发明简述
一种实施方式是可固化组合物,包括:官能化聚(亚芳基醚);乙烯基热固性树脂;和阻燃剂组合物,该阻燃剂组合物包括三烃基氧化膦和含氮阻燃剂,该含氮阻燃剂选自磷酸三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺、多磷酸三聚氰胺、和它们的混合物。
一种实施方式是可固化组合物,由以下物质组成:官能化聚(亚芳基醚);乙烯基热固性树脂;及由三烃基氧化膦和含氮阻燃剂组成的阻燃剂组合物;任选的填料;任选的固化引发剂、固化抑制剂、或其组合;以及任选的添加剂,该添加剂选自染料、颜料、着色剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、增塑剂、润滑剂、流动改性剂、防滴剂、阻燃剂、防粘连剂、抗静电剂、流动促进剂、加工助剂、基板粘合剂、脱模剂、增韧剂、低收缩添加剂(low-profile additives)、应力消除添加剂,和它们的组合。
一种实施方式是可固化组合物,包括:封端的聚(亚芳基醚);氰脲酸三烯丙酯、异氰脲酸三烯丙酯、或其组合;以及包括三苯基氧化膦和多磷酸三聚氰胺的阻燃剂组合物。
一种实施方式是可固化组合物,由以下物质组成:封端的聚(亚芳基醚);氰脲酸三烯丙酯,异氰脲酸三烯丙酯,或其组合;由三苯基氧化膦和多磷酸三聚氰胺组成的阻燃剂组合物;任选的填料;任选的固化引发剂、固化抑制剂、或其组合;以及任选的添加剂,该添加剂选自染料、颜料、着色剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、增塑剂、润滑剂、流动改性剂、防滴剂、阻燃剂、防粘连剂、抗静电剂、流动促进剂、加工助剂、基板粘合剂、脱模剂、增韧剂、低收缩添加剂、应力消除添加剂,和它们的组合。
一种实施方式是可固化组合物,包括:约10~约60重量份的甲基丙烯酸酯封端的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)树脂,其特性粘度在25℃、氯仿中测量时为约0.03~约0.30分升/克;约40~约90重量份异氰脲酸三烯丙酯;和约10~约40重量份阻燃剂组合物,其包括约2~约38重量份三苯基氧化膦和约2~约38重量份多磷酸三聚氰胺;其中所有重量份均基于100重量份总的甲基丙烯酸酯封端的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)树脂和异氰脲酸三烯丙酯。
一种实施方式是可固化组合物,由以下物质组成:约10~约60重量份甲基丙烯酸酯封端的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)树脂,其特性粘度在25℃、氯仿中测量时为约0.03~约0.30分升/克;约40~约90重量份异氰脲酸三烯丙酯;和约10~约40重量份阻燃剂组合物,该阻燃剂组合物由约2~约38重量份三苯基氧化膦和约2~约38重量份多磷酸三聚氰胺组成;任选的至多900重量份填料;任选的固化引发剂、固化抑制剂、或其组合;以及任选的添加剂,该添加剂选自染料、颜料、着色剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、增塑剂、润滑剂、流动改性剂、防滴剂、阻燃剂、防粘连剂、抗静电剂、流动促进剂、加工助剂、基板粘合剂、脱模剂、增韧剂、低收缩添加剂、应力消除添加剂,及其组合;其中所有重量份均基于100重量份总的甲基丙烯酸酯封端的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)树脂和异氰脲酸三烯丙酯。
一种实施方式是可固化组合物,包括:约10~约60重量份甲基丙烯酸酯封端的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)树脂,其特性粘度在25℃、氯仿中测量时为约0.03~约0.30分升/克;约40~约90重量份异氰脲酸三烯丙酯;和约15~约30重量份阻燃剂组合物,该阻燃剂组合物包括约2~约28重量份三苯基氧化膦和约2~约28重量份多磷酸三聚氰胺;其中所有重量份均基于100重量份总的甲基丙烯酸酯封端的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)树脂和异氰脲酸三烯丙酯。
一种实施方式是可固化组合物,由以下物质组成:约10~约60重量份甲基丙烯酸酯封端的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)树脂,其特性粘度在25℃、氯仿中测量时为约0.03~约0.30分升/克;约40~约90重量份异氰脲酸三烯丙酯;和约15~约30重量份阻燃剂组合物,该阻燃剂组合物由约2~约28重量份三苯基氧化膦和约2~约28重量份多磷酸三聚氰胺组成;任选的至多900重量份填料;任选的固化引发剂、固化抑制剂、或其组合;以及任选的添加剂,该添加剂选自染料、颜料、着色剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、增塑剂、润滑剂、流动改性剂、防滴剂、阻燃剂、防粘连剂、抗静电剂、流动促进剂、加工助剂、基板粘合剂、脱模剂、增韧剂、低收缩添加剂、应力消除添加剂,及其组合;其中所有重量份均基于100重量份总的甲基丙烯酸酯封端的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)树脂和异氰脲酸三烯丙酯。
一种实施方式是制备可固化组合物的方法,包括:共混官能化聚(亚芳基醚)、乙烯基热固性树脂和阻燃剂组合物,该阻燃剂组合物包括三烃基氧化膦和含氮阻燃剂,该含氮阻燃剂选自磷酸三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺、多磷酸三聚氰胺、和它们的混合物。
下面详细描述其他实施方式,包括在固化所述可固化组合物后得到的固化组合物和包含该固化组合物的制品。
发明详述
本发明的发明人已经进行实验寻找阻燃的含聚(亚芳基醚)的热固性组合物,该组合物避免使用卤化的阻燃剂,在使用较少量的阻燃添加剂时表现出高水平的阻燃性,以及防止产生酸性分解产物。对于三烃基氧化膦和含氮阻燃剂的组合观察到特别有效的阻燃性质,该含氮阻燃剂选自磷酸三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺、多磷酸三聚氰胺、和它们的混合物。鉴于三烃基氧化膦和其他三聚氰胺类阻燃剂如三聚氰胺氰脲酸盐的组合的性能明显较差,上述组合的功效是意想不到的。
一种实施方式是可固化组合物,包括:官能化聚(亚芳基醚);乙烯基热固性树脂;和阻燃剂组合物,该阻燃剂组合物包括三烃基氧化膦和含氮阻燃剂,该含氮阻燃剂选自磷酸三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺、多磷酸三聚氰胺、和它们的混合物。所述官能化聚(亚芳基醚)为含有可与所述乙烯基热固性树脂共聚的官能团的聚(亚芳基醚)。在一些实施方式中,该官能化聚(亚芳基醚)为封端的聚(亚芳基醚)。所述封端的聚(亚芳基醚)包括在聚(亚芳基醚)链的至少一个端点处的可共聚官能团。在其他实施方式中,该官能化聚(亚芳基醚)为环官能化聚(亚芳基醚)。所述环官能化聚(亚芳基醚)包括直接结合到一个或多个亚苯基醚基团的亚苯基环上的可共聚官能团,所述亚苯基醚基团可以在聚(亚苯基醚)链中的任何地方。
在一种实施方式中,官能化聚(亚芳基醚)包括具有下式的封端的聚(亚芳基醚)
Q(J-K)y
