DE69605561T2

DE69605561T2 - Verfahren zur beschichtung

Info

Publication number: DE69605561T2
Application number: DE69605561T
Authority: DE
Inventors: Edward Wood
Original assignee: F2 Chemicals Ltd
Current assignee: F2 Chemicals Ltd
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 2000-07-20
Anticipated expiration: 2016-08-31
Also published as: DE69605561D1; EP0851902B1; CA2231612A1; AU6830796A; JPH11513415A; EP0851902A1; GB9608952D0; WO1997011134A1

Description

Die Erfindung betrifft Überzugszusammensetzungen und insbesondere Überzugszusammensetzungen, welche verwendet werden, um den Angriff von möglicherweise Probleme verursachenden Stoffen (wie Lösemitteln, einschließlich Wasser) auf die überzogenen Oberflächen zu verhindern.
Beispielsweise können elektronische Baugruppen, wie bedruckte Leiterplatten, insbesondere solche, die für die Verwendung in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit vorgesehen sind, durch die Kondensation von Umgebungsfeuchtigkeit auf deren Oberflächen beeinflußt werden. Diese Feuchtigkeit kann einen dünnen Wasserfilm zwischen den Bereichen unterschiedlicher Polarität ausbilden und Kurzschlüsse zwischen leitenden Bereichen verursachen.
Um diesen Effekt zu vermindern, wurden Baugruppen in der Vergangenheit mit einer Vielzahl von harzartigen Materialien einschließlich Acrylen, Epoxiden, Polyurethanen und Siliconen beschichtet. Diese Materialien schützen die Baugruppe gleichfalls von grober Behandlung bei Reparaturen und vor Prozeßchemikalien. Jedoch kann, ausgenommen bei der Verwendung von Siliconharzen, die endgültige Oberfläche der Beschichtung weiterhin mit einem Feuchtigkeitsfilm beschichtet werden, sofern die Bedingungen dafür ausreichend sind.
Einige Siliconharze sind sehr teuer und werden durch bestimmte gebräuchliche Chemikalien und unter bestimmten Umständen auch durch Wasser angegriffen.
Außerdem müssen all die genannten Materialien in Beschichtungen von erheblicher Dicke aufgetragen werden, um wirksam zu sein beispielsweise 0,025 mm (0,001 in) bis 0,075 mm (0,003 in). Entsprechend müssen Kontaktflächen auf der Platte, wie goldüberzogene Fingerkontakte (und ebenfalls einige Komponenten selbst, z. B. Trim-Potentiometer und Spulen) vor dem Beschichten mit dem Harz geschützt werden. Dies ist für gewöhnlich ein sehr mühsames und Zeit- und arbeitsintensives und daher kostspieliges Verfahren, welches wiederholt werden muß, wenn irgendwelche auf die Baugruppen aufgetragenen maskierenden Materialien entfernt werden müssen.
Außerdem müssen einige der erwähnten Harze wärmebehandelt werden. Dies erfordert Vorrichtungen und ist sehr energieintensiv. Die angewandte Wärme kann außerdem die Baugruppe, welche mit dem Harz beschichtet wurden, beschädigen. Auch das Schrumpfen des Harzes während der Behandlung kann empfindliche Bauteile beschädigen.
Schließlich sind einige der zum Lösen und Verdünnen der Harze verwendeten Lösemittel leicht entzündlich, toxisch und/oder können die Baugruppen chemisch angreifen oder sind ozonschädigend.
Einige der oben genannten Nachteile konnten in der Vergangenheit durch die Verwendung von Lösungen von Fluoracrylatharz-Polymeren in Perfluorkohlenstofflösungen (wie "FLUORAD" FC-722 der 3M Company) mit einem geringen Feststoffanteil überwunden werden. Leider neigen diese Harze wenn sie trocken sind dazu, beim Biegen zum Reißen. Sie sind außerdem relativ teuer.
Fluoracrylatpolymerharze werden außerdem durch eine Reihe von üblichen Chemikalien, wie Isopropanol, verdünnte Essigsäure und einigen anderen üblichen Lösemittel chemisch angegriffen. Außerdem haben sie begrenzte Löslichkeiten in Perfluorkohlenstofflösungen, so etwa 6-8 Gew.-% die maximale Konzentration ist, welche in dieser Art von Lösungsmitteln erreicht werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Schutz einer Baugruppe oder Teile davon zur Verfügung gestellt, umfassend das Auftragen einer Zusammensetzung auf die Baugruppe oder Teile davon, das Trocknen oder Trocknen lassen der aufgetragenen Zusammensetzung, um einen dünnen Film eines Harzes auf der Baugruppe oder Teile davon zu hinterlassen, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgetragene Zusammensetzung ein multicyclisches perfluoriertes Cycloalkanharz und ein flüssiges Fluorkohlenstoff-Lösemittel hierfür umfaßt.
Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verfügung gestellte Überzug stellt ein verbessertes Material verglichen mit den wie oben dargestellten bekannten Überzügen nach dem im Stand der Technik dar. Dieser ist nicht nur beständig gegen den Angriff von Lösemitteln, einschließlich Wasser und üblichen organischen Lösemitteln, er ist ebenso beständig gegenüber chemischen Angriffen. Ferner ist ein derartiger Überzug an sich flexibel und reißt nicht beim Biegen bei niedrigen Temperaturen.
Vorzugsweise hat das Harz die Formel CnFm, worin n 25 bis 60 und n < m < 2n+2 ist. Das Molekulargewicht solcher Stoffe liegt zwischen 1200 und 2400.
Das perfluorierte Cycloalkan kann mittels Fluorierung von Cycloalkan mittels Fluorgas und einem CoF&sub3;-Katalysator hergestellt werden. Ein bevorzugtes Cycloalkan ist Phenanthren.
Das Lösemittel kann jede geeignete Fluorkohlenstoff-Flüssigkeit sein, Beispiele sind ein Fluorkohlenwasserstoff, ein Perfluorkohlenstoff, ein Fluorchlorkohlenwasserstoff und ein Chlorfluorkohlenstoff.
Vorzugsweise ist das Lösemittel ein Fluorkohlenstoff und besonders bevorzugt ein perfluoriertes Alkan oder Cycloalkan, beispielsweise perfluoriertes n-Hexan oder Perfluordimethylcyclohexan.
