CN102585125A - 一种热固性酚醛树脂的制备方法及制备导电浆料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热固性酚醛树脂的制备方法及制备导电浆料的方法，它包含有以下步骤：先量取苯酚、部分甲醛、混合碱类催化剂，在反应瓶中50-90℃反应若干个小时；再将剩余的甲醛加入反应瓶中反应；加入酸进行中和，然后进行萃取分离；加热并抽真空脱溶剂后，加入有机溶剂溶解，得到热固性酚醛树脂溶液。本发明采用混合碱做催化剂，回流反应一定时间后用酸中和，然后加入水溶性很低的有机溶剂进行萃取分离，加热真空脱溶剂后加入有机溶剂溶解成一定固含量的热固性酚醛树脂溶液。在合成的热固性酚醛树脂溶液中，加入导电性填料，同时加入有机稀释剂和其他辅助助剂，就可以得到具有高导电性、粘接强度极高、电性能稳定、适合丝网印刷的低温导电浆料。

Description

一种热固性酚醛树脂的制备方法及制备导电浆料的方法

技术领域

本发明涉及一种酚醛树脂的制备方法，更准确地说，涉及一种热固性酚醛树脂的制备方法，以及由其制备低温导电浆料的方法，属于导电电子材料领域。 

背景技术

热固性酚醛树脂通常是由酚类和醛类在碱性催化剂存在的条件下反应形成的，其中以苯酚和甲醛在碱性条件下形成的热固性酚醛树脂最为常见。热固性酚醛树脂具有良好的尺寸稳定性、阻燃性能、耐腐蚀性能、耐高温性能、绝缘性和机械加工性能，可应用于制造印制电路板用覆铜板、塑料材料、层压塑料、泡沫材料、蜂窝塑料等，也可用于油漆原料、胶粘剂、防腐胶泥、酚醛纤维以及离子交换树脂等。 

低温导电性浆料是一种固化或干燥后具有一定导电性能的浆料，它通常以基体树脂和导电填料即导电粒子为主要组成成分，通过基体树脂的粘接作用把导电粒子结合在一起，形成导电通路，实现被粘材料的导电连接。导电填料可以是金粉、银粉、铜粉、铝粉、锌粉、铁粉、镍粉、导电炭黑和导电石墨及一些导电化合物填充料。低温导电性浆料的树脂基体，原则上讲，可以采用各种胶粘剂类型的树脂基体，常用的一般有热固性胶粘剂如环氧树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂等胶粘剂体系.这些胶粘剂在固化后形成了导电银胶的分子骨架结构，提供了力学性能和粘接性能保障，并使导电填料粒子形成导电通道。 

采用热固性酚醛树脂作为低温导电性浆料的基体树脂，在以往的专利文献中有所提到，但适用于低温导电性浆料基体树脂的热固性酚醛树脂却没有相关的专利文献报道。实际上目前国内由于受配方、工艺、设备等原因，制备出来的热固性酚醛树脂存在游离苯酚和游离甲醛含量高，水分含量高以及催化剂残留较多等不足之处。用其做为作为低温导电 性浆料的基体树脂时，低温导电性浆料的环保要求达不到，存储时间短易固化，且存储不稳定，易出现分离。固化后的低温导电性浆料容易出现气孔，吸湿严重，尺寸不稳定，耐高温性能下降，附着出现下降以至于容易出现脱离现象。 

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种热固性酚醛树脂的制备方法，使得热固性酚醛树脂具有较低游离酚类和游离醛类含量，较低的水份含量，固化不产生气孔，适应于作低温导电浆料的粘接料。 

本发明的技术方案是：一种热固性酚醛树脂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤： 

(1)按摩尔质量比为1∶(1-12)分别量取所用的苯酚和甲醛，再按酚类的摩尔质量比为1∶(0.02-0.2)量取混合碱类催化剂； 

(2)在将量取的物料在反应瓶搅拌均匀后加热升温，在50-90℃保温反应3-8个小时： 

(3)再按酚类的摩尔质量比为1∶(0.4-1)量取剩余的甲醛，加入反应瓶在50-90℃保温再反应3-8个小时： 

(4)加入酸进行中和，再加入有机溶剂进行萃取分离，去掉水层； 

(5)加热并抽真空脱溶剂后，加入有机溶剂溶解，得到热固性酚醛树脂溶液。 

优选的是，所述混合碱类催化剂包括， 

第一类碱类催化剂，为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或者两种； 

第二类碱类催化剂，为氢氧化钡、氢氧化钙或氢氧化镁中一种或者多种； 

且第一类碱类催化剂和第二类碱类催化剂的摩尔质量比为1∶(0.2-4)。 

优选的是，所述步骤(4)中的酸为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或者多种。 

优选的是，所述步骤(4)中用于萃取酚醛树脂的有机溶剂为水溶性低、对树脂有良好相容性的有机溶剂。 

优选的是，所述步骤(4)中有机溶剂选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酰乙酸乙酯、环己酮、异佛尔酮、苯乙酮、甲苯、二甲苯中的一种或多种。 

