專利名稱：聚合物厚膜包封劑和穩定性增強的ptc碳體系的制作方法
技術領域：
本發明涉及聚合物厚膜包封劑組合物。由該組合物制成的包封劑能夠在各種電子應用中用于保護電氣元件，尤其是用于包封自調節加熱器電路中適用的正溫度系數碳電阻器。
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背景技術：
包封劑已被用于保護電氣兀件。例如，在汽車鏡加熱器和座椅加熱器中，正溫度系數(PTC)電路通常被用作自恒溫電路。它們用于代替外部恒溫器。雖然它們已被用于此類應用多年，但由于電阻轉變穩定性、電源開/關循環不一致性以及對環境的靈敏性，PTC電路的性能通常具有性能問題。所有這些問題會對功能化PTC電路具有負面影響。本發明的目的之一是減輕這些問題并生產具有更強穩定性的更高效并且可靠的PTC電路。發明概沭·本發明涉及聚合物厚膜包封劑組合物，所述包封劑組合物包含(a)第一有機介質，所述第一有機介質包含30-60重量％的溶解于第一有機溶劑中的熱塑性含氟聚合物樹脂，其中重量百分比是基于第一有機介質的總重量計的；和(b)第二有機介質，所述第二有機介質包含10-50重量％的溶解于第二有機溶劑中的丙烯酸類樹脂，其中重量百分比是基于第二有機介質的總重量計的。在一些實施方案中，熱塑性含氟聚合物樹脂為聚偏二氟乙烯均聚物或基于聚偏二氟乙烯的共聚物。在一個此類實施方案中，熱塑性含氟聚合物樹脂為聚偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物。一些實施方案的丙烯酸類樹脂為異丁烯酸甲酯共聚物。本發明還涉及使用該包封劑形成PTC加熱器電路中的包封劑，具體地，鏡加熱器和座椅加熱器應用中的PTC電路中的包封劑。本發明提供了包含此類包封劑的加熱器。已發現該包封劑改善PTC電路的穩定性。發明詳沭本發明涉及聚合物厚膜包封劑組合物，該組合物用于形成電路中的包封劑，具體地，PTC加熱電路中的包封劑。將包封劑層印刷到活性PTC碳電阻器上并干燥以包封并保護PTC電阻器。聚合物厚膜(PTF)包封劑組合物由兩種有機介質構成，每一種均包含聚合物樹脂和溶劑。另外，可添加粉末和印刷助劑以改善組合物。有機介質第一有機介質由溶解于第一有機溶劑中的熱塑性含氟聚合物樹脂構成。含氟聚合物樹脂必須對電氣元件(例如PTC碳層和下面的基底)均達到良好的粘附性。它必須與電氣元件兼容，并且不對電氣元件的性能產生不利影響。在一個實施方案中，熱塑性含氟聚合物樹脂為第一介質總重量的30-60重量％。在另一個實施方案中，熱塑性含氟聚合物樹脂為第一介質總重量的35-55重量％，并且在另一個實施方案中，熱塑性含氟聚合物樹脂為第一介質總重量的47-53重量％。在一些實施方案中，熱塑性含氟聚合物樹脂為聚偏二氟乙烯均聚物或基于聚偏二氟乙烯的共聚物。一種此類基于聚偏二氟乙烯的共聚物為聚偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物。第二有機介質由溶解于第二有機溶劑中的丙烯酸類樹脂構成。在一個實施方案中，丙烯酸類樹脂為第二介質總重量的10-50重量％。在另一個實施方案中，丙烯酸類樹脂為第二介質總重量的20-40重量％，并且在另一個實施方案，丙烯酸類樹脂為第二介質總重量的25-35重量％。在一個實施方案中，丙烯酸類樹脂為異丁烯酸甲酯共聚物。通常通過機械混合向有機溶劑中加入聚合物樹脂以形成介質。適用于聚合物厚膜組合物的溶劑是本領域技術人員已知的，包括乙酸酯和萜烯，如卡必醇乙酸酯和a-或
萜品醇，或它們與其它溶劑的混合物，其它溶劑如煤油、鄰苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、己二醇和高沸點醇以及醇酯。此外，可包含揮發性液體以促進在涂覆到基底上之后快速硬化。在本發明的多個實施方案中，溶劑可使用例如乙二醇醚、酮、酯和擁有相似沸點(在180°C至250°C的范圍內)的其它溶劑、以及它們的混合物。對這些溶劑