Vorzugsweise hat das Lösungsmittel einen Siedepunkt im Bereich von 30º-200ºC, besonders bevorzugt im Bereich von 55º-130ºC. Die Auswahl eines Lösemittels mit einem niedrigeren Siedepunkt innerhalb des weiten Bereichs reduziert die Trockenzeit des Überzugs.
Ein Überzug gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann mit einem der allgemein üblichen Verfahren aufgebracht werden, z. B.
- Tauchen
- Sprühen
- Streichen
- Schwallbeschichtung
- Curtain-Coating
- Eintauchbeschichtung
- Hypodermic 'Spotting'
Für elektronische Baugruppen, wie beispielsweise voll bestückte Leiterplatten, ist das Tauchen bevorzugt. Das Tauchen muß mittels zweckmäßig gestalteten Vorrichtungen erfolgen, das heißt, daß die Vorrichtung die folgenden Mittel aufweist:
- Mittel zum totalen Eintauchen, auch vertikal, von großen möglicherweise mehrfachen Baugruppen
- Mittel zur vollständigen Rückgewinnung der verdampften PFC-Lösemittel, mittels beispielsweise gekühlter Kondensationsschlangen oder -platten
- Mittel zur möglichen Rotation, Drehung oder Umkehrung von Baugruppen zum Entweichen von Luft
- Mittel zur möglichen automatischen Steuerung beispielsweise der Konzentration während der Beschichtungsprozeß fortschreitet.
Das Trocknen mit einer zweckmäßig aufgebauten Beschichtungsvorrichtung und die Verwendung von niedrig siedenden Lösemitteln geschieht normalerweise innerhalb der Beschichtungsausrüstung durch Lösemittelverdampfung. Die beschichteten Teile sind daher normalerweise staubtrocken und bereit für die weitere Verwendung. Für besonders aggressive Umgebungen, wie
- Spielausrüstungen in Gaststätten (Ethanol)
- Kassenbereiche in Supermärkten (Alkohol, Essigsäure, Bleichensoßen)
- Motorinnenraumelektronik (Glycole, Öle, Salznebel, Alkohole, Benzin)
sollten die luftgetrockneten Baugruppen bis zu 5 Minuten lang auf 40-55ºC erhitzt werden.
Werden höher konzentrierte Lösungen verwendet (z. B. > 8%) ist eine Zwangstrocknungszeit von bis zu 15 Minuten angebracht.
Typischerweise beträgt die Konzentration des Harzes in der Zusammensetzung zwischen 0,4 Gew.-% und 20 Gew.-%, bevorzugterweise zwischen 0,4 Gew.-% und 8 Gew.-%. Das Beschichten von Gegenständen mit diesen Lösungen beispielsweise durch Tauchen erzeugt Dicken von 3-8 · 10&supmin;&sup5; in (0,7-2 um). Weitere Einzelheiten zu den in der vorliegenden Erfindung verwendeten Fluorpolymerharze, werden in der Beschreibung der PCT-Anmeldung WO 94/05498 gegeben, welche die Plastifizierung von Fluorpolymerharzen mit hochsiedenden fluorierten aliphatischen cyclischen Strukturen zur Verbesserung der Schmelzeigenschaften und anderer Eigenschaften der Polymere betrifft.
Der erfindungsgemäß verwendete Perfluorkohlenstoffharz ist typischerweise eines oder mehrere Oligomere, ein Beispiel hierfür wird durch die nachfolgende Formel beschrieben,
worin n 0, 1 oder 2 ist.
Eine aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung hergestellte Beschichtung hat eine sehr niedrige Oberflächenenergie, da das Beschichtungsmaterial nur aus Kohlenstoff und Fluoratomen besteht, mit dem Ergebnis, daß jedwede atmosphärische Feuchtigkeit nicht in der Lage ist, einen zusammenhängenden Film auf deren Oberfläche zu bilden. Eine derartige Beschichtung hat einen vernachlässigbaren Abriebwiderstand und daher ist das Maskieren, wie zuvor beschrieben nicht erforderlich. Wird Perfluorhexan als Lösemittel verwendet, trocknet die Beschichtung sogar an kalten Tagen in weniger als 15 Sekunden und es ist keine Heizung erforderlich, um dies zu erreichen. Sie hat eine niedrige Glasübergangstemperatur und ist daher bei Raumtemperatur und sogar darunter biegsam und bricht nicht beim Biegen.
Weiter oben wurde auf Beschichtungen von elektronischen Baugruppen wie beispielsweise gedruckten Schaltungen verwiesen. Andere Anwendungen (für welche unterschiedliche Konzentrationen in der Zusammensetzung angebracht sein können) umfassen:
1. Als eine flüssige Maske um andere Arten von Beschichtungsmaterial daran zu hindern, Bereiche von elektronischen Vorrichtungen und Komponenten zu erreichen, welche nicht beschichtet werden müssen.
2. Als ein nicht klebendes Coating um die Haftung zwischen inhärent klebrigen Materialien und anderen Bereichen, beispielsweise überschüssiges Klebematerial, zu verhindern und die leichte Entfernung zu ermöglichen.
3. Eine Beschichtung für die Innenseiten von Tintenkartuschen, um die Entfernbarkeit des Inhalts während des Gebrauchs zu maximieren.
4. Als Antigrafittibeschichtung.
5. Zur Beschichtung von Hochspannungsisolatoren gegen Wasserfilme, welche sich während Regen/Schnee bilden.
6. Um Flußmittel daran zu hindern Metallbereiche zu benetzen, welche während Lötprozessen nicht miteinander verbunden werden müssen.
7. Zum Korrosionsschutz von metallischen Gegenständen.
8. Um das Eindringen von Feuchtigkeit in Steinmauern und Ziegelmauern zu verhindern und gegen Eissprengungen von Klinkerfassaden.
9. Um das Eindringen von Feuchtigkeit in Kraftfahrzeugelektronik, Zündkerzen zu verhindern und als ein Feuchtstartspray.
10. Um im Freien verwendbare und seetüchtige elektronische Baugruppen (z. B. Einbruchalarmgeräte, Signallichtanlagen, seetüchtige Navigationsausrüstungen) vor Wasser und Salznebeln zu schützen.
11. Als Grundlage für Antifoulinganstriche von Booten.
12. Um Rauchalarmmelder vor Kontamination durch Filme von kondensierten Kochdämpfen und Fetten zu schützen.
13. Zum Schutz von Büchern und Manuskripten.

