專利名稱：粉末狀環(huán)氧組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粉末狀環(huán)氧組合物，將其施用于基片時(shí)具有低熔體粘度，從而能形成均勻的涂層，而且對(duì)小縫隙和裂縫具有很好的滲透能力。特別是，本發(fā)明涉及用于該粉末狀環(huán)氧組合物中獲得低熔體粘度的添加劑。
背景技術(shù)：
粉末狀環(huán)氧涂料組合物具有很多應(yīng)用。一種用途是在馬達(dá)領(lǐng)域中。典型的馬達(dá)可以包含許多部件，比如，轉(zhuǎn)子(或電樞)和定子。轉(zhuǎn)子和定子通常包含導(dǎo)線，典型的是銅導(dǎo)線，繞在一個(gè)部件上。繞著的導(dǎo)線通常被稱為“布線”。馬達(dá)或線圈布線技術(shù)通常需要在電絕緣金屬布線上涂覆一個(gè)保護(hù)層，保護(hù)布線防止其受到灰塵，潮氣和化學(xué)品的侵害。在未涂覆狀態(tài)下，絕緣物質(zhì)傾向于變得多孔而且容易吸收潮氣。其中的布線具有很差或被破壞的保護(hù)涂層的馬達(dá)暴露于高濕度環(huán)境中是易受影響的。通常，在常規(guī)使用過(guò)程中被帶入馬達(dá)布線的物質(zhì)是容易吸收潮氣的。這些物質(zhì)不僅會(huì)堵塞馬達(dá)正常通風(fēng)要求的面積，還可能從潮濕空氣中吸收水分。以這種方式被帶入馬達(dá)布線中的潮氣形成流向接地的電流通路。一旦形成這種通路，殘余的碳跡將持續(xù)導(dǎo)通直至出現(xiàn)故障。
本領(lǐng)域一些技術(shù)人員使用環(huán)氧涂層來(lái)保護(hù)金屬布線。比如，美國(guó)專利5747565(Ono等人)公開(kāi)了一種適用于絕緣電氣和電子部件的環(huán)氧粉末涂料組合物。該專利公開(kāi)了一種組合物，包含(A)100重量份的一種混合環(huán)氧樹(shù)脂，具有800-2000的環(huán)氧當(dāng)量，包括(i)一種雙酚A的二環(huán)氧甘油基醚，具有180-2500的環(huán)氧當(dāng)量和(ii)一種橡膠改性的環(huán)氧樹(shù)脂，具有180-2500的環(huán)氧當(dāng)量，通過(guò)一種雙酚A的二環(huán)氧甘油基醚與一種羧基封端的丙烯腈丁二烯共聚物的反應(yīng)制得；(B)一種混合的固化劑，包含(i)0.05重量份的一種咪唑化合物，(ii)0.5-10重量份的二氰基肼和(iii)1-10重量份的一種二羧酸的二酰肼和(C)50-100重量份的二氧化硅。
日本公開(kāi)11-172075公開(kāi)了一種環(huán)氧樹(shù)脂組合物，包含(A)至少60重量％的一種晶狀環(huán)氧樹(shù)脂，(B)一種酚醛樹(shù)脂固化劑，可以是一種雙酚A型環(huán)氧化物，(C)一種熔煉二氧化硅粉末和(D)至少一種硬化加速劑，比如一種咪唑。
日本公開(kāi)07-258384公開(kāi)了一種環(huán)氧樹(shù)脂組合物，包含(A)晶狀環(huán)氧樹(shù)脂，(B)一種雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂型酚醛樹(shù)脂固化劑，(C)一種酚醛清漆樹(shù)脂，(D)雙酚A，和(E)一種咪唑加速劑。
本領(lǐng)域還已知使用一種液體清漆來(lái)涂覆布線。一種典型的過(guò)程包括在布線上噴淋清漆來(lái)涂覆金屬布線。這種過(guò)程比較消耗時(shí)間。而且，清漆通常包含揮發(fā)性有機(jī)組分，使其對(duì)環(huán)境有害。
