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電気絶縁用水系一液型ウレタン樹脂の開発

当社の水系ウレタン樹脂は、非反応 型と反応 型に表1 エイムフレックスWF-112の一般性状大別している（ 図 3）。 非反応型水系ウレタン樹脂は、

項 目

エイムフレックス
WF-112

成 分

ウレタン樹脂水分散体

外 観

乳白色液体

固形分［ ％］

45-55

粘度 /25℃［ mPa･s］

100 -300

蛍光剤配合

有り

塗布方法

スプレー、浸漬、刷毛塗り用 途

電子基板、センサー

ウレタン樹脂の乳化物である。反応型水系ウレタン樹

脂は、ポリオールとポリイソシアネートの反応によって生成した末端のイソシアネート基をブロック剤で保護モノをインターネットにつなげるIoTの国内市場は2016 年では約5兆円であったが、2021年には約11兆円し乳化したものである。 さらに、これらは水への乳化

さまざまな家電がIoTの市場対象となり、今後電気製品の市場も拡大していくことが予想できる。さらに人工脂を界面活性 剤にて強制的に乳化したものが強制乳の市場を創生すると言われている 1）。パソコン、タブレット、スマートフォンはもとより、照明、エアコンなどの知能や自動運転の市場も拡大していくことから電子部品の需要も増加していくことが考えられる 。このことか
2）

ら今後、電子部品やセンサー部品の基板を保護することがますます重要となる。本稿では、電子部品などの基板を保護する電気絶縁用のコーティング向けに開発した、水系一液型ウレタン樹脂の技術について述べる。

方法によって、細分化している。 疎水性のウレタン樹化型である。 アニオン性・カチオン性・ノニオン性な

どの親 水基または親 水性セグメントを付与したウレタン樹脂を乳化したものが自己乳化型、溶解したものが3）水溶性型である。

表 2 エイムフレックスWF-112の塗膜特性

水系ウレタン樹脂は薄膜コーティングが可能だが、1. 水系化が求められる電気絶縁用コーティング材電気埃湿気応力

電気絶縁性や耐湿熱性はあまり良くない。そこで当社

ガスが保有している電気絶縁材料 エイムフレックス®の技術 4 ）と、水系ウレタン樹脂 スーパーフレックス®の薄膜

1.1 電気絶縁用コーティング材

電子 部 品や セン サ ー 部 品 などの 基 板を 保 護 する

コーティング材としてウレタン樹脂が使用されている。

電ウレタン樹脂は、ウレタン結合を有する高分子化合物の総称であり、一般的には活性水素化合物を含むポリオール成分と、イソシアネート基を有するポリイソシアネート成分の重付加反応から得られる（ 図1）。

コーティング技術を融合し、薄膜で電気絶縁性に優れング 材
コーティ
気絶 縁用た水系一液型ウレタン樹脂の開発を行った 5 ）。

強制乳化型
電子基板

非反応型

図 2 電気絶縁用コーティング材の役割

ウレタン樹脂自体に難燃性を持たせたり、放熱性にHOOHOCNOHHOOCN

ポリオール成分

樹脂液を流して硬化させる注型材料を使用することがNCOて硬化する時間が必 要であるため作業時間がかかる多い。しかしポリオールとポリイソシアネートが反応し場合がある。 作業時間の短縮や軽量化が必要な場合

ポリイソシアネート成分

は刷毛塗りやスプレー塗布ができる一液型を使 用し、表面を薄くコーティングする方法が有効である。

OO

N H-O

N H-OOO

ウレタン結合図1 ウレタン反応の概念図

ポリオール成分やポリイソシアネート成分の組み合わせによりさまざまな機能や性能、性状を持つウレタン樹脂が得られる。極性の小さいポリオール成分など原料の選定によって、ウレタン樹脂は電気を通しにくい絶縁体を構築することができる。また、埃や湿気など外的因子から電気・電子部品の電子基板を保護し、耐久性を向上させることができる（ 図 2 ）。

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第一工業製薬 社報 No. 582 拓人 2017 秋

強制乳化型
反応型

自己乳化型

付与する場合には、基板ケース中に二液型の混合した

NCO
NCOOH

水溶性型

水系ウレタン樹脂よって電子部品の発熱を低減したりするなどの役割を自己乳化型

水溶性型
図 3 当社の水系ウレタン樹脂の分類

2. 電気絶縁用水系一液型ウレタン樹脂
エイムフレックスWF-112
ウレタン樹脂の骨格を種々検討することで、水系ウ1. 2 水系一液型ウレタン樹脂

レタン樹脂の課題であった電気 絶 縁性、耐 湿熱性を脂は反応の終了したウレタン樹脂が水に分散している

下、WF-112 ）を開 発した（ 表1、表 2 ）。 次にWF-112

ウレタン樹脂を乳化させて得られる水系ウレタン樹改善することに成功し、エイムフレックスWF-112（ 以ため、薄くコーティングするには有効である。 さらにの特長を示す。