其中Q为一元酚、二元酚或多元酚的残基;y为1~100,更具体为1、2、3、4、5或6;J具有下式
其中对于每个结构单元,Q1和Q2各自独立地为卤素,未取代的或取代的C1-C12烃基条件是所述烃基不是叔烃基,C1-C12烃基硫基(即,(C1-C12烃基)S-),C1-C12烃基氧基,或者其中至少两个碳原子隔开卤素和氧原子的C2-C12卤代烃基氧基;Q3和Q4各自独立地为氢,卤素,未取代的或取代的C1-C12烃基条件是所述烃基不是叔烃基,C1-C12烃基硫基,C1-C12烃基氧基,或者其中至少两个碳原子隔开卤素和氧原子的C2-C12卤代烃基氧基;m为1~约200;以及K为选自以下的封端基团
其中R5为C1-C12烷基;R1为C1-C12亚烃基;n为0或1;R2、R3和R4各自独立地为氢或C1-C18烃基;R6、R7、R8、R9和R10各自独立地选自氢、未取代或取代的C1-C12烃基、羟基、氨基、腈基、甲酰基、羧酸酯基、亚氨酸酯基和硫代羧酸酯基;Y为选自以下的二价基团
其中R14每次出现时独立地选自氢和C1-C12烃基,R15和R16每次出现时独立地选自氢,C1-C12烃基和C1-C6亚烃基,其中R15和R16一起形成C4-C12亚烷基。本申请使用的术语“烃基”无论是单独使用还是作为另一术语的前缀、后缀或片段使用,是指仅含有碳和氢的残基。该残基可以是脂族或芳族的、直链、环状、双环、支化的、饱和的或不饱和的。它还可以含有脂族、芳族的、直链、环状、双环、支化的、饱和的和不饱和的烃结构部分的组合。然而,当描述为被取代时,该烃基残基除了取代基残基的碳和氢成员之上还可以含有杂原子。因此,当特别提到含有这些杂原子时,该烃基残基也可以含有一个或多个羰基、氨基(包括单-(C1-C12)-烷基氨基和二-(C1-C12)-烷基氨基)、羟基等,或者它可以在烃基残基的主链中含有杂原子。
在一些实施方式中,Q为酚类的残基,该酚类包括一元酚、二元酚或多元酚,以及包括以下结构的基团
其中Q7、Q8、Q9、和Q10在每次出现时独立地为氢,卤素,未取代的或取代的C1-C12烃基条件是所述烃基不是叔烃基,C1-C12烃基硫基,C1-C12烃基氧基,或者其中至少两个碳原子隔开卤素和氧原子的C2-C12卤代烃基氧基;X可以为氢,C1-C18烃基,或含有取代基如羧酸基、醛基、醇基、氨基等的C1-C18烃基;X也可以是硫、磺酰基(sulfonyl)、亚磺酰基(sulfuryl)、氧、C1-C12亚烷基、或者当Q来源于二元酚或多元酚时为2价或更高价的其他这类桥连基团;t表示与X直接结合的亚苯基醚基团的数目(不是起源于X处的聚(亚苯基醚)链中的亚苯基醚基团的数目)且为1~约100,具体地为1、2、3、4、5或6,更具体地为1~2;在优选实施方式中,y=t。Q可以是一元酚的残基。Q也可以是联苯酚如2,2’,6,6’-四甲基-4,4’-联苯酚的残基。Q还可以是双酚如2,2-二(4-羟基苯基)丙烷(″双酚A″或″BPA″)的残基。
在一种实施方式中,封端的聚(亚芳基醚)通过封端主要由至少一种具有以下结构的一元酚的聚合产物组成的聚(亚芳基醚)制备
其中Q1和Q2各自独立地为卤素,未取代的或取代的C1-C12烃基条件是所述烃基不是叔烃基,C1-C12烃基硫基,C1-C12烃基氧基,或者其中至少两个碳原子隔开卤素和氧原子的C2-C12卤代烃基氧基;Q3和Q4各自独立地为氢,卤素,未取代的或取代的C1-C12烃基条件是所述烃基不是叔烃基,C1-C12烃基硫基,C1-C12烃基氧基,或者其中至少两个碳原子隔开卤素和氧原子的C2-C12卤代烃基氧基。合适的一元酚包括Hay的美国专利3,306,875中描述的那些,非常优选的一元酚包括2,6-二甲基苯酚和2,3,6-三甲基苯酚。聚(亚芳基醚)可以是至少两种一元酚如2,6-二甲基苯酚和2,3,6-三甲基苯酚的共聚物。
在一种实施方式中,封端的聚(亚芳基醚)包括至少一个具有以下结构的封端基团
其中R2、R3和R4各自独立地为氢、C1-C18烃基、C2-C18烃氧基羰基、腈基、甲酰基、羧酸酯、亚氨酸酯基和硫代羧酸酯等。在一些实施方式中,封端的聚(亚芳基醚)包括至少一个丙烯酸酯(R11=R12=R13=氢)或甲基丙烯酸酯(R11=甲基,R12=R13=氢)封端基团。应理解,前缀“(甲基)丙烯酰基-”包括“丙烯酰基-”和“甲基丙烯酰基-”两者。
在一些实施方式中,封端的聚(亚芳基醚)对应于上述的结构Q(J-K)y,其中Q为一元酚的残基,且y为1。例如,该封端的聚(亚芳基醚)可以为具有以下结构的单封端的聚(亚芳基醚)
其中Q1和Q2每次出现时独立地为卤素,未取代的或取代的C1-C12烃基条件是所述烃基不是叔烃基,C1-C12烃基硫基,C1-C12烃基氧基,或者其中至少两个碳原子隔开卤素和氧原子的C2-C12卤代烃基氧基;Q3和Q4每次出现时独立地为氢,卤素,未取代的或取代的C1-C12烃基条件是所述烃基不是叔烃基,C1-C12烃基硫基,C1-C12烃基氧基,或者其中至少两个碳原子隔开卤素和氧原子的C2-C12卤代烃基氧基;p为1~约100,具体地为1~约30,更具体为1~约20;R1为C1-C12亚烃基;n为0或1;R2、R3和R4各自独立地为氢或C1-C18烃基;其中所述封端的聚(亚芳基醚)的特性粘度在25℃、氯仿中测量时为约0.03~约0.20分升/克。
在一些实施方式中,封端的聚(亚芳基醚)为具有以下结构的单封端的聚(亚芳基醚)
其中Q5和Q6各自独立地为甲基或二正丁基氨基甲基;s为1~约20,具体为1~约15,更具体为1~约10,还更具体为1~约8;该封端的聚(亚芳基醚)的特性粘度在25℃、氯仿中测量时为约0.03~约0.20分升/克。
在一些实施方式中,封端的聚(亚芳基醚)对应于上述的结构Q(J-K)y,其中Q为二元酚的残基,y为2。例如,该封端的聚(亚芳基醚)可以为具有以下结构的双封端的聚(亚芳基醚)
其中Q1和Q2每次出现时独立地为卤素,未取代的或取代的C1-C12烃基条件是所述烃基不是叔烃基,C1-C12烃基硫基,C1-C12烃基氧基,或者其中至少两个碳原子隔开卤素和氧原子的C2-C12卤代烃基氧基;Q3和Q4每次出现时独立地为氢,卤素,未取代的或取代的C1-C12烃基条件是所述烃基不是叔烃基,C1-C12烃基硫基,C1-C12烃基氧基,或者其中至少两个碳原子隔开卤素和氧原子的C2-C12卤代烃基氧基;x和y在每次出现时独立地为0~约100,条件是x和y的总和为2~约100;R1每次出现时独立地为C1-C12亚烃基;n每次出现时独立地为0或1;R2-R4每次出现时独立地为氢或C1-C18烃基;以及L具有以下结构
其中Q3每次出现时独立地为氢,卤素,未取代的或取代的C1-C12烃基条件是所述烃基不是叔烃基,C1-C12烃基硫基,C1-C12烃基氧基,或者其中至少两个碳原子隔开卤素和氧原子的C2-C12卤代烃基氧基;z为0或1;以及X1具有选自以下的结构
其中R14每次出现时独立地选自氢和C1-C12烃基,R15和R16每次出现时独立地选自氢,C1-C12烃基,和C1-C6亚烃基,其中R15和R16一起形成C4-C12亚烷基;其中所述封端的聚(亚芳基醚)的特性粘度在25℃、氯仿中测量时为约0.03~约0.20分升/克,具体为约0.06~约0.15分升/克,更具体为约0.06~约0.12分升/克,甚至更具体为约0.06~约0.09分升/克。
在一些实施方式中,官能化聚(亚芳基醚)为具有以下结构的双封端的聚(亚芳基醚)
其中Q5和Q6每次出现时独立地为甲基或二正丁基氨基甲基;x和y在每次出现时独立地为0~约100,条件是x和y的总和为2~约100。