优选的是，所述步骤(5)中加热抽真空脱溶剂的温度为105-115℃。 

优选的是，所述步骤(5)中溶解酚醛树脂用的有机溶剂选自乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、乙二醇单甲醚醋酸酯、乙二醇单甲醚醋酸酯、乙二醇单乙醚醋酸酯、乙二醇单丁醚醋酸酯、异佛尔酮、乙二醇单二醚、乙二醇二醋酸酯、丙二醇单丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇乙醚醋酸酯、丙二醇丁醚醋酸酯中的一种或多种。 

本发明提供的一种热固性酚醛树脂的制备方法，之所以采取以上所述步骤，原因在于： 

(1)在酚醛树脂的合成中，苯酚的对位比邻位的反应活性高，苯酚的对位更易与甲醛发生加成反应生成对羟甲基苯酚；而生成对羟基苯酚后，酚羟基的邻位的活性会显著下降，更难与甲醛发生加成反应，导致消耗的甲醛较少，得到的酚醛树脂中游离甲醛的含量较高。在本发明提供的制备方法中，第一类催化剂使苯酚的对位与甲醛发生加成反应，而第二类催化剂使苯酚的邻位与甲醛发生加成反应，在双催化剂的作用下，苯酚与更多的甲醛发生反应，形成多羟甲基苯酚，从而增加了甲醛的消耗量，减少了末参与反应的甲醛的量，从而降低了得到的酚醛树脂的游离甲醛的含量。 

(2)本发明甲醛的加入方式为分两次直接一次全部加入。这是因为初次加入的甲醛的量偏少，同时在混合碱类催化剂的作用下，加入的甲醛迅速与苯酚发生反应，生成较多的二羟甲基苯酚和三羟甲基苯酚，这样会使树脂中存在较多的未与甲醛反应的苯酚。为了消除这些游离的苯酚，需要再次加入甲醛进行反应。同时二次加入的甲醛使反应向生成酚醛树脂的方向进行，提高产率，能相对有效避免大量的二羟基苯酚和三羟基苯酚缩聚时分子间脱羟甲基，生成甲醛，不仅浪费原料，而且污染环境。 

(3)本发明所用的中和酸为盐酸、硫酸或者硝酸中的一种或两种以上混合物。盐酸、硫酸和硝酸均为水溶性的强酸，其中和后的产物均为水溶性很好的盐。这样后面用有机溶剂进行萃取时，碱类催化剂的中和产物都到水相中，酚醛树脂中基本不含有碱类催化剂的残留。 

(4)本发明用于萃取的酚醛树脂的有机溶剂为水溶性很低，但对树脂有很好相容性好的有机溶剂，包括乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酰乙酸乙酯、环己酮、异佛尔酮、苯乙酮、甲苯、二甲苯中的一种或两种以上的混合溶剂。使用水溶性很低，但对树脂有很好相容性好的有机溶剂进行萃取，可以一次去除大量的水分，萃取出来的酚醛树脂的含水量低，避免了长时间的脱水操作。同时萃取出来的酚醛树脂基本不含有碱类催化剂的残留。 

(5)本发明加热抽真空脱溶剂的温度为105-115℃，在此温度下脱除溶剂，由于已经没有催化剂，制备的热固性酚醛树脂不会发生脱水交联固化反应。同时进一步脱除酚醛树脂中残留的水份，使得水分含量低于0.5％。 

本发明提供的一种低温固化的导电浆料的制备方法，包括热固性粘接料和导电填料，其特征在于：所述热固性粘接料为按照上述方法制得的热固性酚醛树脂溶液，其添加的重量份比例为总配比的6-50％。 

优选的是，所述导电填料为导电性粉体，选自金粉、银粉、铜粉、钴粉、钌粉、铑粉、钯粉、铟粉、锡粉、铱粉、铂粉、银包铜粉、铝粉、锌粉、铁粉、镍粉、银包镍粉、导电炭黑粉、导电石墨粉中的一种或多种，其添加重量份比例为总配比的10-90％。 

