唑中的一种或几种,所述无机填料为二氧化硅、氢氧化铝、滑石粉和三氧化二锑中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,在将主体树脂、固化剂和四溴双酚A混合时,该方法还包括加入溴化环氧树脂,相对于100重量份的主体树脂,溴化环氧树脂的用量为10-30重量份;溴化环氧树脂的数均分子量为2000-5000,溴含量为20-50重量%,环氧当量为400-500。
9.一种覆铜板,该覆铜板包括层合的半固化片和铜箔,该半固化片为增强材料在含有阻燃性组合物的胶液中浸渍并干燥后的产物,其特征在于,所述阻燃性组合物为权利要求1-5中任意一项所述的阻燃性组合物。
10.一种覆铜板的制备方法,该方法包括将阻燃性组合物与溶剂混合,得到胶液;将增强材料在该胶液中浸渍,然后取出并干燥,得到半固化片;将该半固化片与铜箔层合,得到覆铜板,其特征在于,所述阻燃性组合物为权利要求1-5中任意一项所述的阻燃性组合物。
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