和其它溶劑的各種組合進行配制以達到所需的粘度和揮發性要求。所用溶劑必須使樹脂溶解。第一溶劑和第二溶劑可不同或可相同。通常，第一介質為PTF包封劑組合物的總重量的70-97重量％，第二介質為PTF包封劑組合物的總重量的3-30重量％。在一個實施方案中，第一介質為PTF包封劑組合物的總重量的80-96重量％，第二介質為PTF包封劑組合物的總重量的4-20重量％。盤志可向PTF包封劑組合物中加入各種粉末以改善粘附性、修改流變學并提高低剪切粘度，從而改善印刷適性。一種此類粉末為熱解法二氧化硅。PTF包封劑組合物的施用通常將PTF包封劑組合物(也稱為“漿料”)沉積到對氣體和水分不可滲透的基底上，如聚酯。基底也能是由塑料片與沉積在其上面的任選的金屬或介電層的組合組成的復合材料片。通常通過絲網印刷完成PTF包封劑組合物的沉積，但能夠使用其它沉積技術，如孔版印刷、注射式滴涂或涂覆技術。在使用絲網印刷的情況下，篩網的目尺寸控制沉積的厚膜的厚度。一般來講，厚膜組合物包含賦予組合物適當電功能性質的功能相。功能相包含分散在有機介質中的電功能粉，所述有機介質充當用于功能相的載體。一般來講，焙燒組合物以燒盡有機介質的聚合物和溶劑，并賦予電功能性質。然而，就聚合物厚膜而言，有機介質的聚合物部分在干燥后保留為組合物的整體部分。焙燒之前，加工要求可包括任選的熱處理，如干燥、固化、回流以及厚膜技術領域的技術人員已知的其它處理。在除去所有溶劑所需的溫度下將PTF包封劑組合物加工一段時間。例如，通過在140°C的熱量中暴露通常10-15分鐘來干燥沉積的厚膜。PTC加熱電路PTF包封劑組合物的一個用途是PTC加熱電路中的PTC電阻器的包封劑。在一個實施方案中，這種PTC電阻器由PTC炭黑構成。一種此類炭黑電阻器公開于Dorfman的US5,714, 096中。這種PTC炭黑電阻器通過絲網印刷正溫度系數組合物形成，所述組合物包含⑴15-30重量％的炭黑，其具有約125cc/100g炭黑或更小的DBP吸收值；
(ii) 10-40重量％的氯化馬來酸酐接枝聚丙烯樹脂；和(iii)能夠使樹脂溶解的有機介質，其中加熱組合物以除去有機介質，從而形成正溫度系數碳電阻器。然后將PTF包封劑組合物絲網印刷到PTC碳電阻器上以使其包封正溫度系數碳電阻器，并且干燥以形成包封劑。如Dorfman的US 5，714，096中指出，優選低結構炭黑。用于定量低結構的常用測試為鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)油吸收值，以每100克炭黑吸收的油的cc數量度。實施例I按照以下方式制備PTF包封劑組合物。通過將50. 0重量％ JCYNAR* 9301 (得自Arkema Inc. (Phila. , Pa.))聚偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物樹脂與50. 0重量％卡必醇乙酸酯(得自Eastman Chemical, (Kingsport, Tenn.))有機溶劑混合,制備第一 有機介質(介質A)。樹脂的分子量為大約20，000。將該混合物在90°C下加熱1-2小時以溶解所有樹脂。通過將30. 0% Livacitek 2008丙烯酸類樹脂(得自ICI Acrylics, Inc.，現在為Lucite International, Inc.), 一種異丁烯酸甲酯樹脂,添加到卡必醇乙酸酯和￠-職品醇有機溶劑的50/50混合物中來制備第二有機介質(介質B)。將該混合物在90°C下加熱并攪拌1-2小時以溶解所有樹脂。將兩種介質按下面所示重量％比率混合。同樣按所示重量％添加熱解法二氧化娃(得自Cabot Corp. (Boston, Mass.))、娃氧燒印刷助劑和附加的卡必醇乙酸酯溶劑。基于組合物的總重量計，所述組合物為