在一些实施方式中,官能化聚(亚芳基醚)为具有以下结构的封端的聚(亚芳基醚)
其中U为任选被一个或多个C1-C6烷基取代的C6-C18芳基;V为亚苯基醚基团;k为1~约100;r为1~6;W为亚苯基或氧原子;R17、R18和R19每次出现时独立地选自氢、C1-C6烷基、C2-C6链烯基和C2-C6炔基;以及q为1、2、3或4。在Inoue等人的美国专利申请公开US 2004/0146692A1中描述了具有此结构的封端的聚(亚芳基醚)的合成步骤。
官能化聚(亚芳基醚)可以为环官能化聚(亚芳基醚)。合适的环官能化聚(亚芳基醚)包括含有下式重复结构单元的那些
其中L1-L4各自独立地为氢,C1-C12烷基,链烯基,或炔基;其中链烯基由下式表示
其中L5、L6和L7各自独立地为氢或甲基,c为0、1、2、3或4;其中炔基由下式表示
其中L8为氢、甲基或乙基,d为0、1、2、3或4;其中环官能化聚(亚芳基醚)中全部L1-L4取代基的约0.02mol%~约25mol%为链烯基和/或炔基。在此范围内,所有L1-L4取代基中链烯基和/或炔基的mol%具体可以为至少约0.1mol%,更具体为至少约0.5mol%。同样在此范围内,可以优选具有至多约15mol%,更优选至多约10mol%的链烯基和/或炔基。本实施方式的环官能化聚(亚芳基醚)可以根据已知方法制备。例如,可以用诸如正丁基锂的试剂使未官能化的聚(亚芳基醚)如聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)金属化,然后与链烯基卤化物如烯丙基溴和/或卤化炔(如炔丙基溴)反应。例如,在Katayose等人的美国专利4,923,932中描述了此制备环官能化聚(亚芳基醚)树脂的方法和其他方法。在一些实施方式中,环官能化聚(亚芳基醚)是聚(亚芳基醚)与α,β-不饱和羰基化合物或β-羟基羰基化合物的熔体反应的产物。α,β-不饱和羰基化合物的实例包括,例如,马来酸酐、柠檬酸酐(citriconicanhydride)等。β-羟基羰基化合物的实例包括,例如,柠檬酸等。一般通过将聚(亚芳基醚)和所需的羰基化合物在约190~约290℃的温度熔体共混进行此官能化。
任何上述官能化聚(亚芳基醚)可能含有少量由于聚(亚芳基醚)合成或加工期间发生的副反应所形成的结构单元。例如,当通过包括在仲胺存在下氧化聚合2,6-二甲基苯酚的方法制备官能化聚(亚芳基醚)时,热分解可能产生少量如下的结构单元
其中波形键表示与官能化聚(亚芳基醚)分子余留部分连接。
除了官能化聚(亚芳基醚)之外,可固化组合物还包括乙烯基热固性树脂。乙烯基热固性树脂是含有可聚合的碳-碳双键或三键的化合物。合适类型的乙烯基热固性树脂包括马来酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂、乙烯基苄基醚树脂、含烯烃基或含炔烃的单体、芳基环丁烯树脂、全氟乙烯基醚树脂、具有可固化的乙烯基官能度的低聚物和聚合物,和它们的组合。
乙烯基热固性树脂可以为马来酰亚胺树脂。合适的马来酰亚胺包括具有以下结构的那些
其中M为具有化合价n的基团,其含有2~40个碳原子和任选的一个或多个杂原子;Z每次出现时独立地为氢、卤素或C1-C18烃基;n为1~约10,具体地为2或3或4。M可以是例如脂族、脂环族、芳族或杂环族基团。适宜的马来酰亚胺包括以下结构所代表的那些:
其中Z每次出现时独立地为氢、C1-C18烃基或卤素;A为C1-C18亚烃基、氧基、砜、亚磺酰基(sulfinyl)、羧酸酯(carboxylate)、羰基、碳酰胺(carbonamide)或硫化物;n为0~约10。
马来酰亚胺树脂的具体实例包括:1,2-双马来酰亚氨基乙烷,1,6-双马来酰亚氨基己烷,1,3-双马来酰亚氨基苯,1,4-双马来酰亚氨基苯,2,4-双马来酰亚氨基甲苯,4,4′-双马来酰亚氨基二苯基甲烷,4,4′-双马来酰亚氨基二苯醚,3,3′-双马来酰亚氨基二苯砜,4,4′-双马来酰亚氨基二苯砜,4,4′-双马来酰亚氨基二环己基甲烷,3,5-双(4-马来酰亚氨基苯基)吡啶,2,6-双马来酰亚氨基吡啶,1,3-双(马来酰亚氨基甲基)环己烷,1,3-双(马来酰亚氨基甲基)苯,1,1-双(4-马来酰亚氨基苯基)环己烷,1,3-双(二氯马来酰亚氨基)苯,4,4′-双(柠康酰亚氨基)二苯基甲烷,2,2-双(4-马来酰亚氨基苯基)丙烷,1-苯基-1,1-双(4-马来酰亚氨基苯基)乙烷,α,α-双(4-马来酰亚氨基苯基)甲苯,3,5-双马来酰亚氨基-1,2,4-三唑,N,N′-亚乙基双马来酰亚胺,N,N′-六亚甲基双马来酰亚胺,N,N′-间-亚苯基双马来酰亚胺,N,N′-对-亚苯基双马来酰亚胺,N,N′-4,4′-二苯基甲烷双马来酰亚胺,N,N’-4,4′-二苯醚双马来酰亚胺,N,N’-4,4′-二苯砜双马来酰亚胺,N,N’-4,4′-二环己基甲烷双马来酰亚胺,N,N’-α,α′-4,4′-二亚甲基环己烷双马来酰亚胺,N,N’-间-甲基二甲苯双马来酰亚胺(N,N’-m-methaxylene bismaleimide),N,N’-4,4′-二苯基环己烷双马来酰亚胺,和N,N’-亚甲基双(3-氯-对-亚苯基)双马来酰亚胺,以及在Bargain等人的美国专利3,562,223和Stenzenberger的美国专利4,211,860和4,211,861中披露的马来酰亚胺树脂。马来酰亚胺树脂可以采用本领域已知的方法制备,例如,Sauters等人的美国专利3,018,290所描述的方法。在一些实施方式中,马来酰亚胺树脂为N,N’-4,4′-二苯基甲烷双马来酰亚胺。
马来酰亚胺树脂可以是多官能的不饱和酰亚胺如双酰亚胺(bisiimide)与有效的增链剂如含胺基团化合物的反应产物或预聚物。适宜的含胺基团化合物包括:二胺,羟基胺和多胺。实例包括:双(4-(N-甲基氨基)苯基)甲烷,N,N’-二甲基-1,3-二氨基苯,4,4′-二氨基二环己基甲烷,1,4-二氨基环己烷,2,6-二氨基吡啶,间苯二胺,对苯二胺,4,4′二氨基二苯基甲烷,2,2′-双(4-氨基苯基)丙烷,联苯胺,4,4′-二氨基苯基氧化物(4,4′-diaminophenyloxide),4,4′-氨基二苯砜,双(4-氨基苯基)苯基氧化膦,双(4-氨基苯基)甲基胺,1,5-二氨基萘,间-苯二甲胺,对-苯二甲胺,六亚甲基二胺,6,6′-二胺-2,2′-吡啶基,4,4′-二氨基二苯甲酮,4,4′-二氨基偶氮苯,双(4-氨基苯基)苯基甲烷,1,1-双(4-氨基苯基)环己烷,1,1-双(4-氨基-3-甲基苯基)环己烷,2,5-双(间-氨基苯基)-1,3,4-噁二唑,2,5-双(对-氨基苯基)-1,3,4-噁二唑,2,5-双(间-氨基苯基)噻唑并(4,5-d)噻唑,5,5′-二(间-氨基苯基)-(2,2′)-二-(1,3,4-噁二唑基),4,4′-二氨基二苯醚,4,4′-双(对-氨基苯基)-2,2′-噻唑,间-双(4-对-氨基苯基-2-噻唑基)苯,4,4′-二氨基苯甲酰苯胺,4,4′-二氨基苯基苯甲酸酯,N,N′-双(4-氨基苄基)-对-亚苯基二胺,和4,4′-亚甲基双(2-氯苯胺),等等。
这些反应产物可以通过本领域已知的方法来制备,例如在约40~约200℃的温度在有机溶剂中,使每摩尔双酰亚胺与约0.1~约0.8摩尔增链剂接触,持续约5分钟~约5小时。马来酰亚胺树脂可以是例如Stenzenberger的美国专利4,211,860和4,211,861所描述的酰肼-改性的双马来酰亚胺。适宜的N,N’-不饱和的双马来酰亚胺树脂可以是从Technochemie GmbH购得的compimide树脂。马来酰亚胺树脂可以是马来酰亚胺树脂的混合物,以适应具体的加工要求。
