本发明涉及一种掩膜浆料及其制备方法，属于化工材料技术领域。
背景技术：
随着机械自动化生产时代的到来，电子元器件大批量、流水线作业已成为必然趋势。为提高产品的市场竞争力，需要降低成本。通常降低成本最简单的方法就是降低膜层厚度，现有技术中，通过溅射成型工艺，更能有效地降低成本。因此，需要一种新型的掩膜浆料，在溅射成型过程中能够对不需要溅射的部位进行保护，在溅射完成后，将不需要溅射的部位的掩膜浆清洗掉，从而得到所需要产品。
公开号为cn106384634a的专利公开了一种片式电阻用无铅掩膜浆料，该种浆料是一种新型的适用于片式电阻中溅射用的掩膜类浆料，应用于薄膜溅射工艺中。该工艺过程中需要对膜层进行300℃的高温老化，才能进行水洗。
公开号为cn104231503b的专利公开了一种水溶性树脂组合物，该组合物可用于电子产品视窗玻璃生产过程中抗划伤的保护，且经高温长时间的烘烤后能用热水快速清洗干净，绿色环保产品，可实现自动化得生产，减少人工成本。该水溶性树脂组合物需要高温老化后才能进行退膜。
公开号为cn1087475c的专利公开了一种具有水清洗性的厚膜浆料组合物，其中包括导电性的、电阻性的、电介性的或惰性等类型的浆料组合物。该组合物添加氢化蓖麻油以及其衍生物作为触变剂，由于氢化蓖麻油以及其衍生物分解温度较高，烘干时易液化、易成膜、不溶于水等缺点，所以会影响到浆料的水洗性能以及印刷图形的扩散与溢流问题。
《关于可水洗临时性保护涂料》中公开了水性聚丙烯酸酯-聚氨酯树脂与乳液混合制成水性复配树脂配方体系，应用于保护玻璃屏幕加工过程中不被污染,会在玻璃屏幕表面印刷一层临时性保护层，然后用温水进行退膜。该配方体系膜层的烘干时间太长，需要2小时。
《水洗涂料的配方设计》中公开了peg10000与水溶性丙烯酸乳液体系，适用于镂空镀铝过程，在镂空印刷后的pet膜上用涂布机在镂空处涂上一层水洗涂层，然后镀铝，水洗后就得到镂空镀铝膜。该乳液体系中的溶剂是水与乙醇、挥发较快，不适用于生产线上的长时间印刷作业。
因此，需要制备一种具有良好的印刷性能、水洗性能、干膜附着力和挥发性能的掩膜浆料。掩膜浆料的各性能需满足以下要求：(1)印刷性能：为适用于更为精密尺寸的薄膜电阻尺寸，需要掩膜浆料有优异的印刷分辨率，确保印刷图形保持性好，无溢流、扩散等缺陷，所以印刷性能的提高是首要提高的性能之一；(2)水洗性能：为去掉高温老化这一既耗能又繁琐的步骤，需要提高掩膜浆的水洗性能，使得掩膜浆在干燥后能够用水直接清洗掉；(3)干膜附着力：为了保证电阻制造过程中的精度，需要掩膜浆在干燥后形成的掩膜层不易脱落；(4)挥发性能：一方面为了保证膜层在适当的烘干温度下，溶剂能够快速挥发，另一方面为了保证浆料在长期印刷作业中能保持较好的流动性避免印刷过程中浆料堵网缺浆的情况。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种掩膜浆料及其制备方法，该掩膜浆料具有良好的印刷性能、水洗性能、干膜附着力和挥发性能，且具有优异的触变性能。
掩膜浆料的印刷性能的影响因素包括树脂的类型、分子量，粉体的形貌、粒径，以及所添加的改性剂类型；水洗性能的影响因素包括树脂的类型、溶剂的类型、粉体表面的处理以及所添加剂的类型；干膜附着力的影响因素包括树脂的类型、溶剂的极性与沸点；挥发性能的主要影响因素是体系中溶剂的沸点以及树脂的种类。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种掩膜浆料，所述掩膜浆料包含如下质量百分比的组分：固体树脂1％～12％、有机溶剂20％～60％、无机粉体a30％～70％、无机粉体b0％～40％、颜料0％～5％。
无机粉体a是本发明浆料体系中调节印刷性能的重要手段，当无机粉体a的用量小于30％时，浆料触变性较差，图形尺寸扩散收缩程度大于5％，超出管控范围；当无机粉体a的用量大于70％时，浆料流平性较差，粘度较大，浆料印刷时图形尺寸会出现锯齿缺浆的情况。
作为本发明所述掩膜浆料的优选实施方式，所述掩膜浆料包含如下质量百分比的组分：固体树脂7％、有机溶剂35％、无机粉体a40％、无机粉体b15％、颜料3％。
作为本发明所述掩膜浆料的优选实施方式，所述无机粉体a为高岭土、云母粉、膨润土、氧化硅、氧化铝、氧化镁、滑石粉，钛白粉、硅酸铝镁、碳酸钙、硅灰石、水镁石中的至少两种。
作为本发明所述掩膜浆料的优选实施方式，所述无机粉体a中的至少一种经过亲水处理后使用。