优选的是，还包括： 

稀释剂，所述稀释剂选自乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、乙二醇单甲醚醋酸酯、乙二醇单甲醚醋酸酯、乙二醇单乙醚醋酸酯、乙二醇单丁醚醋酸酯、异佛尔酮、乙二醇单二醚、乙二醇二醋酸酯、丙二醇单丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇乙醚醋酸酯、丙二醇丁醚醋酸酯中的一种或多种，其添加重量份比例为总配比的2-50％； 

其他辅助助剂，包括触变剂，偶联剂，防沉剂，其中所述触变剂选自气相二氧化硅、沉淀二氧化硅、聚酰胺蜡、有机膨润土、氢化蓖麻油、羟乙基纤维素、羟甲纤维素、聚乙 烯醇中的一种或多种；所述偶联剂选自KH550硅烷偶联剂、KH560硅烷偶联剂、KH580硅烷偶联剂、KH590硅烷偶联剂、KH792硅烷偶联剂、KH 602硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、非硅类偶剂中的一种或多种；所述防沉剂选自有机膨润土、蓖麻油衍生物、气相二氧化硅、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚酰胺蜡中的一种或多种；所述其他辅助助剂添加的重量份比例为总配比的0.2-2％。 

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式做进一步说明。 

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种热固性酚醛树脂合成方法及由其制作的低温银包铜浆料进行详细描述。 

实施例1 

在反应瓶中加入40克苯酚，41.4克37％的甲醛，0.85克氢氧化钠和1.81克氢氧化钡，在60℃恒温反应5h后，再加入27.6克37％的甲醛再在60℃恒温反应5h，加入4.17克50％的硫酸进行10分钟的中和反应，然后加入60克的环己酮和20克甲苯进行萃取并进行水洗二次，去掉水相。将溶液移至一个新的反应瓶，在115℃下进行抽真空脱溶剂，时间为1.5小时。最后加入乙二醇单丁醚进行溶解，得到固体含量约为70％的热固性酚醛树脂溶液。对所述酚醛树脂进行游离苯酚、游离甲醛和水分含量的测定，其结果见表1。使用所述热固性酚醛树脂溶液为粘接料，采用细银粉做为导电填料，按以下配比配成低温导电浆料：热固性酚醛树脂溶液15％，银粉60％，有机溶剂乙二醇单丁醚23％，气相二氧化硅0.2％，KH560硅烷偶联剂1％，蓖麻油衍生物0.8％。由其制备得的低温导电浆的线性电阻为0.014mΩ/cm。 

实施例2 

在反应瓶中加入40克苯酚，41.4克37％的甲醛，0.85克氢氧化钠和0.62克氢氧化镁，在70℃恒温反应4h后，再加入20.7克37％的甲醛再在70℃恒温反应4h，加入7.76克20％的盐酸进行10分钟的中和反应，然后加入80克的环己酮进行萃取并进行水洗二 次，去掉水相。将溶液移至一个新的反应瓶，在110℃下进行抽真空脱溶剂，时间为1.5小时。最后加入乙二醇丁醚醋酸酯进行溶解，得到固体含量为70％的热固性酚醛树脂溶液。对所述酚醛树脂进行游离苯酚、游离甲醛和水分含量的测定，其结果见表1。使用所述热固性酚醛树脂溶液为粘接料，采用导电炭黑做为导电填料，按以下配比配成低温导电浆料：热固性酚醛树脂溶液48％，导电炭黑12％，有机溶剂乙二醇单丁醚38％，气相二氧化硅0.2％，KH550硅烷偶联剂1.8％。由其制备得的低温导电浆的线性电阻为260Ω/cm。 

实施例3 

在反应瓶中加入40克苯酚，34.51克37％的甲醛，0.6克氢氧化钾和1.23克氢氧化钡，在90℃恒温反应3h后，再加入20.7克37％的甲醛再在90℃恒温反应3h，加入3.13克50％的硫酸进行10分钟的中和反应，然后加入80克的环己酮进行萃取并进行水洗二次，去掉水相。将溶液移至一个新的反应瓶，在108℃下进行抽真空脱溶剂，时间为1.5小时。最后加入二乙二醇单甲醚进行溶解，得到固体含量约为70％的热固性酚醛树脂溶液。对所述酚醛树脂进行游离苯酚、游离甲醛和水分含量的测定，其结果见表1。使用所述热固性酚醛树脂溶液为粘接料，采用银包铜粉做为导电填料，按以下配比配成低温导电浆料：热固性酚醛树脂溶液9％，银包铜粉88％，有机溶剂乙二醇单丁醚1％，气相二氧化硅0.2％，HC-601钛酸酯偶联剂1.2％，羟乙基纤维素0.6。由其制备得的低温导电浆的线性电阻为0.044mΩ/cm。 