乙烯基热固性树脂可以是苯并噁嗪树脂。适宜的苯并噁嗪树脂包括具有如下结构的那些:
其中B是具有1~约80个碳原子、具体地约1~10个碳原子的直链或支链烃基(在一些实施方式中,B为烷基、环烷基、羰基、磺酰基、亚磺酰基、硫化物、氧基、烷基膦酰基(phosphonyl)、芳基膦酰基、异烷叉、环烷叉、芳基烷叉、二芳基甲叉、甲叉二烷基硅烷基(silanyl)、芳基烷基硅烷基或二芳基硅烷基);n为1~20,具体地为1、2、3或4,更具体地为2;X为氢、任选地取代有一个或多个氟原子的C1-C18烃基,或C1-C40烃基胺(包括多胺)。取决于是否期望在聚苯并噁嗪中存在有酚类或苯氧基重复单元,可以期望至少一个非氢X取代基在苯并噁嗪的氧原子的邻位、间位或对位。
众所周知的,苯并噁嗪单体在使用或不使用溶剂时由醛、酚与伯胺的反应制得。Ishida的美国专利5,543,516描述了制备苯并噁嗪单体的无溶剂方法。Ning和Ishida在Journal of Polymer Science,Chemistry Edition,vol.32,第1121页(1994)的文章中描述了使用溶剂的方法。使用溶剂的方法通常是苯并噁嗪单体的文献中常见的。合适的酚类化合物包括苯酚和多酚。在制备苯并噁嗪时使用具有两个或更多个活性羟基基团的多酚可以产生支化的和/或交联的产物。将酚类基团与酚连接的基团可以是聚苯并噁嗪的支化点或连接基团。
用于制备苯并噁嗪单体的适宜的酚包括苯酚,甲酚,间苯二酚,儿茶酚,氢醌,2-烯丙基苯酚,3-烯丙基苯酚,4-烯丙基苯酚,2,6-二羟基萘,2,7-二羟基萘,2-(二苯基磷酰基)氢醌,2,2’-联苯酚,4,4-联苯酚,4,4’-异丙叉二苯酚(双酚A),4,4’-异丙叉双(2-甲基苯酚),4,4’-异丙叉双(2-烯丙基苯酚),4,4’(1,3-亚苯基二异丙叉)双酚(双酚M),4,4’-异丙叉双(3-苯基苯酚)4,4’-(1,4-亚苯基二异丙叉)双酚(双酚P),4,4’-乙叉二苯酚(双酚E),4,4’-氧联二苯酚,4,4’-硫联二苯酚,4,4’-磺酰基二苯酚,4,4’-亚磺酰基二苯酚,4,4’-六氟异丙叉双酚(双酚AF),4,4’-(1-苯基乙叉)双酚(双酚AP),双(4-羟基苯基)-2,2-二氯乙烯(双酚C),双(4-羟基苯基)甲烷(双酚-F),4,4′-(环戊叉)二苯酚,4,4′-(环己叉)二苯酚(双酚Z),4,4′-(环十二烷叉)二苯酚,4,4′-(二环[2.2.1]庚叉)二苯酚,4,4′-(9H-芴-9,9-二基)二苯酚,异丙叉双(2-烯丙基苯酚),3,3-双(4-羟基苯基)异苯并呋喃-1(3H)-酮,1-(4-羟基苯基)-3,3-二甲基-2,3-二氢-1H-茚-5-酚,3,3,3′,3′-四甲基-2,2′,3,3′-四氢-1,1′-螺二[茚]-5,6′-二醇(螺二茚满),二羟基二苯甲酮(双酚K),三(4-羟基苯基)甲烷,三(4-羟基苯基)乙烷,三(4-羟基苯基)丙烷,三(4-羟基苯基)丁烷,三(3-甲基-4-羟基苯基)甲烷,四(4-羟基苯基)乙烷,二环戊二烯双(2,6-二甲基苯酚),二环戊二烯双(邻甲酚),二环戊二烯双酚,等等。
用于形成苯并噁嗪的醛可以是任何醛。在一些实施方式中,该醛具有1~约10个碳原子。在一些实施方式中,该醛为甲醛。用于形成苯并噁嗪的胺可以是芳族胺、脂族胺、烷基取代的芳族胺或芳族取代的烷基胺。该胺也可以是多胺,不过在某些情形中使用多胺得到多官能的苯并噁嗪单体。多官能的苯并噁嗪单体比单官能的苯并噁嗪更可能产生支化的和/或交联的聚苯并噁嗪,其中单官能的苯并噁嗪将预期产生热塑性聚苯并噁嗪。
如果胺不含有芳环,该胺通常含有1~约40个碳原子;如果胺含有芳环,该胺可以含有约6~约40个碳原子。二或多官能的胺的胺基(amine)也可以作为使聚苯并噁嗪彼此连接的支化点。热聚合已经是聚合苯并噁嗪单体的优选方法。引发热聚合的温度通常为约150~约300℃。聚合通常在本体模式进行,不过也可以由溶液或其它形式进行。已知催化剂如羧酸略微降低聚合温度或在相同温度加速聚合速率。
已经发现阳离子聚合引发剂在低到深冷温度的温度引起苯并噁嗪单体的聚合。为了易于处理反应物和产物,优选的温度为-100~约250℃,具体地为约-60~约150℃。一些阳离子引发剂如PCl5形成来自含有胺的盐的苯并噁嗪单体的重复单元。这些重复单元在极性溶剂如水中的溶解度比不使用胺的盐的类似重复单元好。可以在苯并噁嗪熔体中或者在溶剂存在下使用这些引发剂,使得溶剂含量为0~约100%。许多溶剂可以用于阳离子聚合,阳离子聚合领域中的技术人员知道如何选择这些溶剂。
由苯并噁嗪的阳离子引发聚合制成的聚合物可用于具有良好的热稳定性和/或阻燃性的模塑制品,例如模压电路板、阻燃层压板或其它模塑制品,且也是耐高温炭化材料(Char)的前体的来源。耐高温炭化材料的常见用途包括飞行器制动盘、用于烧结反应的装置以及防热层或隔热材料。包含具有胺盐的重复单元的聚合物可以用于部分或完全水溶性聚合物如粘度调节剂的应用。
通常,阳离子引发剂可以聚合苯并噁嗪单体或低聚物。适宜的阳离子引发剂包括H2SO4,HClO4,BF3,AlCl3,t-BuCl/Et2AlCl,Cl2/BCl3,AlBr3,AlBr3.TiCl4,I2,SnCl4,WCl6,AlEt2Cl,PF5,VCl4,AlEtCl2和BF3Et2O。在一些实施方式中,聚合引发剂为PCl5,PCl3,POCl3,TiCl5,SbCl5,(C6H5)3C+(SbCl6)-,或金属卟啉(metallophorphyrin)化合物如氯化酞菁铝(aluminum phthalocyanine chloride),它们已知由不饱和单体的阳离子引发聚合产生类似的聚合物。适宜的阳离子引发剂还包括甲苯磺酸乙酯、三氟甲磺酸甲酯(methyl triflate)和三氟甲磺酸。通常,每个引发剂引发具有约3~约3,000个重复单元的聚合物,因此,相对于单体的以摩尔百分数计的所需引发剂的量较少。但是,可能需要额外的引发剂,以补偿由于外来的水分和使阳离子减活的其它反应物而引起的损失。在一些实施方式中,对于这些阳离子引发的聚合,使用约0.001~约50摩尔%引发剂(基于单体),特别使用约0.01~约10摩尔%引发剂。
乙烯基热固性树脂可以是乙烯基苄基醚树脂。乙烯基苄基醚树脂包括具有以下结构的那些:
其中A为化合价为j的有机或无机基团,j为1~约100,具体地为1、2、3、4、5、6、7或8,更具体为2、3或4。乙烯基苄基醚树脂可以极其容易地由以下方法制成:使酚与乙烯基苄基卤化物如乙烯基苄基氯化物进行缩合,制备乙烯基苄基醚。通常使用双酚-A和三酚和多酚生产可以用于制备交联的热固性树脂的聚(乙烯基苄基醚)。