Beispiel

Eine Lösung eines Fluorpolymerharzes, hergestellt gemäß der PCT-Anmeldung WO 94/05498 (und den hierin zitierten Druckschriften), wurde durch Lösen einer ausreichenden Menge davon bei Raumtemperatur in Perfluorhexan ("FLUTEC" PP- 1 von BNFL Fluorochemicals Ltd) hergestellt, um eine Lösung von 2% w/w zu ergeben. Die typischen physikalischen Eigenschaften, dieser Lösung sind in Tabelle 1 wiedergegeben.

Tabelle 1

Eigenschaft Meßwert
1. Aussehen Wasserklare bis gelb klare Lösung (konzentrationsabhängig)
2. S. G 1,7 bis 2,1 (konzentrationsabhängig)
3. Oberflächenenergie (trockener Feststoff) 18-19 mNm&supmin;¹
4. Siedepunkt des Lösemittels 56ºC
5. Oberflächenspannung (Lösemittel) 11 mNm&supmin;¹
6. Dampfdruck (Lösemittel) 294 mbar
7. Wasserlöslichkeit
FESTSTOFF Unlöslich
LÖSEMITTEL Unlöslich
8. Schmelzpunkt (Lösemittel) -90ºC
9. Flammpunkt Keiner
10. Biegsamkeit (BS 3900:E11) Kein Brechen oder Ablösen
11. TABER Abriebwiderstand (ASTM D4060) 8u Filmdicke 40% wear nach 150 Cyclen
(250 gr. load CS10 Wheels)
12. Randwinkel - destilliertes Wasser 110ºC
Die Sendeplatine eines "Funkeinbruchsalarmgeräts" wurde entfernt und 3 Sekunden lang in die Lösung getaucht, herausgenommen und getrocknet, die Trockenzeit betrug ca. 10 Sekunden. Die beschichtete Platine wurde in einen Wasserstrahl mit kaltem Wasser gehalten, stark geschüttelt und wieder in das Gerät eingesetzt. Beim Einschalten funktionierte es normal.
Die Widerstandsfähigkeit des Harzes gegenüber einer Reihe gebräuchlicher Chemikalien wurde gemäß dem britischen Standard BS3900, G5, Methode Nummer 3 bestimmt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Tabelle 2 wiedergegeben.