雖然可以使用上述技術(shù)，但是本領(lǐng)域仍然需要不同的粉末狀環(huán)氧組合物，這些組合物應(yīng)該具有很好的粘合性，同時(shí)在將該組合物施用于基片上時(shí)提供很好的流動(dòng)特性。
發(fā)明概述據(jù)信，這是第一次公開(kāi)將大量多官能苯酚類化合物作為一種粘度改性劑用于粉末狀涂層組合物中。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，本發(fā)明一方面涉及一種粉末狀環(huán)氧組合物，包含(a)約30到40重量％的至少一種晶狀環(huán)氧樹(shù)脂，(b)約10到40重量％的至少一種酚醛可熔樹(shù)脂；(c)約10到40重量％的至少一種多官能支鏈位阻酚。所有百分比都基于組合物總重量?？蛇x該組合物中進(jìn)一步包括小于約1重量％的苯偶姻，不超過(guò)約50重量％的雙酚A封端的環(huán)氧化物，和小于約1重量％的甲基咪唑。
本發(fā)明的粉末狀環(huán)氧化物可以在任何表面上作為保護(hù)涂層。在一個(gè)應(yīng)用例中，該粉末被應(yīng)用于一種加熱的基片上。在與該加熱的基片接觸時(shí)，該粉末熔融，反應(yīng)，并形成一種涂層。在另一個(gè)應(yīng)用例中，先將該粉末熔融，然后施用于基片上。粉末還可以被帶上靜電，然后該帶電的粉末顆粒被吸引至基片上，隨后將其加熱。該粉末狀環(huán)氧化物特別適用于涂覆馬達(dá)線圈中的電機(jī)布線。特別是，該粉末狀環(huán)氧化物可以被用于包裝和密封電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子，用于加固線圈布線，和將線圈連接到轉(zhuǎn)子鐵芯上。該粉末狀環(huán)氧化物還可用于變壓器的線軸繞線中。因?yàn)槠淙垠w粘度低，所以本發(fā)明的粉末狀環(huán)氧化物可以被用作纖維基片的粘合劑。比如，個(gè)人電腦主板的基片中通常包含纏結(jié)纖維，在其浸漬了本發(fā)明粉末狀環(huán)氧化物之后，可以將其彼此固定。
本發(fā)明提供的環(huán)氧涂料具有極佳的重疊剪切，將在下文定義。這種特性特別符合馬達(dá)線圈的要求，能使布線中的各條導(dǎo)線保持彼此絕緣，使導(dǎo)線在使用中與布線分離的可能性降至最低。
該多官能支鏈位阻酚的優(yōu)點(diǎn)是，在施用于加熱基片上時(shí)，起到降低粉末狀涂料粘度的作用，從而在基片上的小裂縫中獲得更好的滲透。而且據(jù)信使用該位阻酚能提高涂層的覆蓋剪切。
與原有技術(shù)相比，本發(fā)明使用了相當(dāng)少的晶狀環(huán)氧樹(shù)脂，這通常是該組合物中較昂貴的組分之一。經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)，以及將該粉末狀環(huán)氧化物應(yīng)用于馬達(dá)線圈過(guò)程所需的短時(shí)間，使本發(fā)明的粉末狀環(huán)氧組合物特別適用于工業(yè)中。
以下詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明組合物的每種組分和制造該組合物的方法。
總的來(lái)說(shuō)，這里所用的晶狀環(huán)氧樹(shù)脂是一種在室溫(22到25℃)下是固體的傳統(tǒng)晶體。該晶狀環(huán)氧樹(shù)脂的含量占該組合物總重量的約25到45重量％，優(yōu)選是約30到40重量％。適用的晶狀環(huán)氧樹(shù)脂具有小于約130的當(dāng)量，優(yōu)選是約115到125，或其150℃的熔體粘度小于約5厘泊，優(yōu)選是約2到3厘泊。更優(yōu)選該晶狀環(huán)氧樹(shù)脂具有約115到125的當(dāng)量，150℃時(shí)的熔體粘度是約2到3厘泊。優(yōu)選該晶狀環(huán)氧樹(shù)脂含有極少或不含低聚物。
