CN102838762A - 一种γ射线辐照制备低介电聚苯乙烯交联材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种γ射线辐照制备低介电聚苯乙烯交联材料的方法，此方法以苯乙烯为单体，过氧化苯甲酰为引发剂合成聚苯乙烯线性预聚体，该预聚体25℃温度下粘度范围为500~3500mpa?s，向该预聚体中加入交联剂二乙烯基苯并混合均匀，注入到模具并充氩气密封以γ射线引发交联反应，接受辐照剂量为1000~70000Gray，即得到聚苯乙烯交联材料。该方法无需引发剂，且能在室温下安全快速地实现交联聚合反应，制备出质轻透明、性能优异的聚苯乙烯交联材料。
Description
技术领域
本发明属于聚合物自由基本体交联聚合领域，具体涉及采用γ射线辐照聚苯乙烯进行本体交联聚合的技术，在较低的温度下无需加入引发剂即可实现聚苯乙烯的快速交联，是一种聚合物结构材料制备方法。
背景技术
低介电材料通常是指其相对介电常数低于3.6且在宽频段下介电损耗较低的材料，它是当前微波通讯、半导体等行业应用广泛的材料之一。降低通讯设备、集成电路等系统中的介电损耗，可以减弱电信号的损失、集成电路的漏电电流以及导线之间的电容效应等，对于这些系统十分重要。聚苯乙烯交联材料就是这样一种性能优异的低介电材料，它的介电常数和介电损耗在1~40GHz范围内稳定且极低，具有极广泛的应用领域。
通过自由基本体聚合制备聚苯乙烯交联材料时，需加入引发剂引发反应。首先，引发剂的存在本身对体系的介电性能有一定的影响，而反应又无法保证其完全分解且无残留物，故对聚苯乙烯交联材料介电性能的影响无法排除。其次，反应需在较高温度下引发，且过程放热剧烈；随着反应的进行，体系开始凝胶，导热系数呈指数级下降，散热困难。故体系内热量极易堆积，轻则影响分子量分布和强度，重则发生“暴聚”。考虑到散热问题，制备产品的厚度就受到了极大的限制。另外，此方法制备产品的周期较长，远远超过引发剂的半衰期，导致体系交联程度不易控制。本发明采用γ射线引发交联聚合技术，能够很好的解决以上这些问题。
γ射线辐照交联聚合是指在γ射线的辐照下，体系中的单体受激发产生自由基而引发交联聚合得到所需的高聚物。这是一项环境友好的绿色技术。它主要有以下突出的优点：（1）γ射线辐射能高，无需引发剂即可引发交联聚合；（2）反应在室温下引发，安全性高；（3）γ射线穿透能力强，可一次性制备各种厚度的聚苯乙烯交联材料；（4）反应速度快，生产效率高。
本发明所介绍的通过γ射线辐照交联聚合制备低介电聚苯乙烯交联材料的方法，扩大了辐射聚合-交联领域，对于其他同类性质材料的制备有着指导意义。
发明内容
本发明目的旨在提供一种γ射线辐照制备低介电聚苯乙烯交联材料的方法。通过控制聚苯乙烯线性预聚物的分子量，使之与交联剂充分混合，控制γ射线辐照强度，即可制备出质轻透明、性能优异的聚苯乙烯交联块体材料。
本发明提供的技术方案是：
一种低介电性能聚苯乙烯交联材料的制备方法，其方法为γ射线引发交联聚合，以苯乙烯为单体，过氧化苯甲酰为引发剂合成聚苯乙烯线性预聚体，向该预聚体中加入交联剂二乙烯基苯并混合均匀，以γ射线引发交联反应，即得到聚苯乙烯交联材料。
本发明的低介电性能聚苯乙烯交联材料的制备方法步骤为：
1）将苯乙烯和过氧化苯甲酰按质量比1000：1~40混合后，在反应釜里充入氩气，控制温度在70~85℃之间进行聚合，30~80min后得到用于γ射线照射的线性聚苯乙烯预聚体，该预聚体25℃温度下粘度范围为500~3500mPa•s（参见本申请人申请的中国发明专利CN201110185819.6）；
2）向步骤1）所得的预聚体加入交联剂二乙烯基苯，其含量为预聚体质量的0.1%~10%；
3）将步骤2）得到的混合物注入模具中，排除空气并充入氩气，密封，接受辐照剂量为1000~70000Gray的γ射线照射，即得到聚苯乙烯交联材料产物。
本发明的低介电性能聚苯乙烯交联材料制备方法的优选方案为：
1）将苯乙烯和过氧化苯甲酰按质量比1000：3混合后，在反应釜里充入氩气，控制温度在80℃进行聚合，60min后得到用于γ射线照射的线性聚苯乙烯预聚体，其在25℃温度下粘度范围为1000~2500mpa•s；
2）向步骤1）所得的预聚体加入交联剂二乙烯基苯，其含量为预聚体质量的2%；