合适的乙烯基苄基醚包括由乙烯基苄基氯化物或乙烯基苄基溴化物与下列物质的反应制成的那些:间苯二酚,儿茶酚,氢醌,2,6-二羟基萘,2,7-二羟基萘,2-(二苯基磷酰基)氢醌,双(2,6-二甲基苯酚),2,2’-联苯酚,4,4-联苯酚,2,2’,6,6’-四甲基联苯酚,2,2’,3,3’,6,6’-六甲基联苯酚,3,3’,5,5’-四溴-2,2’6,6’-四甲基联苯酚,3,3’-二溴-2,2’,6,6’-四甲基联苯酚,2,2’,6,6’-四甲基-3,3’5-二溴联苯酚,4,4’-异丙叉二苯酚(双酚A),4,4’-异丙叉双(2,6-二溴苯酚)(四溴双酚A),4,4’-异丙叉双(2,6-二甲基苯酚)(四甲基双酚A),4,4’-异丙叉双(2-甲基苯酚),4,4’-异丙叉双(2-烯丙基苯酚),4,4’-(1,3-亚苯基二异丙叉)双酚(双酚M),4,4’-异丙叉双(3-苯基苯酚),4,4’-(1,4-亚苯基二异丙叉)双酚(双酚P),4,4’-乙叉二苯酚(双酚E),4,4’-氧联二苯酚,4,4’-硫联二苯酚(thiodiphenol),4,4’-硫联双(2,6-二甲基苯酚),4,4’-磺酰基二苯酚,4,4’-磺酰基双(2,6-二甲基苯酚),4,4’-亚磺酰基二苯酚,4,4’-六氟异丙叉)双酚(双酚AF),4,4’-(1-苯基乙叉)双酚(双酚AP),双(4-羟基苯基)-2,2-二氯乙烯(双酚C),双(4-羟基苯基)甲烷(双酚-F),双(2,6-二甲基-4-羟基苯基)甲烷,4,4′-(环戊叉)二苯酚,4,4′-(环己叉)二苯酚(双酚Z),4,4′-(环十二烷叉)二苯酚,4,4′-(二环[2.2.1]庚叉)二苯酚,4,4′-(9H-芴-9,9-二基)二苯酚,3,3-双(4-羟基苯基)异苯并呋喃-1(3H)-酮,1-(4-羟基苯基)-3,3-二甲基-2,3-二氢-1H-茚-5-酚,1-(4-羟基-3,5-二甲基苯基)-1,3,3,4,6-五甲基-2,3-二氢-1H-茚-5-酚,3,3,3′,3′-四甲基-2,2′,3,3′-四氢-1,1′-螺二[茚]-5,6′-二醇(螺二茚满),二羟基二苯甲酮(双酚K),三(4-羟基苯基)甲烷,三(4-羟基苯基)乙烷,三(4-羟基苯基)丙烷,三(4-羟基苯基)丁烷,三(3-甲基-4-羟基苯基)甲烷,三(3,5-二甲基-4-羟基苯基)甲烷,四(4-羟基苯基)乙烷,四(3,5-二甲基-4-羟基苯基)乙烷,双(4-羟基苯基)苯基氧化膦、二环戊二烯双(2,6-二甲基苯酚),二环戊二烯双(2-甲基苯酚),二环戊二烯双酚,等等。
乙烯基热固性树脂可以是含烯的单体或含炔的单体。适宜的含烯-和含炔-的单体包括在Yeager等人的美国专利6,627,704中所描述的那些。一类含烯的单体是具有如下结构的含丙烯酸酯的化合物:
其中A为化合价为n的有机或无机基团;X为氮或氧;Y为氧或硫;Z各自独立地选自氢、卤素和C1-C24烃基。适宜的含烯的单体包括能够进行自由基聚合的、丙烯酸酯-和甲基丙烯酸酯-官能化的物质。它们可以为单体和/或低聚物,例如(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和乙烯基二氢唑酮,如在Heilman等人的美国专利4,304,705中所描述的。这些单体包括单-、二-和多丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯,例如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸、丙烯酸正己酯、丙烯酸四氢糠基酯、N-乙烯基己内酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯腈、丙烯酸十八烷酯、丙烯酸烯丙基酯、二丙烯酸甘油酯、三丙烯酸甘油酯、二丙烯酸乙二醇酯、二甘醇二丙烯酸酯、三甘醇二甲基丙烯酸酯、二丙烯酸1,6-己二醇酯,二丙烯酸1,3-丙二醇酯、二甲基丙烯酸酯1,3-丙二醇酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯,1,2,4-丁三醇三甲基丙烯酸,丙烯酸2-苯氧基乙酯,二丙烯酸1,4-环己二醇酯,三丙烯酸季戊四醇酯,四丙烯酸季戊四醇酯,四甲基丙烯酸季戊四醇酯,六丙烯酸山梨醇酯,二[1-(2-丙烯酰氧基)]-对-乙氧基苯基二甲基甲烷,2,2-二[1-(3-丙烯酰氧基-2-羟基)]丙氧基苯基丙烷,三(羟乙基)异氰脲酸酯三甲基丙烯酸酯;数均分子量为200-500原子质量单位的聚乙二醇的双-丙烯酸酯和双-甲基丙烯酸酯,和数均分子量为1000-10,000原子质量单位的聚丁二烯的双-丙烯酸酯和双-甲基丙烯酸酯,丙烯酸酯化(acrylated)的单体的可共聚混合物,例如,在Boettcher等人的美国专利4,652,274中所披露的那些;以及丙烯酸酯化的低聚物,例如,在Zador等人的美国专利4,642,126中披露的那些。
可以期望使含烯或含炔的单体交联。特别适合作为交联剂化合物的是丙烯酸酯,例如,丙烯酸烯丙基酯、二丙烯酸甘油酯、三丙烯酸甘油酯、二丙烯酸乙二醇酯、二甘醇二丙烯酸酯、三甘醇二甲基丙烯酸酯、二丙烯酸1,6-己二醇酯,二丙烯酸1,3-丙二醇酯、二甲基丙烯酸酯1,3-丙二醇酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯,1,2,4-丁三醇三甲基丙烯酸酯,二丙烯酸1,4-环己二醇酯,三丙烯酸季戊四醇酯,四丙烯酸季戊四醇酯,四甲基丙烯酸季戊四醇酯,六丙烯酸山梨醇酯,二[1-(2-丙烯酰氧基)]-对-乙氧基苯基二甲基甲烷,2,2-二[1-(3-丙烯酰氧基-2-羟基)]丙氧基苯基丙烷,三(羟乙基)异氰脲酸酯三甲基丙烯酸酯;平均分子量为200-500原子质量单位的聚乙二醇的双-丙烯酸酯和双-甲基丙烯酸酯。
含烯的单体或含炔的单体还包括烯丙基树脂和苯乙烯类树脂,例如三烯丙基异氰脲酸酯,三甲代烯丙基异氰脲酸酯,三甲代烯丙基氰脲酸酯,三烯丙基氰脲酸酯,二乙烯基苯,和二溴苯乙烯,以及Yeager等人的美国专利6,627,704中所描述的其它物质。
乙烯基热固性树脂可以是芳基环丁烯树脂。芳基环丁烯包括来源于以下通式结构的化合物的那些:
其中B为化合价为n的有机或无机基团(包括羰基,磺酰基,亚磺酰基,硫化物,氧基,烷基膦酰基,芳基膦酰基,异烷叉,环烷叉,芳基烷叉,二芳基甲叉,甲叉二烷基硅烷基,芳基烷基硅烷基,二芳基硅烷基,和C6-C20酚类化合物);X各自独立地为羟基或C1-C24烃基(包括直链和支链烷基和环烷基);Z各自独立地为氢、卤素或C1-C12烃基;n为1~1000,具体地为1~8,更具体地为2或3或4。其它有用的芳基环丁烯以及芳基环丁烯合成的方法可以参见KirChhoff等人的美国专利4,743,399、4,540,763、4,642,329、4,661,193、和4,724,260,以及Brennan等人的美国专利5,391,650。
乙烯基热固性树脂可以是全氟乙烯基醚树脂。有用的全氟乙烯基醚包括具有如下结构的那些:
其中A为化合价为n的二价有机或无机基团;n为1~约1000,具体地为1~8,更具体地为2或3或4。
全氟乙烯基醚通常通过以下方法合成:使酚和一溴四氟乙烷反应,接着进行锌催化的还原消去反应,产生ZnFBr和所需的全氟乙烯基醚。通过这种途径,二-、三-和其它多酚可以产生二-、三-和多(全氟乙烯基醚)。