一種適用晶狀環(huán)氧樹(shù)脂的說(shuō)明性實(shí)例是如以下結(jié)構(gòu)式所示的氫醌型化合物。這種環(huán)氧樹(shù)脂具有約120的當(dāng)量，150℃時(shí)的熔體粘度是約3厘泊。
酚醛可熔樹(shù)脂和多官能支鏈位阻酚起到固化樹(shù)脂的作用。這里所用的術(shù)語(yǔ)“可熔”是指由苯酚和甲醛在堿條件下反應(yīng)制得的一種縮合產(chǎn)物。適用于實(shí)施本發(fā)明的酚醛可熔樹(shù)脂的說(shuō)明性實(shí)例從Schenectady International，Schenectady，NY購(gòu)得，商品號(hào)是HRJ-1367。該樹(shù)脂含量占該組合物總重量的約10到40重量％，優(yōu)選是約15到35重量％。
這里所用的術(shù)語(yǔ)“多官能支鏈位阻酚”是指選自三官能酚，四官能酚，及其組合的一種酚。除了作為固化劑之外，該多官能支鏈位阻酚還是一種粘度改性劑。適用多官能支鏈位阻芽酚的說(shuō)明性實(shí)例包括從Ciba SpecialityChemicals，Tarrytown，NY購(gòu)得的IRGANOX 1010(四官能)和從Great LakesChemical Co.，Indianapolis，IN購(gòu)得的LOWINOX 1790(三官能)。這種位阻酚的含量占該組合物總重量的約5到40重量％，優(yōu)選是約10到40重量％。因此，據(jù)發(fā)現(xiàn)，通常用量為1％或更少的熱穩(wěn)定劑IRGANOX 1010，在本發(fā)明組合物中的用量可以高達(dá)40重量％，以降低熔體粘度。因?yàn)镮RGANOX 1010是一種四官能支鏈位阻酚，所以據(jù)信它能固化本發(fā)明的組合物，同時(shí)不會(huì)降低覆蓋剪切。另一種益處是IRGANOX 1010具有非常低的環(huán)境毒性，是一種食品級(jí)物質(zhì)。
以下可選組分可以被用于本發(fā)明組合物中。通過(guò)加入一種流動(dòng)活性劑，比如苯偶姻，在將粉末狀環(huán)氧化物施用于加熱基片上形成涂層時(shí)幫助揮發(fā)性氣體的釋放。流動(dòng)活性劑還有助于形成具有最少數(shù)量孔隙的涂層。該試劑還有助于隨酚醛可熔樹(shù)脂均聚發(fā)生的縮合反應(yīng)中水分的揮發(fā)。使用時(shí)，苯偶姻的含量占組合物總重量的1重量％或更少。
雙酚A封端的環(huán)氧化物，一種聚合環(huán)氧化物，是另一種可選組分。使用時(shí)，其含量高達(dá)組合物總重量的約50重量％，優(yōu)選是約35到45重量％。
該環(huán)氧固化樹(shù)脂還能自固化，即，它能在固化粉末涂層時(shí)通過(guò)均聚而反應(yīng)。優(yōu)選使用一種催化劑，使反應(yīng)以一種商業(yè)上可以接受的速度進(jìn)行。一種用于本發(fā)明的優(yōu)選催化劑是2-甲基咪唑，也可以使用咪唑系的其它物質(zhì)，比如，2-乙基-，丙基-，丁基咪唑等。
制造方法可以通過(guò)將樹(shù)脂和固化劑的混合物高溫(比如，＞200°F)擠出成一種均相混合物制造粉末狀樹(shù)脂。然后可以將該混合物研磨成粉碎產(chǎn)物，過(guò)篩獲得要求的粒徑分布。