实施例4 

在反应瓶中加入40克苯酚，34.51克37％的甲醛，0.6克氢氧化钾和1.57克氢氧化钡，在50℃恒温反应8h后，再加入13.8克37％的甲醛再在50℃恒温反应8h，加入5.83克20％的盐酸进行10分钟的中和反应，然后加入60克的环己酮和10克甲苯进行萃取并进行水洗二次，去掉水相。将溶液移至一个新的反应瓶，在105℃下进行抽真空脱溶剂，时间为1.5小时。最后加入乙二醇单丁醚进行溶解，得到固体含量约为70％的热固性酚醛树脂溶液。对所述酚醛树脂进行游离苯酚、游离甲醛和水分含量的测定，其结果见表1。使用所述热固性酚醛树脂溶液为粘接料，采用片状铜粉做为导电填料，按以下配比配成低温导电浆料：热固性酚醛树脂溶液18％，片状铜粉72％，有机溶剂乙二醇单丁醚8％，气相二氧化硅0.2％，HC-601钛酸酯偶联剂1.2％，聚酰胺蜡0.6％。由其制备得的低温导电浆的线性电阻为0.17mΩ/cm。 对上述实施例进行测试，数据如下： 

Claims (10)

1.一种热固性酚醛树脂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)按摩尔质量比为1∶(1-1.2)分别量取所用的苯酚和甲醛，再按酚类的摩尔质量比为1∶(0.02-0.2)量取混合碱类催化剂；

(2)在将量取的物料在反应瓶搅拌均匀后加热升温，在50-90℃保温反应3-8个小时：

(3)再按酚类的摩尔质量比为1∶(0.4-1)量取剩余的甲醛，加入反应瓶在50-90℃保温再反应3-8个小时：

(4)加入酸进行中和，再加入有机溶剂进行萃取分离，去掉水层；

(5)加热并抽真空脱溶剂后，加入有机溶剂溶解，得到热固性酚醛树脂溶液。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述混合碱类催化剂包括，

第一类碱类催化剂，为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或者两种；

第二类碱类催化剂，为氢氧化钡、氢氧化钙或氢氧化镁中一种或者多种；

且第一类碱类催化剂和第二类碱类催化剂的摩尔质量比为1∶(0.2-4)。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的酸为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或者多种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中用于萃取酚醛树脂的有机溶剂为水溶性低、对树脂有良好相容性的有机溶剂。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酰乙酸乙酯、环己酮、异佛尔酮、苯乙酮、甲苯、二甲苯中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中加热抽真空脱溶剂的温度为105-115℃。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中溶解酚醛树脂用的有机溶剂选自乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、乙二醇单甲醚醋酸酯、乙二醇单乙醚醋酸酯、乙二醇单丁醚醋酸酯、异佛尔酮、乙二醇单二醚、乙二醇二醋酸酯、丙二醇单丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇乙醚醋酸酯、丙二醇丁醚醋酸酯中的一种或多种。

8.一种低温固化的导电浆料的制备方法，包括热固性粘接料和导电填料，其特征在于：所述热固性粘接料为按照权利要求1-7任一项所述方法制得的热固性酚醛树脂溶液，其添加的重量份比例为总配比的6-50％。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述导电填料为导电性粉体，选自金粉、银粉、铜粉、钴粉、钌粉、铑粉、钯粉、铟粉、锡粉、铱粉、铂粉、银包铜粉、铝粉、锌粉、铁粉、镍粉、银包镍粉、导电炭黑粉、导电石墨粉中的一种或多种，其添加重量份比例为总配比的10-90％。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：还包括：

稀释剂，所述稀释剂选自乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、乙二醇单甲醚醋酸酯、乙二醇单乙醚醋酸酯、乙二醇单丁醚醋酸酯、异佛尔酮、乙二醇单二醚、乙二醇二醋酸酯、丙二醇单丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇乙醚醋酸酯、丙二醇丁醚醋酸酯中的一种或多种，其添加重量份比例为总配比的2-50％。

其他辅助助剂，包括触变剂，偶联剂，防沉剂，其中所述触变剂选自气相二氧化硅、沉淀二氧化硅、聚酰胺蜡、有机膨润土、氢化蓖麻油、羟乙基纤维素、羟甲纤维素、聚乙烯醇中的一种或多种；所述偶联剂选自KH550硅烷偶联剂、KH560硅烷偶联剂、KH580硅烷偶联剂、KH590硅烷偶联剂、KH792硅烷偶联剂、KH 602硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、非硅类偶剂中的一种或多种；所述防沉剂选自有机膨润土、蓖麻油衍生物、气相二氧化硅、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚酰胺蜡中的一种或多种；所述其他辅助助剂添加的重量份比例为总配比的0.2-2％。