可用于它们的合成的酚包括:间苯二酚,儿茶酚、氢醌,2,6-二羟基萘,2,7-二羟基萘,2-(二苯基磷酰基)氢醌,双(2,6-二甲基苯酚)2,2’-联苯酚,4,4-联苯酚,2,2’,6,6’-四甲基联苯酚,2,2’,3,3’,6,6’-六甲基联苯酚,3,3’,5,5’-四溴-2,2’6,6’-四甲基联苯酚,3,3’-二溴-2,2’,6,6’-四甲基联苯酚,2,2’,6,6’-四甲基-3,3’5-二溴联苯酚,4,4’-异丙叉二苯酚(双酚A),4,4’-异丙叉双(2,6-二溴苯酚)(四溴双酚A),4,4’-异丙叉双(2,6-二甲基苯酚)(四甲基双酚A),4,4’-异丙叉双(2-甲基苯酚),4,4’-异丙叉双(2-烯丙基苯酚),4,4’-(1,3-亚苯基二异丙叉)双酚(双酚M),4,4’-异丙叉双(3-苯基苯酚),4,4’-(1,4-亚苯基二异丙叉)双酚(双酚P),4,4’-乙叉二苯酚(双酚E),4,4’-氧联二苯酚,4,4’-硫联二苯酚,4,4’-硫联双(2,6-二甲基苯酚),4,4’-磺酰基二苯酚,4,4’-磺酰基双(2,6-二甲基苯酚),4,4’-亚磺酰基二苯酚,4,4’-六氟异丙叉双酚(双酚AF),4,4’-(1-苯基乙叉)双酚(双酚AP),双(4-羟基苯基)-2,2-二氯乙烯(双酚C),双(4-羟基苯基)甲烷(双酚-F),双(2,6-二甲基-4-羟基苯基)甲烷,4,4′-(环戊叉)二苯酚,4,4′-(环己叉)二苯酚(双酚Z),4,4′-(环十二烷叉)二苯酚,4,4′-(二环[2.2.1]庚叉)二苯酚,4,4′-(9H-芴-9,9-二基)二苯酚,3,3-双(4-羟基苯基)异苯并呋喃-1(3H)-酮,1-(4-羟基苯基)-3,3-二甲基-2,3-二氢-1H-茚-5-酚,1-(4-羟基-3,5-二甲基苯基)-1,3,3,4,6-五甲基-2,3-二氢-1H-茚-5-酚,3,3,3′,3′-四甲基-2,2′,3,3′-四氢-1,1′-螺二[茚]-5,6′-二醇(螺二茚满),二羟基二苯甲酮(双酚K),三(4-羟基苯基)甲烷,三(4-羟基苯基)乙烷,三(4-羟基苯基)丙烷,三(4-羟基苯基)丁烷,三(3-甲基-4-羟基苯基)甲烷,三(3,5-二甲基-4-羟基苯基)甲烷,四(4-羟基苯基)乙烷,四(3,5-二甲基-4-羟基苯基)乙烷,双(4-羟基苯基)苯基氧化膦、二环戊二烯双(2,6-二甲基苯酚),二环戊二烯双(2-甲基苯酚),二环戊二烯双酚,等等。
乙烯基热固性树脂可以是具有可固化的乙烯基官能团的低聚物或聚合物。这些材料包括具有可交联的不饱和键的低聚物和聚合物。实例包括:具有基于丁二烯的不饱和键的苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、丁二烯橡胶(BR)和丁腈橡胶(NBR);具有基于异戊二烯的不饱和键的天然橡胶(NR)、异戊二烯橡胶(IR)、氯丁橡胶(CR)、丁基橡胶(IIR)以及卤化的丁基橡胶;具有基于二聚环戊二烯(DCPD)、乙叉降冰片烯(ENB)或1,4-二己二烯(1,4-HD)的不饱和键的乙烯-α-烯烃共聚物弹性体(即,由乙烯、α-烯烃和二烯共聚得到的乙烯-α-烯烃共聚物,例如,乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)和乙烯-丁烯-二烯三元共聚物(EBDM))。在一些实施方式中,使用EBDM。实例也包括氢化丁腈橡胶,碳氟橡胶如偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物和偏二氟乙烯-五氟丙烯共聚物,环氧氯丙烷均聚物(CO),由环氧氯丙烷和环氧乙烷制成的共聚物橡胶(ECO),环氧氟丙烷烯丙基缩水甘油基共聚物,环氧丙烷烯丙基缩水甘油基醚共聚物,环氧丙烷环氧氯丙烷烯丙基缩水甘油基醚三元共聚物,丙烯酸类橡胶(ACM),聚氨酯橡胶(U),硅橡胶(Q),氯磺化聚乙烯橡胶(CSM),聚硫橡胶(T)和乙烯丙烯酸类橡胶。其它实例包括各种液态橡胶,例如各种类型的液态丁二烯橡胶,液态无规丁二烯橡胶(其是通过阴离子活性聚合制成的具有1,2-乙烯基连接的丁二烯聚合物)。也可以使用液态苯乙烯-丁二烯橡胶,液态丁腈橡胶(Ube Industries,Ltd.的CTBN、VTBN、ATBN等),液态氯丁橡胶,液态聚异戊二烯,二聚环戊二烯型烃类聚合物和聚降冰片烯(例如,ElfAtochem所销售的)。
对于热固性基材通常期望的是含有高含量1,2-加成的聚丁二烯的聚丁二烯树脂。也包括官能化的聚丁二烯和聚(丁二烯-苯乙烯)无规共聚物,其由Ricon Resins,Inc.以商品名RICON、RICACRYL和RICOBOND树脂销售。这些包括含有低乙烯基含量的聚丁二烯如RICON 130、131、134、142,以及含有高乙烯基含量的聚丁二烯如RICON 150、152、153、154、156、157和P30D;以及苯乙烯和丁二烯的无规共聚物(包括RICON 100、181、184),和马来酸酐接枝的聚丁二烯和由此衍生的醇缩合物(alcohol condensate)如RICON 130MA8,RICON MA13,RICON 130MA20,RICON 131MAS,RICON 131MA10,RICON MA17,RICON MA20,RICON 184MA6和RICON 156MA17;也包括用于改善粘附性的聚丁二烯,包括RICOBOND1031,RICOBOND 1731,RICOBOND 2031,RICACRYL 3500,RICOBOND1756,和RICACRYL 3500;也包括聚丁二烯RICON 104(含25%聚丁二烯的庚烷),RICON 257(含35%聚丁二烯的苯乙烯),和RICON 257(含35%聚丁二烯的苯乙烯);也包括(甲基)丙烯酸类官能化的聚丁二烯如聚丁二烯二丙烯酸酯和聚丁二烯二甲基丙烯酸酯。这些材料以商品名RICACRYL 3100,RICACRYL 3500和RICACRYL 3801销售。也包括官能化的聚丁二烯衍生物的粉状分散体,例如RICON 150D,152D,153D,154D,P30D,RICOBOND1731HS和RICOBOND 1756HS。其它丁二烯树脂包括聚(丁二烯-异戊二烯)嵌段共聚物和无规共聚物如数均分子量为约3,000~约50,000原子质量单位的那些共聚物,以及数均分子量为约3,000~约50,000原子质量单位的聚丁二烯均聚物。也包括以马来酸酐、2-羟乙基马来酸或羟基化官能团官能化的聚丁二烯、聚异戊二烯和聚丁二烯-异戊二烯共聚物。
具有可固化乙烯基官能团的低聚物和聚合物的其它实例包括基于马来酸酐、富马酸、衣康酸和柠康酸的不饱和聚酯树脂,基于丙烯酰基、甲基丙烯酰基和烯丙基的不饱和环氧丙烯酸酯类树脂,氨基甲酸酯丙烯酸酯(urethane acrylate)树脂,聚醚丙烯酸酯树脂,多元醇丙烯酸酯树脂,醇酸丙烯酸酯树脂,聚酯丙烯酸酯树脂,螺缩醛丙烯酸酯树脂(spiroacetal acrylateresin),二烯丙基邻苯二甲酸酯树脂,二烯丙基四溴邻苯二甲酸酯树脂,二甘醇双烯丙基碳酸酯树脂和聚乙烯聚硫醇树脂(polyethylene polythiol resin)。
在一些实施方式中,乙烯基热固性树脂为氰脲酸三烯丙酯(化学文摘登记号101-37-1),异氰脲酸三烯丙酯(化学文摘登记号1025-15-6),或其组合。在一些实施方式中,乙烯基热固性树脂为异氰脲酸三烯丙酯。
除了官能化聚(亚芳基醚)和乙烯基热固性树脂之外,所述可固化组合物还包括阻燃剂组合物,该阻燃剂组合物包括三烃基氧化膦和含氮阻燃剂,该含氮阻燃剂选自磷酸三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺、多磷酸三聚氰胺、和它们的混合物。合适的三烃基氧化膦包括具有以下结构的那些:
其中R20、R21和R22各自独立地为C1-C12烃基,条件是,该三烃基氧化膦具有至少六个碳原子。在一些实施方式中,R20、R21和R22中的至少一个包括脂族碳-碳双键或三键。在一些实施方式中,R20、R21和R22中的至少一个为芳基。在一些实施方式中,R20、R21和R22均为芳基。合适的三烃基氧化膦包括,例如,三苯基氧化膦、烯丙基二苯基氧化膦、二烯丙基苯基氧化膦、三烯丙基氧化膦、二(1-萘基)(4-羟基苯基)氧化膦、二(4-羟基苯基)(1-萘基)氧化膦、三(4-羟基苯基)氧化膦、三(1-萘基)氧化膦、三(2-萘基)氧化膦、二(4-苯氧基苯基)(4-羟基苯基)氧化膦、二(4-羟基苯基)(4-苯氧基苯基)氧化膦、三(4-苯氧基苯基)氧化膦、二(2,4,5-三甲基苯基)(4-羟基苯基)氧化膦、二(4-羟基苯基)(2,4,5-三甲基苯基)氧化膦、三(2,4,5-三甲基苯基)氧化膦、二(叔丁基)(4-羟基苯基)氧化膦、二(4-羟基-苯基)(叔丁基)氧化膦、三(叔丁基)氧化膦等,和它们的组合。在一些实施方式中,该三烃基氧化膦为三苯基氧化膦。