Tabelle 2

Verwendete Chemikalie Ergebnis
Hexan Keine Beschädigung
MIBK Keine Beschädigung
Butylacetat Keine Beschädigung
Dichlormethan Keine Beschädigung
MEK Keine Beschädigung
Propan-2-ol Keine Beschädigung
Mineralöl Keine Beschädigung
Hydraulicöl Keine Beschädigung
10%ige Essigsäure Keine Beschädigung
10%ige NaOH Keine Beschädigung
10%ige HCl Keine Beschädigung
Die elektrischen Eigenschaften des Harzes wurden mittels des beschleunigten SIR- Tests in einer kontrollierten Umgebung durchgeführt. Teststreifen wurden sorgfältig mit einem ICOM 8000 Ionenextraktionsreiniger bis auf eine Oberflächenkontamination von weniger als 0,25 ug NaCl cm&supmin;² gereinigt.
Nach dem Beschichten in unterschiedlich konzentrierten Lösungen des neuen Stoffes wurden die Streifen auf 85ºC und 85% RH konditioniert (langsam, zur Vermeidung von Kondensation).
Der AUTO-SIR wurde programmiert und eine 50 V Rampe über 60 Stunden wurde angewendet und während des Untersuchungszeitraums wurde alle 6 Minuten eine Messung des Stromflusses durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3
Die mikroskopische Untersuchung der Teststreifen ergab, daß sich während des Test keine Dendriten gebildet haben. Das Kammuster der verwendeten Teststreifen hatte eine 250u Lücke zwischen 2 Reihen von 20 Kammsträngen. Die Tatsache, daß Feuchtigkeit die Testoberfläche erreicht, ist solange nicht problematisch, wie die Feuchtigkeitsisolierung der Beschichtung groß genug ist.
Das IVF in Schweden veröffentlichte einen Bericht (Nummer 93803), in welchem 15 herkömmliche Beschichtungen der SIR-Feuchtigkeitstestmethode an zu in diesem Test verwendeten identischen Kammustern untersucht wurden. Die erfindungsgemäße Beschichtung führt zu dem gleichen oder einem besseren Standard als 13 der 15 in diesem Test verwendeten herkömmlichen Beschichtungen.
Neben der ausgezeichneten Lösemittelbeständigkeit, welche in Tabelle 2 dargestellt ist, bleibt das Beschichtungsmaterial im ursprünglichen Lösemittel löslich. Für eine 100%ige Entfernung des Lösemittels kann eine Dampfkondensation (identisch der verwendeten Dampfentfettung) mit dem gleichen Lösemittel verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zum Schutz einer Baugruppe oder Teile davon, umfassend das Auftragen einer Zusammensetzung auf die Baugruppe oder Teile davon, das Trocken oder Trocknen lassen der aufgetragenen Zusammensetzung, um einen dünnen Film eines Harzes auf der Baugruppe oder Teile davon zu hinterlassen, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgetragene Zusammensetzung ein multicyclisches perfluoriertes Cycloalkanharz und ein flüssiges Fluorkohlenstoff- Lösemittel hierfür umfaßt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das perfluorierte Cycloalkan durch Fluorierung von Cycloalkan mittels Fluorgas und einem CoF&sub3;-Katalysator hergestellt ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, worin das Cycloalkan Phenanthren ist.

4. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, worin das flüssige Fluorkohlenstoff-Lösemittel ein Perfluorkohlenstoff ist.

5. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, worin das Lösemittel ein perfluoriertes Alkan oder Cycloalkan ist.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, worin das Lösemittel perfluoriertes n-Hexan oder Perfluordimethylcyclohexan ist.

7. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, worin das Lösemittel einen Siedepunkt im Bereich von 30º-200ºC hat.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, worin das Lösemittel einen Siedepunkt im Bereich von 55º-130ºC hat

9. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, worin die Konzentration des Harzes zwischen 0,4 Gew.-% und 20 Gew.-% liegt.