3）将步骤2）得到的混合物注入模具中，排除空气并充入氩气，密封，接受辐照剂量为7000Gray的γ射线照射，即得到聚苯乙烯交联材料产物。
本发明将γ射线辐照技术与本体交联聚合技术结合起来，有效地解决了低介电材料制备过程当中的一些技术问题，且生产周期短，耗能少，有利于改善工作环境。
附图说明
图1：实施例1最终产物的介电常数-频率图
图2：实施例1最终产物的介电损耗-频率图
介电性能测试频率范围为1~20GHz。从图1中可看出，在1~11GHz范围内聚苯乙烯交联材料的介电常数在2.31~2.40之间呈上升趋势；在11~14GHz范围内快速下降至2.13；其后保持在2.13~2.20的范围内。从图2中可以看出，在2GHz之前，聚苯乙烯交联材料的介电损耗从0.056下降至0.023；在2~9GHz范围内基本稳定在0.001~0.023的范围；其后，由于频率的升高，介电损耗出现较大波动，在13.5GHz处达到的最大值0.236。材料介电性能优异，是优良的低介电性能材料。
具体实施方式
实施例
1
1） 将600g苯乙烯和1.8g过氧化苯甲酰混合后置于反应釜中，将反应釜抽真空后充入氩气，控制温度在80℃进行聚合，60min后得到产物聚苯乙烯线性预聚体，该预聚体25℃温度下粘度为2000mpa•s；
2） 在步骤1）所得的200g预聚体中加入4g二乙烯基苯（DVB），搅拌1h；
3） 将步骤2）得到的混合物料注入模具中，通入氩气后密封，接受剂量为7000Gray的γ射线照射，得到聚苯乙烯交联材料。
最终所得产物的介电常数见图1，介电损耗见图2。
实施例
2
1） 将600g苯乙烯和0.6g过氧化苯甲酰混合后置于反应釜中，将反应釜抽真空后充入氩气，控制温度在80℃进行聚合，70min后得到产物聚苯乙烯线性预聚体，该预聚体25℃温度下粘度为2000mpa•s；
2） 在步骤1）所得的200g预聚体中加入4g二乙烯基苯（DVB），搅拌1h；
3） 将步骤2）得到的混合物料注入模具中，通入氩气后密封，接受剂量为7000Gray的γ射线照射，得到聚苯乙烯交联材料。
实施例
3
1） 将600g苯乙烯和24g过氧化苯甲酰混合后置于反应釜中，将反应釜抽真空后充入氩气，控制温度在80℃进行聚合，40min后得到产物聚苯乙烯线性预聚体，该预聚体25℃温度下粘度为2000mpa•s；
2） 在步骤1）所得的200g预聚体中加入4g二乙烯基苯（DVB），搅拌1h；
3） 将步骤2）得到的混合物料注入模具中，通入氩气后密封，接受剂量为7000Gray的γ射线照射，得到聚苯乙烯交联材料。
实施例
4
1） 将600g苯乙烯和1.8g过氧化苯甲酰混合后置于反应釜中，将反应釜抽真空后充入氩气，控制温度在75℃进行聚合，80min后得到产物聚苯乙烯线性预聚体，该预聚体25℃温度下粘度为2000mpa•s；
2） 在步骤1）所得的200g预聚体中加入4g二乙烯基苯（DVB），搅拌1h；
3） 将步骤2）得到的混合物料注入模具中，通入氩气后密封，接受剂量为7000Gray的γ射线照射，得到聚苯乙烯交联材料。
实施例
5
1） 将600g苯乙烯和1.8g过氧化苯甲酰混合后置于反应釜中，将反应釜抽真空后充入氩气，控制温度在85℃进行聚合，30min后得到产物聚苯乙烯线性预聚体，该预聚体25℃温度下粘度为2000mpa•s；
2） 在步骤1）所得的200g预聚体中加入4g二乙烯基苯（DVB），搅拌1h；
3） 将步骤2）得到的混合物料注入模具中，通入氩气后密封，接受剂量为7000Gray的γ射线照射，得到聚苯乙烯交联材料。
实施例
6
1） 将600g苯乙烯和1.8g过氧化苯甲酰混合后置于反应釜中，将反应釜抽真空后充入氩气，控制温度在80℃进行聚合，50min后得到产物聚苯乙烯线性预聚体，该预聚体25℃温度下粘度为500mpa•s；
2） 在步骤1）所得的200g预聚体中加入4g二乙烯基苯（DVB），搅拌1h；
3） 将步骤2）得到的混合物料注入模具中，通入氩气后密封，接受剂量为7000Gray的γ射线照射，得到聚苯乙烯交联材料。
实施例
7
1） 将600g苯乙烯和1.8g过氧化苯甲酰混合后置于反应釜中，将反应釜抽真空后充入氩气，控制温度在80℃进行聚合，70min后得到产物聚苯乙烯线性预聚体，该预聚体25℃温度下粘度为3500mpa•s；
2） 在步骤1）所得的200g预聚体中加入4g二乙烯基苯（DVB），搅拌1h；
