基本信息
- 項目名稱：
- 聚丙烯酸酯水性粘合劑的制備及其在多層陶瓷電容器（MLCC）中的應用
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 通過分子設計制備了能與陶瓷粉混合形成穩(wěn)定漿料，可以成功流延成型，干燥后的膜片可復溶于水的聚丙烯酸酯水性粘合劑。分析了乳液性能的影響因素，考察了瓷粉、粘合劑、助劑對漿料配制和流延素坯膜的影響，得到了合適的流延配方。
- 詳細介紹：
- 多層陶瓷電容器(MLCC)是新型表面貼裝元器件的代表性品種，已成為蜂窩式移動電話、筆記本電腦、數(shù)碼相機、攝相機和高清晰數(shù)字電視機等新一代通信與信息終端的最基本構成元件。 流延成型自出現(xiàn)以來就用于生產單層或多層薄板陶瓷材料，現(xiàn)已成為生產多層電容器和電感器的支柱技術。但目前國內外使用最多的油基流延是以甲苯、二甲苯為溶劑的，這些有機溶劑具有易燃易暴、污染環(huán)境、成本高等缺點，而且對環(huán)境濕度要求苛刻，整個生產過程不允許有任何的水分進入體系中，導致工藝復雜。 出于對安全及環(huán)境保護的考慮，社會各界對開發(fā)水基流延，制備環(huán)境友好水性粘合劑越來越重視，水性粘合劑的使用對流延工藝有著不同的要求。 本項目通過分子設計制備了能與陶瓷粉混合形成穩(wěn)定漿料，可以成功流延成型，干燥后的膜片可復溶于水的聚丙烯酸酯水性粘合劑；分析了乳液性能的影響因素，考察了瓷粉、粘合劑、助劑對漿料配制和流延素坯膜的影響，得到了合適的流延配方，制備了均勻分散、強度和韌性適中的流延素膜。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 1.研究目的和基本思路 流延成型是薄片陶瓷材料的一種重要成型，但目前國內外使用的油基流延是以甲苯等為溶劑的，具有易燃易爆、污染環(huán)境、成本高等缺點，而且對環(huán)境濕度要求苛刻，導致工藝復雜。水基流延成型用水代替有機溶劑，水溶性高分子為粘合劑，不僅可以降低成本和避免火災，也降低了揮發(fā)性有機化合物VOC。 本研究通過分子設計，合成滿足不同粉體需要的聚丙烯酸酯水性粘合劑。通過研究水基流延成型工藝的影響因素，優(yōu)化漿料配制工藝，制備出表面光滑、結構均勻，高固含量、低粘度，有一定韌性、強度，容易疊層和燒結的流延素片，并使其廢膜片溶解后具有可再流延加工的性質。 2.項目創(chuàng)新點 用丙烯酸酯類單體通過乳液聚合制備能與陶瓷粉均勻分散并成功流延成型，干燥后的膜片可復溶于水再進行重新流延利用的水性粘合劑。 3.技術關鍵 (1)分子設計 該體系的技術關鍵為通過合理調節(jié)各單體的比例進行分子設計，合成出符合流延工藝要求和廢膜片回收溶解要求的水性聚丙烯酸酯粘合劑。 (2)助劑的選擇 由于水分子是極性分子，與有機物之間存在著相溶性問題，因此要求這些助劑具有良好的水溶性或能夠在水中形成穩(wěn)定乳濁液以保證形成均一穩(wěn)定的漿料。 4.主要技術指標 本研究中要求制備出具有一定存儲穩(wěn)定性的聚丙烯酸酯乳液，并用其制備均勻分散，流動性適宜，適合流延成型的高固相體積分數(shù)的陶瓷漿料，使其烘制出的流延素片具有表面光滑、結構均勻、強度和韌性合適、容易疊層和燒結等特點。
科學性、先進性