86.04錄％介質A
5.81介質B
0.93熱解法二氣化硅
0.24硅氣烷印刷助劑
6.98f必醇乙酸酯溶_將該組合物放入行星式攪拌器中混合30分鐘。然后將該組合物轉移到三輥磨，在此使其經過一個150psi的通道以產生PTF包封劑組合物。然后按如下方法制造PTC電路。使用280目不銹鋼篩網，采用DuPont銀漿5064 (E. I. DuPont (ffilmington, Del.))印刷一系列互相交叉的銀線的圖案。在加壓氣流箱式爐中，將圖案化的線在140°C下干燥15分鐘。然后，采用DuPont產品7282PTC碳(DuPont (ffi lmington, Del.))疊印標準PTC電路圖案以形成較寬的幾何形狀電阻器，該電阻器具有互相交叉的5064銀端。這是使用280目不銹鋼篩網印刷的。在加壓氣流箱式爐中，將PTC碳在140°C下干燥15分鐘。最后，使用如上所述相同篩網將包封劑組合物絲網印刷到PTC圖案上，并在140°C下干燥15分鐘。將電路保持在90°C下24小時后，測量PTC電路的電阻轉變并將結果示于表I中。還測得了電力循環轉變。通過施加12伏特15分鐘，然后移除電源45分鐘，來實現電力循環。每小時重復一次該循環，并在電源開啟周期測量平衡溫度。結果示于表I中。比較實施例I完全按實施例I所述制備PTC電路。唯一的區別在于未使用包封劑組合物。該PTC電路的特性總結于表I中。
表I
權利要求
1.聚合物厚膜包封劑組合物，包含 (a)第一有機介質，所述第一有機介質包含30-60重量％的溶解于第一有機溶劑中的熱塑性含氟聚合物樹脂，其中所述重量百分比是基于所述第一有機介質的總重量計的；和 (b)第二有機介質，所述第二有機介質包含10-50重量％的溶解于第二有機溶劑中的丙烯酸類樹脂，其中所述重量百分比是基于所述第二有機介質的總重量計的。
2.權利要求I的聚合物厚膜包封劑組合物，其中所述熱塑性含氟聚合物樹脂為聚偏二氟乙烯均聚物或基于聚偏二氟乙烯的共聚物，并且所述丙烯酸類樹脂為異丁烯酸甲酯共聚物。
3.權利要求2的聚合物厚膜包封劑組合物，其中所述熱塑性含氟聚合物樹脂為聚偏二 氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物。
4.權利要求I的聚合物厚膜包封劑組合物，還包含熱解法二氧化硅。
5.正溫度系數加熱電路,包含由如權利要求1-4的任一項中所述的包封劑組合物形成 的包封劑。
6.具有正溫度系數加熱電路的加熱器，所述正溫度系數加熱電路包含由如權利要求1-4的任一項中所述的包封劑組合物形成的包封劑。
7.權利要求6的加熱器，其呈鏡加熱器或座椅加熱器的形式。
8.權利要求7的加熱器，所述正溫度系數加熱電路包含正溫度系數組合物，所述正溫度系數組合物包含 (i)15-30重量％的炭黑，所述炭黑具有約125cc/100g炭黑或更小的DBP吸收值； (ii)10-40重量％的氯化馬來酸酐接枝聚丙烯樹脂；和 (iii)能夠溶解所述樹脂的有機介質，其中所述組合物已被加熱以除去所述有機介質，從而形成正溫度系數碳電阻器，并且其中所述包封劑包封所述正溫度系數碳電阻器。
全文摘要
本發明涉及聚合物厚膜包封劑組合物，所述組合物包含溶解于有機溶劑中的熱塑性含氟聚合物樹脂和丙烯酸類樹脂。在足以除去所有溶劑并形成包封劑的時間和能量下，加工所述沉積的包封劑組合物。本發明還涉及使用所述包封劑組合物以在PTC加熱器電路中形成包封劑，并且具體地在鏡加熱器和座椅加熱器應用中。
文檔編號H01C1/034GK102812082SQ201180014704
公開日2012年12月5日 申請日期2011年4月20日 優先權日2010年4月21日
發明者V·阿蘭西奧, J·R·多爾夫曼 申請人:E·I·內穆爾杜邦公司