3） 将步骤2）得到的混合物料注入模具中，通入氩气后密封，接受剂量为7000Gray的γ射线照射，得到聚苯乙烯交联材料。
实施例
8
1） 将600g苯乙烯和1.8g过氧化苯甲酰混合后置于反应釜中，将反应釜抽真空后充入氩气，控制温度在80℃进行聚合，60min后得到产物聚苯乙烯线性预聚体，该预聚体25℃温度下粘度为2000mpa•s；
2） 在步骤1）所得的200g预聚体中加入0.2g二乙烯基苯（DVB），搅拌1h；
3） 将步骤2）得到的混合物料注入模具中，通入氩气后密封，接受剂量为7000Gray的γ射线照射，得到聚苯乙烯交联材料。
实施例
9
1） 将600g苯乙烯和1.8g过氧化苯甲酰混合后置于反应釜中，将反应釜抽真空后充入氩气，控制温度在80℃进行聚合，60min后得到产物聚苯乙烯线性预聚体，该预聚体25℃温度下粘度为2000mpa•s；
2） 在步骤1）所得的200g预聚体中加入20g二乙烯基苯（DVB），搅拌1h；
3） 将步骤2）得到的混合物料注入模具中，通入氩气后密封，接受剂量为7000Gray的γ射线照射，得到聚苯乙烯交联材料。
实施例
10
1） 将600g苯乙烯和1.8g过氧化苯甲酰混合后置于反应釜中，将反应釜抽真空后充入氩气，控制温度在80℃进行聚合，60min后得到产物聚苯乙烯线性预聚体，该预聚体25℃温度下粘度为2000mpa•s；
2） 在步骤1）所得的200g预聚体中加入4g二乙烯基苯（DVB），搅拌1h；
3） 将步骤2）得到的混合物料注入模具中，通入氩气后密封，接受剂量为1000Gray的γ射线照射，得到聚苯乙烯交联材料。
实施例
11
1） 将600g苯乙烯和1.8g过氧化苯甲酰混合后置于反应釜中，将反应釜抽真空后充入氩气，控制温度在80℃进行聚合，60min后得到产物聚苯乙烯线性预聚体，该预聚体25℃温度下粘度为2000mpa•s；
2） 在步骤1）所得的200g预聚体中加入4g二乙烯基苯（DVB），搅拌1h；
3） 将步骤2）得到的混合物料注入模具中，通入氩气后密封，接受剂量为70000Gray的γ射线照射，得到聚苯乙烯交联材料。
Claims (3)
1.一种低介电性能聚苯乙烯交联材料的制备方法，其特征是：其方法为γ射线引发交联聚合，以苯乙烯为单体，过氧化苯甲酰为引发剂合成聚苯乙烯线性预聚体，向该预聚体中加入交联剂二乙烯基苯并混合均匀，以γ射线引发交联反应，即得到聚苯乙烯交联材料。
2.如权利要求1所述的低介电性能聚苯乙烯交联材料的制备方法，其特征在于，制备聚苯乙烯交联材料过步骤为：
1）将苯乙烯和过氧化苯甲酰按质量比1000：1~40混合后，在反应釜里充入氩气，控制温度在70~85℃之间进行聚合，30~80min后得到用于γ射线照射的线性聚苯乙烯预聚体，该预聚体25℃温度下粘度范围为500~3500mPa•s；
2）向步骤1）所得的预聚体加入交联剂二乙烯基苯，其含量为预聚体质量的0.1~10%；
3）将步骤2）得到的混合物注入模具中，排除空气并充入氩气，密封，接受辐照剂量为1000~70000Gray的γ射线照射，即得到聚苯乙烯交联材料产物。
3.如权利要求1或2所述的低介电性能聚苯乙烯交联材料制备方法，其特征在于，制备步骤为：
1）将苯乙烯和过氧化苯甲酰按质量比1000：3混合后，在反应釜里充入氩气，控制温度在80℃进行聚合，60min后得到用于γ射线照射的线性聚苯乙烯预聚体，其在25℃温度下粘度范围为1000~2500mpa•s；
2）向步骤1）所得的预聚体加入交联剂二乙烯基苯，其含量为预聚体质量的2%；
3）将步骤2）得到的混合物注入模具中，排除空气并充入氩气，密封，接受辐照剂量为7000Gray的γ射线照射，得到聚苯乙烯交联材料产物。
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| WO2006038751A1 (en) * | 2004-10-05 | 2006-04-13 | Lg Chem, Ltd. | Process for preparing expandable polystyrene resin and expandaable polystyrene resin composition |
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