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基本信息

項(xiàng)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(yīng)用
小類：
能源化工
簡介：
通過分子設(shè)計(jì)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(fù)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(xì)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(jī)、攝相機(jī)和高清晰數(shù)字電視機(jī)等新一代通信與信息終端的最基本構(gòu)成元件。 流延成型自出現(xiàn)以來就用于生產(chǎn)單層或多層薄板陶瓷材料，現(xiàn)已成為生產(chǎn)多層電容器和電感器的支柱技術(shù)。但目前國內(nèi)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(jī)溶劑具有易燃易暴、污染環(huán)境、成本高等缺點(diǎn)，而且對環(huán)境濕度要求苛刻，整個生產(chǎn)過程不允許有任何的水分進(jìn)入體系中，導(dǎo)致工藝復(fù)雜。 出于對安全及環(huán)境保護(hù)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(xiàng)目通過分子設(shè)計(jì)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(fù)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(qiáng)度和韌性適中的流延素膜。

作品圖片

  • 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(yīng)用
  • 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(yīng)用
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  • 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(yīng)用
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

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(nèi)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(diǎn)，而且對環(huán)境濕度要求苛刻，導(dǎo)致工藝復(fù)雜。水基流延成型用水代替有機(jī)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(zāi)，也降低了揮發(fā)性有機(jī)化合物VOC。 本研究通過分子設(shè)計(jì)，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(jié)構(gòu)均勻，高固含量、低粘度，有一定韌性、強(qiáng)度，容易疊層和燒結(jié)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(zhì)。 2.項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn) 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(fù)溶于水再進(jìn)行重新流延利用的水性粘合劑。 3.技術(shù)關(guān)鍵 (1)分子設(shè)計(jì) 該體系的技術(shù)關(guān)鍵為通過合理調(diào)節(jié)各單體的比例進(jìn)行分子設(shè)計(jì)，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(jī)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(shù)指標(biāo) 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?jǐn)?shù)的陶瓷漿料，使其烘制出的流延素片具有表面光滑、結(jié)構(gòu)均勻、強(qiáng)度和韌性合適、容易疊層和燒結(jié)等特點(diǎn)。

科學(xué)性、先進(jìn)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(tuán)，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(diào)整軟、硬和功能單體的比例，能夠制備具有適當(dāng)軟硬程度的丙烯酸酯樹脂。 雖然水性粘合劑除存在容易產(chǎn)生缺陷，干燥效率低的缺點(diǎn)，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(hù)的要求，并且水性粘合劑對流延介質(zhì)的適應(yīng)性較強(qiáng)；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(yùn)用在MLCC的流延成型工藝中，但國內(nèi)仍局限于油基流延和采用進(jìn)口粘合劑進(jìn)行成型研究，且因進(jìn)口粘合劑成本過高尚未得到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)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(jié)果

在2011年華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)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(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品、樣品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)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(qiáng)度和韌性的流延素膜。 2.技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢 水基流延成型以水代替有機(jī)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(chǎn)品的利潤。粘合劑在流延成型中作為一種暫時性成膜物質(zhì)，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(yīng)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(jì)效益預(yù)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(nèi)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(jī)溶劑如甲苯、二甲苯等具有一定的毒性，使生產(chǎn)條件惡化并造成環(huán)境污染，且生產(chǎn)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(chǎn)過程中不允許有任何的水分進(jìn)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(dǎo)致廢品率明顯提高。另外，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)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(jī)溶劑，不利于環(huán)境保護(hù)；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(diǎn)；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(jī)溶劑存在而導(dǎo)致的火災(zāi)，也大大降低了揮發(fā)性有機(jī)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?jǐn)?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(shí)際應(yīng)用，用于生產(chǎn)高層數(shù)、薄介質(zhì)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(yīng)用方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)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(yīng)用于生產(chǎn)中，促進(jìn)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(jìn)口粘合劑，但終因使用進(jìn)口水性粘合劑成本過高，未能得到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。因?yàn)閲膺@種粘合劑的生產(chǎn)技術(shù)處于高度保密狀態(tài)，我國沒有對粘合劑的制備展開研究。
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