- 聚丙烯酸酯水性粘合劑通過單體的聚合制備，常用的硬單體有（甲基）丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、醋酸乙烯酯等。功能單體是指帶有各種官能團，能與上述軟硬單體共聚的烯類單體，如（甲基）丙烯酸、丙烯酸-β-羥乙酯、丙烯酸-β-羥丙酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸縮水甘油酯等。單體所含有的羧基能夠和氨水成鹽，使聚合物獲得水溶性。通過合理調整軟、硬和功能單體的比例，能夠制備具有適當軟硬程度的丙烯酸酯樹脂。 雖然水性粘合劑除存在容易產生缺陷，干燥效率低的缺點，但其分子量分布范圍較寬，玻璃化溫度低，VOC含量極低，符合環(huán)境保護的要求，并且水性粘合劑對流延介質的適應性較強；水性粘合劑粘度低，可以提高瓷粉固含量，提高生坯密度。 目前，國外已經(jīng)具有專門的聚丙烯酸酯水性粘合劑商品運用在MLCC的流延成型工藝中，但國內仍局限于油基流延和采用進口粘合劑進行成型研究，且因進口粘合劑成本過高尚未得到產業(yè)化應用，我國還沒有對這種水性粘合劑的制備展開研究。
獲獎情況及鑒定結果
- 在2011年華南理工大學材料科學與工程學院第一屆材料創(chuàng)新大賽中獲三等獎。
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產品、樣品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 1.使用說明 將自制聚丙烯酸酯水性粘合劑與一定量的陶瓷粉混合，再加入適量匹配的成膜助劑制成均勻穩(wěn)定的陶瓷漿料后，通過流延成型工藝制出具有一定強度和韌性的流延素膜。 2.技術特點和優(yōu)勢 水基流延成型以水代替有機溶劑，以水溶性高分子為粘合劑，符合環(huán)保的要求，還可降低成本，提高產品的利潤。粘合劑在流延成型中作為一種暫時性成膜物質，對球磨、流延成型、層壓切割、排膠幾個環(huán)節(jié)有重要影響。同PVB體系不同的是，水基流延成型可采用一步球磨法，也可采用兩步球磨法，甚至可以在瓷粉制備過程中，瓷漿球磨完畢直接加入粘合劑和相應的助劑，減少了干燥環(huán)節(jié)。而PVB體系一般采用兩步球磨法，粘合劑在第二步加入，并且完全不能夠有水分的存在。 對比溶劑型粘合劑，水性粘合劑除具有對環(huán)境無污染，易清洗，安全等優(yōu)勢，還具有明顯的成本優(yōu)勢。 3.推廣前景及經(jīng)濟效益預測 我國目前市場上還沒有此類水性粘合劑，開發(fā)的水性粘合劑可使流延成本大大降低，具有很高的研究價值。
同類課題研究水平概述
- 國內外使用最多的非水基流延成型以甲苯、二甲苯為溶劑，聚乙烯醇縮丁醛（PVB）為粘合劑的流延成型體系。其不足之處在于所使用的有機溶劑如甲苯、二甲苯等具有一定的毒性，使生產條件惡化并造成環(huán)境污染，且生產成本較高。目前PVB體系流延成型對環(huán)境的濕度要求苛刻，整個生產過程中不允許有任何的水分進入體系中，否則直接造成膜片的缺陷以及電容器性能的下降。南方氣候潮濕，導致廢品率明顯提高。另外，在生產過程中產生的廢膜片的回收以及球磨罐的清洗都采用大量的甲苯，尤其球磨罐的清洗經(jīng)常用到三氯乙烯，都是毒性較高的有機溶劑，不利于環(huán)境保護；水基流延成型體系以水作溶劑，水溶性高分子為粘合劑，具有不燃、無毒、成本低等優(yōu)點；使用水作溶劑不僅可以降低涂料的成本和施工中由于有機溶劑存在而導致的火災，也大大降低了揮發(fā)性有機物（VOC）的排放，而且漿料粘度低，使用合適的分散劑可大大提高漿料的固相體積分數(shù)，有利于提高生坯密度。 目前，國外聚丙烯酸酯水性粘合劑在MLCC的流延成型工藝中得以實際應用，用于生產高層數(shù)、薄介質MLCC。美國、日本在水基流延成型和專用水性粘合劑的研究和應用方面遠遠領先于中國的發(fā)展水平，不但具有專門的商品，并且已經(jīng)應用于生產中，促進了電子陶瓷三大元器件的發(fā)展。我國在水基流延成型和MLCC方面僅有的研究局限于采用進口粘合劑，但終因使用進口水性粘合劑成本過高，未能得到產業(yè)化應用。因為國外這種粘合劑的生產技術處于高度保密狀態(tài)，我國沒有對粘合劑的制備展開研究。