亲水处理操作为：用水溶性高分子如聚乙二醇、聚乙烯醇、丙烯酸聚合物等在粉体颗粒表面进行吸附、包覆或包膜，使得粉体具有亲水性。
无机粉体a中的至少一种经过亲水处理后，能够与有机溶剂及固体树脂形成交联网状结构并形成触变性凝胶体。
作为本发明所述掩膜浆料的优选实施方式，所述无机粉体a为氧化硅和膨润土。
作为本发明所述掩膜浆料的优选实施方式，所述无机粉体a为层片状粉体或针棒状粉体，粒径为0.1～10μm。
无机粉体a的颗粒粒径与形貌对浆料的性能具有较大影响，本发明浆料体系中的无机粉体a为层片状粉体或针棒状粉体，无机粉体a的平均粒径范围在0.1～10μm内。当片状无机粉体a的平均粒径小于0.1μm时，其会具有很大的表面积，需要大量有机溶剂才能获得作为印刷浆料应当具有的适当流动性。另外，当无机粉体a的颗粒越小时，浆料印刷后形成的掩膜层越紧密，从而增加了水洗的难度；当片状无机粉体a的平均粒径大于10μm时，则有碍于浆料的轧制与印刷。
传统掩膜浆体系中，树脂虽然能够剪切变稀，但剪切后粘度恢复较慢。本发明配方体系所选用的无机粉体a利用其层片状、针棒状结构或具有亲水基团的粉体，能够与极性溶剂及树脂形成交联网状结构，防止浆料的制浆过程中的无机填料沉降，并且能够在浆料中具有优异的触变作用，不仅能使浆料剪切变稀程度增大，同时剪切后浆料粘度恢复速度较快，使得印刷图案尺寸分辨率较高。同时，无机粉体a由于具有很高的比表面积和极高的吸油量，因而可以避免浆料中有机载体的扩散溢流的状况。传统浆料为了使得粉体具有良好的分散性，大多会使用球状或类球状粉体，但球状粉体粒子间的接触面积较小，浆料流动性好，会造成印刷图形的扩散；无机粉体a为层片状粉体或针棒状粉体，粉体粒子表面有大量的平面接触点，以及不规则粒子间的剪切力，使得浆料触变性能优异，在印刷剪切后浆料的流动性受阻从而使得印刷图案规整，不易扩散。
通过对无机粉体a的类型进行筛选，择优选择表面经过有机改性的无机粉体a，能与极性溶剂与固体树脂间形成氢键进而形成交联网状结构，从而在无需添加如氢化蓖麻油等触变剂的情况下，保证了浆料印刷时具有优异的触变性以及防沉降作用。同时，对无机粉体a的形貌进行筛选，择优选择层片状粉体或针棒状粉体，使得浆料具备良好的触变性能，印刷图案清晰规整、尺寸分辨率较高，印刷过程中不会出现扩散、锯齿、溢流，背光下图案均一性好没有孔洞。
作为本发明所述掩膜浆料的优选实施方式，所述固体树脂为聚乙二醇、脲醛树脂、聚丙烯酸树脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷、改性聚丁二烯树脂、醇酸树脂、氨基树脂、羟丙基纤维素、聚氨酯树脂、有机硅树脂、有机氟树脂中的至少一种。
固体树脂为有机载体的主树脂，易溶于水，能提供浆料优异的水性性能。
作为本发明所述掩膜浆料的优选实施方式，所述有机溶剂为乙酸乙酯、甘油、乙二醇、聚乙二醇400、二乙二醇单丁醚、丙二醇、丁二醇、n-甲基吡咯烷酮、n-乙基吡咯烷酮、乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚、三乙二醇单丁醚、二甘醇单丁醚、乙二醇二丁醚、1,3,5-三(烯己基)-3-甲基-戊三醚、脂肪醇聚氧乙烯醚三醚、二乙二醇二丁基醚、乙酸乙二醇甲醚、二(丙二醇)甲基醚乙酸中的至少一种。
有机溶剂是固体树脂的优良溶剂，作用是溶解树脂，使得有机载体具有优异的挥发性能；另外，溶剂可以较好的润湿无机粉体表面，使粉体有更好的亲水性，提高水洗性能。
作为本发明所述掩膜浆料的优选实施方式，所述无机粉体b为氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钙中的至少一种，所述颜料为氧化铬、酞青蓝、酞青绿中的至少一种。
使用颜料对浆料着色，提高印刷制程的对位分辨的作用。无机粉体b的振实密度大，作为辅助型的无机粉体填料，主要与无机粉体a搭配可对浆料粘度进行调控。优选地，无机粉体b为球形颗粒。
第二方面，本发明还提供了上述掩膜浆料的制备方法，包括以下步骤：
(1)有机载体的制备：将固体树脂加入有机溶剂中混合均匀，充分搅拌并完全溶解，经筛网过滤后得到有机载体待用；
(2)掩膜浆料的制备：将步骤(1)得到的有机载体、无机粉体a、无机粉体b、颜料分别加入混炼缸进行混炼，待搅拌均匀后经三辊轧机轧制得到掩膜浆料。