一種制造本發(fā)明組合物的優(yōu)選方法是，將這些組分裝入配備有冷卻設(shè)備的高剪切攪拌器中。一種適用攪拌器的說(shuō)明性實(shí)例從Micro-Mill Bel-ArtProducts，Pequannock，NJ購(gòu)得。優(yōu)選該攪拌器包含一個(gè)夾套，其中用壓縮空氣(40到60°之間的溫度)作為冷卻劑。攪拌時(shí)間取決于最終要求的粒徑，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該能選擇適當(dāng)?shù)幕旌蠒r(shí)間。
然后使粉末狀環(huán)氧組合物下落在加熱的基片上，即，利用重力來(lái)施用粉末?；蛘?，可以將粉末狀環(huán)氧化物靜電噴涂至基片上。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠掌握其它現(xiàn)有方法，將粉末狀環(huán)氧組合物施用于基片上。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式通過(guò)以下實(shí)例說(shuō)明不同實(shí)施方式和本發(fā)明的詳細(xì)情況。雖然這些實(shí)例起到說(shuō)明目的，但是特定組分和用量以及其它條件和細(xì)節(jié)不應(yīng)被理解為是對(duì)本發(fā)明范圍的過(guò)度限制。除了另有說(shuō)明之外，所有百分比都是重量百分比。
表1縮寫
測(cè)試方法熱板膠凝時(shí)間本測(cè)試方法提供定性結(jié)果。其優(yōu)點(diǎn)是能在短時(shí)間內(nèi)簡(jiǎn)單地完成。為了一致性目的，由一個(gè)人進(jìn)行該測(cè)試。
使用一個(gè)溫度探針，測(cè)試熱板的表面，保證其溫度是約150℃。將0.2克粉末狀環(huán)氧化物倒在熱板表面上。使用一個(gè)木質(zhì)壓舌板，將該粉末攪動(dòng)成約1英寸(2.54厘米)直徑的圓形。當(dāng)粉末熔融時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。使用壓舌板使熔融粉末前后移動(dòng)。當(dāng)該熔融粉末到達(dá)特征膠凝稠度時(shí)，停止計(jì)時(shí)。時(shí)間間隔就是該粉末的膠凝時(shí)間。使用一個(gè)刀片，從熱板上取下固化樹(shù)脂。再重復(fù)測(cè)試兩次，對(duì)三個(gè)讀數(shù)取平均值。本發(fā)明組合物在150℃的膠凝時(shí)間是約60到180秒。
測(cè)試方法壓片流動(dòng)稱取0.5克粉末狀環(huán)氧化物。使用一個(gè)12毫米的沖模與柱塞和一個(gè)空壓機(jī)，將稱重的粉末以47磅/平方英寸壓5秒形成一個(gè)壓片。適用的沖模，柱塞，和空壓機(jī)可以從Janesville Tool&Manufacturing，Inc.(JT&M)，Milton，WI獲得，其產(chǎn)品號(hào)是A-1000系列。對(duì)每個(gè)實(shí)例制備兩個(gè)粉末狀環(huán)氧化物壓片。
用#80粗砂紙磨毛鋼板長(zhǎng)度面(9英寸×2英寸或20.5英寸×5英寸)。所用鋼是軟鋼。用異丙醇清潔磨毛的鋼板并用粗棉布擦去多余的異丙醇。戴上手套，將鋼板在302°F(150℃)下沿其長(zhǎng)度方向傾斜10°放置。將該板在302°F預(yù)熱20分鐘。
使用一個(gè)數(shù)字卡尺，測(cè)量預(yù)制壓片的厚度。將兩個(gè)壓片并排放置在烘箱中的預(yù)熱傾斜鋼板上。20分鐘后，取出該金屬板并測(cè)量壓片流動(dòng)長(zhǎng)度。用下式計(jì)算百分流動(dòng)％流動(dòng)＝(壓片流動(dòng)長(zhǎng)度-壓片直徑)÷(壓片厚度)在上式中，壓片直徑應(yīng)該是12毫米，因?yàn)槭褂?2毫米的沖模制造壓片。本發(fā)明組合物應(yīng)該具有45％或更大的壓片流動(dòng)。