来から電気 絶 縁用コーティング材には主に溶 剤希釈【 エイムフレックスWF-112の特長 】

溶剤の揮発による臭気の発生や、引火の可能性による❷ 水系一液型の非反応型で取り扱いが容易

法令の面から揮発 性有機 化合 物（ VOC ）の規制も進❹ 低温域での耐脆性特性が良好

一液 型のため作業 効率が良いという利点がある。 従型の材料が使 用されている。 しかし、溶剤希釈 型は製造現場の作業環境の課題がある。 さらに昨今ではみつつあり、コーティング材の水系化がますます求められる傾向になっている。

❶ 電子基板やセンサーなどの電気絶縁用コーティング材に最適❸ 引火性が無い（ 消防法危険物 非該当 ）❺ 高い接着性❻ 高い電気絶縁性

エイムフレックス
WF-112項 目
外観
密度［ g/㎤］
硬度 /25℃［ type D］
引張強度［ MPa］
伸び［ ％］
引裂強度［ N/㎜］
引張せん断強度［ AL］［ MPa］

透明
1.05020200901.2

体積固有抵抗［Ω･㎝］
誘電率［1MHz］
誘電正接［1MHz］［ ％］絶縁破壊電圧［ kV/㎜］
線膨張率［ ppm］
難燃性［ UL-94］＊1、＊2
Tg［ ℃］

1×10152.41.249150HB- 47

2.1 乾燥性

WF-112の塗布方法と乾燥時間のデータについて表3に示す。WF-112は刷毛塗り・浸漬の場合はDr y膜厚約10μmで塗布した際、乾燥時間は 25℃で約 30 分～120 分と水系ウレタン樹脂としては比 較的早く乾燥できた。またスプレーマシンで塗布することで乾燥時間は 25℃で 7分～15分に短縮ができた。 さらに送風による乾燥を併用すると乾燥時間は 25℃で 5分～10 分と大幅に短縮することができた。

表 3 エイムフレックスWF-112 の塗布方法と乾燥時間
乾燥温度［℃］

乾燥時間［ 分］
スプレー塗布
刷毛塗り・浸漬
スプレー塗布+送風乾燥（Dry膜厚10μm）（Dry膜厚40μm）（Dry膜厚40μm）

80

3-101-21-260

10 -302-51-22530 -120

7-155-10※固形分：50%※送風条件：2.0m/s

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スプレーマシンコーティング材料
蒸発

水

電子基板

スプレーで塗布（白濁）

セロハンテープ

蒸発水

一部の水が蒸発し粒子間距離が近くなる。
（白濁）

被着体
フィルム形成粒子同士が、融着しフィルムになる。
（透明）

さらに水が蒸発し粒子間距離が近くなりやや融着。
（白色）

0
被着体にコーティング材料を塗布し乾燥した後、カッターナイフで碁盤目状に100目切り込みを入れる。
その上からセロハンテープを圧着させ、テープの端を60°で引きはがす。

図 4 スプレー塗布と乾燥についての模式図

スプレ ー塗 布と乾 燥についての模 式 図を図 4 に示る。 電子 基 板などの被着 体に塗着した際には、水分そのため室温では塗 膜が10 分 程 度で指 触乾 燥する。

さらに加熱乾燥させれば数分で指触乾燥し、溶剤系コーティング材と遜色無い乾燥時間を示した。

またWF-112には蛍光 剤を配合しており、ブラックライトを当てると発光するため、塗布状態を目視で確認することで、塗り漏れを防ぐことができる（ 図 5）。

耐溶剤性
アセトン

溶剤一液型

エイムフレックス
WF-112シリコーン系樹脂（ 市販品 ）

面積増加率［%］21

膨潤大

重量増加率［%］31膨潤大

溶剤（アセトン）に24時間浸漬、初期（40×20×0.1mｍ）を0％とした増加率を示す。

2. 3 低温特性

クロスカット法により接着性試験を行った結果を表6に示す。基板構成材料である、市販のFR4ガラスエポキ
シ基板、アルミ板、銅板にDry膜厚50μｍで塗布、乾燥後、セロハンテープを引きはがした（図6）。溶剤一液型

アクリル系樹脂は被着体に残った目数が市販のFR4ガラが低くなる。このことからハンダ、実装部品への負荷える。

アクリル系 樹脂は Tgが50℃と高く、低 温特 性に劣る。 シリコーン系 樹 脂 で は Tgは-120℃ で はあるが、かい特性のフレキシブル基板への適用も可能である。