作为本发明掩膜浆料的制备方法的优选实施方式，所述步骤(1)中，筛网的目数为250～325目。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的掩膜浆料体系中，通过对无机粉体a的类型、用量、粒径、形貌进行限定，择优选择表面经过有机改性过的无机粉体a，同时与固体树脂、有机溶剂、无机粉体b、颜料进行复配，无机粉体a能与极性溶剂与固体树脂间形成氢键进而形成交联网状结构，在不添加有机触变剂的情况下，使掩膜浆料具有良好的印刷性能、水洗性能、干膜附着力和挥发性能，且具有优异的触变性能以及防沉降作用，印刷图案清晰规整、尺寸分辨率较高，印刷过程中不会出现扩散、锯齿、溢流，背光下图案均一性好、没有孔洞。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明掩膜浆料的一种实施例，本实施例所述掩膜浆料的各组分及其用量如表1所示。无机粉体a中的至少一种经过亲水处理后使用。亲水处理操作为：用水溶性高分子如聚乙二醇、聚乙烯醇、丙烯酸聚合物等在粉体颗粒表面进行吸附、包覆或包膜，使得粉体具有亲水性。
本实施例所述掩膜浆料的制备方法为：
(1)有机载体的制备：将固体树脂加入有机溶剂中混合均匀，充分搅拌并完全溶解，经250～325目筛网过滤后得到有机载体待用；
(2)掩膜浆料的制备：将步骤(1)得到的有机载体、无机粉体a、无机粉体b、颜料分别加入混炼缸进行混炼，待搅拌均匀后经三辊轧机轧制得到掩膜浆料。
实施例2～28
实施例2～28所述的掩膜浆料的各组分及其用量如表1所示，实施例2～28所述的掩膜浆料的制备方法同实施例1。
对比例1～10
对比例1～10所述的掩膜浆料的各组分及其用量如表1所示，对比例1～10所述的掩膜浆料的制备方法同实施例1。
表1
效果例1
本发明实施例1～28和对比例1～10的掩膜浆料的性能测试
对本发明实施例1～28和对比例1～10的掩膜浆料的性能进行测试，包括印刷性能、水洗性能、干膜附着力、挥发性能、粘度。
各性能测试的方法如下：
(1)粘度：在室温下用brookfield粘度计测试，恒温25℃，14#转子，转速10rpm/min，进行粘度数据测试，行业标准为gb/t17473.5-2008；
(2)印刷性能：印刷图形为0.5mm*50mm长条状，干燥后对其宽度进行测量，印刷图形尺寸的扩散率或收缩率，以及印刷外观的孔洞和锯齿可以作为印刷性能的评估手段；
(3)挥发性能：取0.5～1g浆料均匀涂覆在基板上，150℃下烘干10min，计算出浆料的挥发量，从而对浆料的挥发性能进行评估；
(4)干膜附着力：按上述图形印刷干燥后，将基片冷却至室温，用3m胶带进行撕拉，通过胶带上浆料的残留进行干膜附着力的评估；
(5)水洗性能：印刷干燥后，将基片放入清水中30～60s取出，用水流缓缓冲洗，通过图案的清洗难易程度对水洗性能进行评估。
各性能测试的方法及合格指标如表2所示。
表2
本发明实施例1～28和对比例1～10的掩膜浆料的性能测试结果如表3所示。
表3
实施例1～28采用本发明的组分及用量制备得到掩膜浆料，实施例1～28的掩膜浆料具有良好的粘度、印刷性能、水洗能力、干膜附着力、挥发性能。对比例9～10采用本发明的组分，但用量范围不全在本发明的范围内，对比例9～10的掩膜浆料的性能均不如本发明；对比例1～7中无机粉体a仅选用一种组分，对比例8的无机粉体a采用球形粉体，制备得到的掩膜浆料的性能均不如本发明。可见，采用本发明的组分及用量制备得到掩膜浆料，具有良好的粘度、印刷性能、水洗能力、干膜附着力、挥发性能。
实施例1～4、实施例26中，固体树脂、有机溶剂、无机粉体a、无机粉体b、颜料的具体物质相同，仅各组分的质量百分比不同。由表3可知，实施例3制备得到的掩膜浆料具有最佳的印刷性能、水洗能力、干膜附着力；即当固体树脂的质量百分比为7％，有机溶剂的质量百分比为35％，无机粉体a的质量百分比为40％，无机粉体b的质量百分比为15％，颜料的质量百分比为3％时，掩膜浆料具有最佳的印刷性能、水洗能力、干膜附着力。
实施例3、实施例12～22中，各组分的质量百分比相同，固体树脂、有机溶剂、无机粉体b、颜料的具体物质相同，仅无机粉体a的所选物质不同。由表3可知，实施例3制备得到的掩膜浆料具有最佳的印刷性能、水洗能力、干膜附着力；即当无机粉体a为氧化硅和膨润土时，掩膜浆料具有最佳的印刷性能、水洗能力、干膜附着力。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。