測(cè)試方法覆蓋剪切強(qiáng)度對(duì)于每個(gè)樣品，制備兩個(gè)鋼條(100毫米×15毫米×1.15毫米)。應(yīng)該使用軟鋼。用#120砂紙沿長(zhǎng)度方向磨毛每個(gè)塊的一端。用異丙醇清潔磨毛塊并用粗棉布擦去多余的異丙醇。將所有磨毛并清潔的鋼條置于鋁盤中。將該盤置于200°F烘箱中預(yù)熱20到40分鐘。
將0.17克粉末狀環(huán)氧樹(shù)脂置于一個(gè)稱量皿中。用空壓機(jī)和12毫米沖模與柱塞(80磅/平方英寸，12秒)，按照壓片流動(dòng)測(cè)試方法所述，制造12毫米壓片。從烘箱中取出第一個(gè)條并置于一個(gè)夾具組件的一側(cè)，能方便地使該鋼條固定到位。將該壓片按壓在該條的砂磨表面上。從烘箱中取出第二個(gè)條并置于夾具組件中。將條的磨毛表面壓在一起。用Lion#107夾具將樣品夾在一起，并從夾具組件中取出。將樣品置于一個(gè)鋁盤中，然后在200°F烘箱中放置30分鐘。隨后，將烘箱溫度升高至374°F(190℃)。使樣品在該溫度固化1小時(shí)45分鐘或直至完全固化。從烘箱中取出并使其冷卻至室溫(22到25℃)。
使用Instron進(jìn)行拉伸剪切測(cè)試。在180℃下制備和測(cè)試三個(gè)粉末狀環(huán)氧化物樣品。將樣品沿長(zhǎng)度方向放置在Instron鍔夾中。將熱電偶貼附在較低鍔夾的表面上。當(dāng)溫度計(jì)讀數(shù)在設(shè)定溫度的0.3℃之內(nèi)時(shí)，測(cè)試樣品。測(cè)試三個(gè)樣品，對(duì)每個(gè)樣品取剪切計(jì)算值的平均值。本發(fā)明的組合物在180℃時(shí)應(yīng)該具有50磅/平方英寸或更高的覆蓋剪切強(qiáng)度。
樣品1到3和對(duì)比樣品A到H將表2中都以克為單位列出的全部組分裝入一個(gè)Micro-Mill攪拌器中，并攪拌60秒，制成粉末狀環(huán)氧組合物。用溫度是40到50°F的壓縮空氣冷卻該攪拌器。然后根據(jù)上述測(cè)試方法對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)試。
如表3數(shù)據(jù)所示，對(duì)比例樣品A具有低壓片流動(dòng)，因?yàn)樗墓倌苤ф溛蛔璺覫RGANOX 1010的用量太少(2克)。在對(duì)比例樣品B和C中，覆蓋剪切太小，因?yàn)榉尤┛扇蹣?shù)脂的用量分別是太少和不存在。在對(duì)比例樣品D中，三官能支鏈位阻酚LOWINOX 1790的量太少(2克)。在對(duì)比例樣品E中，覆蓋剪切值太小，因?yàn)槭褂昧艘环N非優(yōu)選的雙官能支鏈位阻酚(Anox 70)。在對(duì)比例樣品F中，覆蓋剪切也太小，因?yàn)槭褂昧艘环N非優(yōu)選的聚合空間受阻酚(LOWINOXCPL)。在對(duì)比例樣品G中，膠凝時(shí)間太短，因?yàn)槭褂昧艘环N非優(yōu)選的晶狀環(huán)氧樹(shù)脂(RSS 1407)。在對(duì)比例樣品H中，壓片流動(dòng)太小，因?yàn)闆](méi)有使用酚醛可熔樹(shù)脂。
表2組合物配方
表3性能結(jié)果
所用引用文獻(xiàn)都全文作為參考。
權(quán)利要求
1.一種粉末狀環(huán)氧組合物，包含(a)約30到40重量％的至少一種晶狀環(huán)氧化物；(b)約10到40重量％的至少一種酚醛可熔樹(shù)脂；和(c)約10到40重量％的至少一種多官能支鏈位阻酚，其中所有重量百分比都基于所述組合物的總重量。
2.如權(quán)利要求1所述粉末狀環(huán)氧組合物，其特征在于所述晶狀環(huán)氧化物具有約115到125的當(dāng)量。