所述组合物包括含氮阻燃剂,该含氮阻燃剂选自磷酸三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺、多磷酸三聚氰胺、和它们的混合物。这些含氮阻燃剂可以总体上由下式表示:
其中g为1~约10,000,f和g的比值为约0.5∶1~约1.7∶1,具体为0.7∶1~1.3∶1,更具体为0.9∶1~1.1∶1。应理解的是,此式包括多磷酸基团中的一个或多个质子转移到三聚氰胺基团中得到的物质。当g为1时,该含氮阻燃剂为磷酸三聚氰胺(化学文摘登记号20208-95-1)。当g为2时,该含氮阻燃剂为焦磷酸三聚氰胺(化学文摘登记号15541-60-3)。当g平均大于2时,该含氮阻燃剂为多磷酸三聚氰胺(化学文摘登记号56386-64-2)。在一些实施方式中,含氮阻燃剂为焦磷酸三聚氰胺、多磷酸三聚氰胺、或其混合物。在含氮阻燃剂为多磷酸三聚氰胺的一些实施方式中,g的平均值为大于2~约10,000,具体为约5~约1,000,更具体为约10~约500。在含氮阻燃剂为多磷酸三聚氰胺的一些实施方式中,g的平均值为大于2~约500。制备磷酸三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺和多磷酸三聚氰胺的方法是本领域已知的,它们全都可以商购得到。例如,多磷酸三聚氰胺可以通过将多磷酸和三聚氰胺反应来制备,如Kasowski等人的美国专利6,025,419所述;或者多磷酸三聚氰胺可以通过在290℃将焦磷酸三聚氰胺加热至恒重来制备,如Jacobson等人的国际专利申请WO 98/08898A1所述。
含氮阻燃剂相对于热固化可固化组合物所用的的温度可具有低挥发度。例如,在一些实施方式中,当含氮阻燃剂以20℃/分钟的速率从25℃加热到280℃时,特别从25℃加热到300℃时,更特别从25℃加热到320℃时,热重分析的重量损失小于1%。
可固化组合物的组分可以宽范围的含量进行混合。例如,在一些实施方式中,可固化组合物包括约5~约70重量份官能化聚(亚芳基醚);约30~约95重量份乙烯基热固性树脂;和约5~约50重量份阻燃剂组合物,所述阻燃剂组合物包括约2~约48重量份三烃基氧化膦和约2~约48重量份含氮阻燃剂,其中所有重量份均基于100重量份总的官能化聚(亚芳基醚)和乙烯基热固性树脂。在上述范围的5~70重量份内,官能化聚(亚芳基醚)的量可以为约10~约60重量份。在上述范围的约30~约95重量份内,乙烯基热固性树脂的量可以为约40~约90重量份。在上述范围的约5~约50重量份内,阻燃剂组合物的量可以为约10~约40重量份,具体为约15~约30重量份。在上述范围的约2~约48重量份内,三烃基氧化膦的量可以为约5~约30重量份,具体为约10~约20重量份,更具体为约10~约15重量份。在上述范围的约2~约48重量份内,含氮阻燃剂的量可以为约5~约30重量份,具体为约10~约25重量份,更具体为约10~约20重量份,还更具体为约10~约15重量份。
除了官能化聚(亚芳基醚)、乙烯基热固性树脂和阻燃剂组合物之外,可固化组合物还任选包括固化引发剂、固化抑制剂、或其组合。固化引发剂的非限制性实例包括Smith等人的美国专利5,407,972、Katayose等人的美国专利5,218,030和Zarnoch等人的美国专利7,067,595中描述的那些。固化引发剂可以包括任何能够在高温下产生自由基的化合物。这些固化引发剂可以包括过氧类和非过氧类自由基引发剂。有用的过氧引发剂的实例包括,例如,过氧化苯甲酰,过氧化二异丙苯,甲基乙基酮过氧化物,月桂基过氧化物,过氧化环己酮,叔丁基氢过氧化物,叔丁基苯氢过氧化物,过辛酸叔丁酯,2,5-二甲基己烷-2,5-二氢过氧化物,2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)-己-3-炔,二-叔丁基过氧化物,叔丁基异丙苯基过氧化物,α,α′-二(叔丁基过氧基-m-异丙基)苯,2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷,二(叔丁基过氧基)间苯二甲酸酯,叔丁基过氧基苯甲酸酯,2,2-二(叔丁基过氧基)丁烷,2,2-二(叔丁基过氧基)辛烷,2,5-二甲基-2,5-二(苯甲酰基过氧基)己烷,二(三甲基甲硅烷基)过氧化物,三甲基甲硅烷基苯基三苯基甲硅烷基过氧化物,等等,以及它们的混合物。合适的非过氧引发剂包括,例如2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷、2,3-三甲基甲硅烷基氧基-2,3-二苯基丁烷等,和它们的混合物。固化引发剂可以进一步包括能够引发不饱和组分的阴离子聚合的任何化合物。这类阴离子聚合引发剂包括,例如碱金属氨化物,例如氨化钠(NaNH2)和二乙基氨化锂(LiN(C2H5)2),C1-C10烷氧化物的碱金属和铵盐,碱金属氢氧化物,氢氧化铵,碱金属氰化物,有机金属化合物例如烷基锂化合物-正丁基锂;格氏试剂例如苯基溴化镁等;和它们的组合。在优选的实施方案中,固化引发剂可以包括叔丁基过氧苯甲酸酯或二异丙苯过氧化物。固化引发剂可以在约0℃~约200℃的温度下促进固化。当使用时,固化引发剂通常的用量为每100重量份总的官能化聚(亚芳基醚)和乙烯基热固性树脂约0.005-约1重量份。
合适的固化抑制剂包括,例如重氮氨基苯、苯基乙炔、对称-三硝基苯(sym-trinitrobenzene)、对-苯醌、乙醛、苯胺缩合物、N,N’-二丁基-邻-亚苯基二胺、N-丁基-对-氨基苯酚、2,4,6-三苯基苯氧基、邻苯三酚、儿茶酚、氢醌、单烷基氢醌、对-甲氧基苯酚、叔丁基氢醌、C1-C6烷基取代的儿茶酚(如4-叔丁基儿茶酚)、二烷基氢醌、2,4,6-二氯硝基苯酚、卤素-邻-硝基苯酚、烷氧基氢醌、苯酚和儿茶酚的单-和二-以及多硫化物,醌(quinone)的硫醇、肟和腙、吩噻嗪、二烷基羟胺等,和它们的组合。合适的固化抑制剂进一步包括含有游离羟基的聚(亚芳基醚)。当存在时,固化抑制剂的量可以为每100重量份总的官能化聚(亚芳基醚)和乙烯基热固性树脂约0.001-约10重量份。
任选地,可固化组合物还包括无机填料。合适的无机填料包括,例如,氧化铝、二氧化硅(包括凝熔二氧化硅和结晶二氧化硅)、氮化硼(包括球形氮化硼)、氮化铝、氮化硅、氧化镁、硅酸镁、玻璃纤维、玻璃垫等,和它们的组合。当存在时,无机填料的用量可以为约2-约95wt%,基于可固化组合物的总重。在一些实施方式中,可固化组合物包括少于50wt%的填料,或少于30wt%的填料,或少于10wt%的填料。在一些实施方式中,可固化组合物不含无机填料(即,该组合物包含小于0.1wt%的添加的无机填料)。
任选地,组合物还可以包含一种或多种添加剂,例如,染料、颜料、着色剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、增塑剂、润滑剂、流动改性剂、防滴剂、防粘连剂、抗静电剂、流动促进剂、加工助剂、基板粘合剂、脱模剂、增韧剂、低收缩添加剂、应力消除添加剂,和它们的组合。