表 6 接着試験結果

耐熱性、耐湿熱性も良好であることから、家電、セン

被着体

水系一液型

溶剤一液型

エイムフレックス
WF-112アクリル系樹脂（ 市販品 ）

FR4ガラスエポキシ基板（市販品）

100/100

90/100アルミ板（ 市販品 ）100/100

18/100銅板（ 市販品 ）100/100

28/100

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水系一液型
項 目
密度［ g/㎤］

過後においても樹脂が溶解することなく高い電気絶縁

溶剤一液型

エイムフレックス アクリル系樹脂 シリコーン系樹脂
WF-112（ 市販品 ） （ 市販品 ）
1.0

1.0

性能を有していることが分かる。
1×10171.1

伸び［ ％］

20020060Tg［ ℃］- 47

50-120レタン樹脂では高分子量化した樹脂が水に分散してい体積固有抵抗［Ω･㎝］

1×1015

1×1015

1×1015110

180320透湿度［ g/㎡］

WF-112の 経 時 抵 抗 変 化 の グ ラフ を 図 7に 示 す。

また85℃×85％ RHの高温 高湿 下 で、3, 0 0 0 時 間 経

表 5 樹脂塗膜のガラス転移点（ Tg ）の比較ことが分かる。 これは、溶剤一液 型の樹脂では比 較

第一工業製薬 社報 No. 582 拓人 2017 秋

被着体に残った目数 /初期クロスカットの目数《 参考文献 》

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剤性のよい強靭な塗膜を形成することができる。の車載分野へ展開していく。

120℃、135℃の高温下では、1015 Ω以上を維持した。

も適しているといえる。

11るためである。 このことからWF-112は乾燥後に耐溶代替品や、一層の耐熱性などが求められる自動車など

UL： Underwriters Laboratories Inc. アメリカ保険業者安全試験所
UL-94 規格： 装置及び器具部品のプラスチック材料燃焼性試験で、		 材料の燃えにくさの度合いを表す規格

20

的低分子量の樹脂が溶剤に溶解している一方、水系ウの改良により、耐熱性に優れているシリコーン樹脂の2. 5 電気絶縁性

引張強度［ MPa］あるシリコーン系樹脂に比べて耐溶剤性に優れている

今後の技術開発の方向性としては、さらなる耐熱性評価方法：JIS K 560 0 -5- 6に基づき接着試験を行った。
（ カットの間隔は 2mm）

体積固有抵抗WF-112は溶剤一液型の電気絶縁用コーティング材でサー部品、産業機械など幅広い分野での活用が考えられる。

用される電子部品向けにおいてシリコーン系樹脂よりアセトンで の耐 溶 剤 性 試 験 結 果を表 4 に示す。 ア

一液型の市販品シリコーン系樹脂では大きく膨潤した。

乾燥性、耐溶剤性、低温特性、接着性、電気絶縁性、＊JIS K 5600-5-6：塗料一般試験方法、第5部 塗膜の機械的性質、第6節 付着性（クロスカット法）

2. 2 耐溶剤性が 21％、重量増加率が 31％であったのに対して、溶剤発が進んでいる、曲げたり折ったりできる薄くて柔ら透湿度が 320 g/㎡と高く、湿度を通しやすいという結果であった。WF-112で は110 g/㎡ であり、屋 外で 使セトンに 24 時 間 浸 漬した後で WF-112は面積増加率一液型と遜色無い程度に乾燥性を向上できた。 物性

た目数が100であり、接着性に優れていることが分かる。

銅板では28と剥離が多くみられたが、WF-112では残っトショックをうける電気・電子部品を破壊する可能性がかかりにくく、低 温域での使 用にも適しているといエイムフレックスWF-112は水系一液型の電気絶縁用コーティング材であり、スプレー塗布によって溶剤面でも引張強度や伸びが優れていることから、近年開WF-112 はガラス転移点（ Tg ）が - 47℃と低 温であめ、実用温度範囲での弾性変化は起こりにくく、ヒー3. おわりにスエポキシ基板では90、市販のアルミ板では18、市販のる（ 表 5 ）。 温 度 変 化による性 状 の 変 化 が 少ないた

図 5 ブラックライトで塗布状態を確認している様子

被着体に全く残らない状態
被着体に65目残った状態
被着体に100目全て残った状態（セロハンテープへ全て転着） （セロハンテープへ35目転着） （セロハンテープへは転着せず）

2.4 接着性水系一液型
項 目のうち50％ 近くが蒸発し、融着が起こりやすくなる。

100

図 6 クロスカット法
表 4 耐溶剤性試験

す。 スプレー塗布することで、塗布中に水分が蒸発す

65[Ω・cm]1）日本経済新聞電子版ニュース 2017年2月20日
2）平成 28年版 科学技術白書  文部科学省
3）第一工業製薬株式会社 社報 拓人、No.548、p.12～16（2009）4）第一工業製薬株式会社 社報 拓人、No.573、p.11 ～14（2015）5）第一工業製薬株式会社 社報 拓人、No.568、p.14～15（2014）

135℃

1×1016
1×10《 用語説明 》

120℃

15

85℃×85% RH

1×1014
1×1013

0500

1,000

1,500

2,000

処理時間 [時間]

2,500

3,000

図 7 エイムフレックスWF-112の経時抵抗変化

廣瀬 成 相ひろせ まさはる

樹脂材料開発研究部
水系ウレタングループ 専門課長
第一工業製薬 社報 No. 582 拓人 2017 秋14