3.如權(quán)利要求1所述粉末狀環(huán)氧組合物，其特征在于所述晶狀環(huán)氧化物具有以下結(jié)構(gòu)式
4.如權(quán)利要求1所述粉末狀環(huán)氧組合物，其特征在于所述酚醛可熔樹(shù)脂是丁基苯酚可熔樹(shù)脂。
5.如權(quán)利要求1所述粉末狀環(huán)氧組合物，其特征在于進(jìn)一步包含小于約1重量％的苯偶姻。
6.如權(quán)利要求5所述粉末狀環(huán)氧組合物，其特征在于進(jìn)一步包含約35到45重量％的雙酚A封端的環(huán)氧化物。
7.如權(quán)利要求6所述粉末狀環(huán)氧組合物，其特征在于在150℃時(shí)具有約60到180秒的膠凝時(shí)間。
8.如權(quán)利要求1所述粉末狀環(huán)氧組合物，其特征在于進(jìn)一步包含小于約1重量％的催化劑。
9.如權(quán)利要求8所述粉末狀環(huán)氧組合物，其特征在于所述催化劑是2-甲基咪唑。
10.如權(quán)利要求1所述粉末狀環(huán)氧組合物，其特征在于所述晶狀環(huán)氧樹(shù)脂在150℃具有小于5厘泊的熔體粘度。
11.如權(quán)利要求1所述粉末狀環(huán)氧組合物，其特征在于所述多官能支鏈位阻酚選自IRGANOX 1010，LOWINOX 1790，及其組合。
12.一種環(huán)氧涂層，包含以下的反應(yīng)產(chǎn)物(a)約30到40重量％的至少一種晶狀環(huán)氧化物；(b)約10到40重量％的至少一種酚醛可熔樹(shù)脂；(c)約10到40重量％的至少一種多官能支鏈位阻酚；和(d)小于約1重量％的苯偶姻，其中所有重量百分比都基于所述組合物的總重量。
13.如權(quán)利要求12所述環(huán)氧涂層，其特征在于所述反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)一步包含約35到45重量％的雙酚A封端的環(huán)氧化物。
14.如權(quán)利要求12所述環(huán)氧涂層，其特征在于在180℃時(shí)具有50磅/平方英寸或更大的覆蓋剪切。
15.一種涂覆電機(jī)布線的方法，所述方法包含以下步驟(a)提供一種粉末狀環(huán)氧組合物，包含(i)約30到40重量％的至少一種晶狀環(huán)氧化物；(ii)約10到40重量％的至少一種酚醛可熔樹(shù)脂；(iii)約10到40重量％的至少一種多官能支鏈位阻酚，和(iv)小于約1重量％的苯偶姻；(b)提供一種電機(jī)布線；(c)將所述電機(jī)布線加熱到至少約150℃；和(d)將所述粉末狀環(huán)氧組合物施用于所述加熱的電機(jī)布線上。
16.如權(quán)利要求15所述方法，其特征在于進(jìn)一步包含在步驟(d)中旋轉(zhuǎn)所述電機(jī)布線的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種粉末狀環(huán)氧組合物，特別適用于涂覆電機(jī)布線。該組合物包含(a)約30到40重量％的至少一種晶狀環(huán)氧化物；(b)約10到40重量％的至少一種酚醛可熔樹(shù)脂；和(c)約1到40重量％的至少一種多官能支鏈位阻酚，其中所有重量百分比都基于所述組合物的總重量。
文檔編號(hào)C09D5/03GK1608109SQ02826221
公開(kāi)日2005年4月20日 申請(qǐng)日期2002年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月27日
發(fā)明者C·R·古爾伯特, N·L·漢森 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司