一种实施方式是可固化组合物,由以下物质组成:官能化聚(亚芳基醚);乙烯基热固性树脂;由三烃基氧化膦和含氮阻燃剂组成的阻燃剂组合物;任选的填料;任选的固化引发剂、固化抑制剂、或其组合;以及任选的添加剂,该添加剂选自染料、颜料、着色剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、增塑剂、润滑剂、流动改性剂、防滴剂、阻燃剂、防粘连剂、抗静电剂、流动促进剂、加工助剂、基板粘合剂、脱模剂、增韧剂、低收缩添加剂、应力消除添加剂,和它们的组合。
一种实施方式是可固化组合物,包括:封端的聚(亚芳基醚);氰脲酸三烯丙酯、异氰脲酸三烯丙酯、或其组合;以及阻燃剂组合物,该阻燃剂组合物包括三苯基氧化膦和多磷酸三聚氰胺。
一种实施方式是可固化组合物,由以下物质组成:封端的聚(亚芳基醚);氰脲酸三烯丙酯,异氰脲酸三烯丙酯,或其组合;由三苯基氧化膦和多磷酸三聚氰胺组成的阻燃剂组合物;任选的填料;任选的固化引发剂、固化抑制剂、或其组合;以及任选的添加剂,该添加剂选自染料、颜料、着色剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、增塑剂、润滑剂、流动改性剂、防滴剂、阻燃剂、防粘连剂、抗静电剂、流动促进剂、加工助剂、基板粘合剂、脱模剂、增韧剂、低收缩添加剂、应力消除添加剂,和它们的组合。
一种实施方式是可固化组合物,包括:约10~约60重量份甲基丙烯酸酯封端的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)树脂,其特性粘度在25℃、氯仿中测量时为约0.03~约0.30分升/克;约40~约90重量份异氰脲酸三烯丙酯;以及约5~约40重量份阻燃剂组合物,该阻燃剂组合物包括约2~约38重量份三苯基氧化膦和约2~约38重量份多磷酸三聚氰胺;其中所有重量份均基于100重量份总的甲基丙烯酸酯封端的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)树脂和异氰脲酸三烯丙酯。
一种实施方式是可固化组合物,由以下物质组成:约10~约60重量份甲基丙烯酸酯封端的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)树脂,其特性粘度在25℃、氯仿中测量时为约0.03~约0.30分升/克;约40~约90重量份异氰脲酸三烯丙酯;和约5~约40重量份阻燃剂组合物,该阻燃剂组合物由约2~约38重量份三苯基氧化膦和约2~约38重量份多磷酸三聚氰胺组成;任选的至多900重量份填料;任选的固化引发剂、固化抑制剂、或其组合;以及任选的添加剂,该添加剂选自染料、颜料、着色剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、增塑剂、润滑剂、流动改性剂、防滴剂、阻燃剂、防粘连剂、抗静电剂、流动促进剂、加工助剂、基板粘合剂、脱模剂、增韧剂、低收缩添加剂、应力消除添加剂,及其组合;其中所有重量份均基于100重量份总的甲基丙烯酸酯封端的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)树脂和异氰脲酸三烯丙酯。
一种实施方式是可固化组合物,包括:约10~约60重量份甲基丙烯酸酯封端的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)树脂,其特性粘度在25℃、氯仿中测量时为约0.03~约0.30分升/克;约40~约90重量份异氰脲酸三烯丙酯;以及约15~约30重量份阻燃剂组合物,该阻燃剂组合物包括约2~约28重量份三苯基氧化膦和约2~约28重量份多磷酸三聚氰胺;其中所有重量份均基于100重量份总的甲基丙烯酸酯封端的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)树脂和异氰脲酸三烯丙酯。
一种实施方式是可固化组合物,由以下物质组成:约10~约60重量份甲基丙烯酸酯封端的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)树脂,其特性粘度在25℃、氯仿中测量时为约0.03~约0.30分升/克;约40~约90重量份异氰脲酸三烯丙酯;以及约15~约30重量份阻燃剂组合物,该阻燃剂组合物由约2~约28重量份三苯基氧化膦和约2~约28重量份多磷酸三聚氰胺组成;任选的至多900重量份填料;任选的固化引发剂、固化抑制剂、或其组合;以及任选的添加剂,该添加剂选自染料、颜料、着色剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、增塑剂、润滑剂、流动改性剂、防滴剂、阻燃剂、防粘连剂、抗静电剂、流动促进剂、加工助剂、基板粘合剂、脱模剂、增韧剂、低收缩添加剂、应力消除添加剂,及其组合;其中所有重量份均基于100重量份总的甲基丙烯酸酯封端的聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基醚)树脂和异氰脲酸三烯丙酯。
另一实施方式是制备可固化组合物的方法,包括:共混官能化聚(亚芳基醚)、乙烯基热固性树脂和阻燃剂组合物,该阻燃剂组合物包括三烃基氧化膦和含氮阻燃剂,该含氮阻燃剂选自磷酸三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺、多磷酸三聚氰胺、和它们的混合物。
其他实施方式包括在固化上述任意可固化组合物之后得到的固化组合物。对于可以固化组合物的方法没有特别限制。例如,组合物可以通过热或使用辐射技术固化,包括射频加热、UV辐射和电子束辐射。例如,组合物可以通过用无线电频率加热10秒来引发链反应固化而固化。当使用热固化时,所选的温度可以为约80°-约300℃,加热时间可以为约5秒至约24小时。可以在多个步骤中进行固化,每个步骤的时间和温度不同。例如,可以分阶段固化,得到部分固化且常常是无粘性的树脂,然后通过加热更长时间或在更高温度下加热完全固化。热固性技术领域的技术人员无需过多的实验就能确定合适的固化条件。在一些实施方式中,可以部分固化组合物。然而,本文中提到的“固化的组合物”或“固化之后的组合物”的性质通常指基本上完全固化的组合物。热塑性技术领域的技术人员无需过多的实验就能确定样品是否基本上完全固化。例如,通过差示扫描量热法分析样品,寻找在分析过程中发生额外固化的放热指示。基本上完全固化的样品在该分析中将不显示出或者显示出很少的放热。
固化组合物对于所使用的阻燃剂组合物量而言是高度阻燃的。在一些实施方式中,根据标题为“Test for Flammability of Plastic Materials for Parts inDevices and Appliances”(第5版,1996年10月29日)的UnderwritersLaboratories Standard UL 94的垂直燃烧火焰测试(Vertical Burning Flame Test)的方法,固化组合物显示为V-0等级。V-0等级的要求包括:单次燃烧时间不大于10秒,每根试条的第一次燃烧时间和第二次燃烧时间之和不大于10秒,没有点燃棉花指示物的燃烧颗粒或滴落物。
本发明包括含有部分或完全固化的组合物的制品。组合物的阻燃性、抗冲性和优异的介导性质使得它对于制造电子元件特别有用。例如,可固化组合物可用于形成预浸料,该预浸料进而用于形成电路板。本文描述的组合物还可用于制造复合泡沫塑料(syntactic foams),如用作绝缘材料和各种纤维增强应用中的那些,如整体模塑料(bulk molding compound)和片状模塑料(sheet molding compound)。