CN104031222B - 一种活性酯树脂及热固性树脂组合物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活性酯树脂及由其组成的热固性树脂组合物。通过在活性酯树脂结构中引入高耐热性酰亚胺环，同时酰亚胺环之间具有较长的链段长度，赋予了固化物优异的耐热性的同时兼具良好的韧性，从而得到了具有低介电常数、低介电损耗正切，且兼具优异的耐热性能和韧性的热固性树脂组合物。

Description

一种活性酯树脂及热固性树脂组合物

技术领域

本发明涉及一种活性酯树脂、热固性树脂组合物，以及使用该树脂组合物制作的半固化片和层压板，属于电子材料技术领域。

背景技术

近年来，随着信息处理和信息传输高速高频化技术的不断推进，对印制电路基板材料在介电性能方面提出越来越高的要求。简单来说，即印制电路基板材料需要具备较低的介电常数和介电损耗正切，以减少高速传输时信号的延迟、失真和损耗，以及信号之间的干扰。因此，期望提供一种热固性树脂组合物，使用这种热固性树脂组合物制作的印制电路板材料在高速化、高频化的信号传输过程能表现出充分低的低介电常数和低介电损耗正切。

现有技术中，以环氧树脂及其固化剂为必需成分的热固性树脂组合物制备的材料具有良好的耐热性、绝缘性、加工性和成本低廉等优点，因此广泛应用于半导体、印制电路板等电子材料中。环氧树脂常用的固化剂有多胺、酸酐、酚醛树脂等。如胺类、酚醛树脂这类分子结构中含有活性氢的固化剂，其固化的环氧树脂中存在大量的羟基，这会导致固化物的吸水率上升，耐湿热性能和介电性能下降。酸酐固化的环氧树脂，虽然不存在羟基，但是酸酐的反应性差，要求的固化条件苛刻。

为了解决常用固化剂固化环氧树脂时出现的上述问题，人们发现活性酯是一种很有前景的环氧树脂固化剂。活性酯在较温和的条件下就可以和环氧树脂发生反应；同时，活性酯固化的环氧树脂，不含有羟基，取而代之的是酯基，可以得到耐湿热性能和介电性能优良的环氧树脂固化产物。日本专利特开JP2002012650A，JP2003082063A，JP2004155990A，JP2009235165A及JP2012246367A中公开了一系列活性酯树脂，将其用作环氧树脂固化剂，可以明显降低环氧树脂固化物的介电常数和介电损耗。但是，这些活性酯树脂固化的环氧树脂均存在耐热性能不足的问题，难以兼顾耐热性能和低介电常数、低介电损耗正切，因而不能满足材料实际应用中的要求。

因此，需要研发一种新的活性酯树脂，使其在提高树脂组合物介电性能的前提下，保持组合物具有较高的耐热性、较低的吸湿率及较好的耐湿热性。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种活性酯树脂及热固性树脂组合物。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种活性酯树脂，其特征在于，所述活性酯树脂的结构式如下：

其中，n为1～10的整数，x为1～5的整数，y为1～10的整数；

Ar选自下列结构式中的一种：

R为碳原子数小于等于5的烷基，或苯基、甲基苯基、联苯基、正丙基苯基、异丙基苯基、叔丁基苯基、4-马来酰亚胺基苯基、对硝基苯基。

上述技术方案中的活性酯树脂可以通过如下方法制得：首先，N-(4-羟基苯基)马来酰亚胺和小分子酚化合物的混合物在酸性条件下，与适量的甲醛反应生成线型多官能酚化合物；接着，将前述制得的多官能酚化合物、羧酸或其酰氯在一定的催化条件下制得上述技术方案中的活性酯树脂。

上述技术方案中，活性酯树脂的酯基官能团当量为200～300g/eq。

优选的，所述Ar选自下列结构式中的一种：

本发明同时请求保护一种热固性树脂组合物，以固体重量计，包括：

(a)活性酯树脂：50～150份；

(b)环氧树脂：100份；

所述活性酯树脂的结构式如下：

其中，n为1～10的整数，x为1～5的整数，y为1～10的整数；

Ar选自下列结构式中的一种：

R为碳原子数小于等于5的烷基，或苯基、甲基苯基、联苯基、正丙基苯基、异丙基苯基、叔丁基苯基、4-马来酰亚胺基苯基、对硝基苯基。

上述技术方案中，所述环氧树脂选自双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、含磷环氧树脂、含氮环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、双酚A酚醛环氧树脂、苯酚酚醛环氧树脂、甲酚酚醛环氧树脂、三苯基甲烷环氧树脂、四苯基乙烷环氧树脂、联苯型环氧树脂、萘环型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂、异氰酸酯型环氧树脂、芳烷基线型酚醛环氧树脂、脂环族类环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂中一种或几种。

优选的，所述环氧树脂选自联苯型环氧树脂、萘环型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂、芳烷基线型酚醛环氧树脂中的一种或几种。

上述技术方案中，还包括胺系化合物、酰胺系化合物、酸酐系化合物、酚系化合物、氰酸酯等固化剂。具体而言，胺系固化剂可以是二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯砜、二亚乙基三胺、双马来酰亚胺、双羧基邻苯二甲酰亚胺、咪唑等；酰胺系化合物可以是双氰胺、低分子聚酰胺等；酸酐系化合物可以是邻苯二甲酸酐、偏苯三甲酸酐、均苯四甲酸二酐、马来酸酐、氢化邻苯二甲酸酐、纳迪克酸酐等；酚系化合物可以是含磷酚醛树脂、含氮酚醛树脂、双酚A酚醛树脂、苯酚酚醛树脂、萘酚酚醛树脂、联苯改性酚醛树脂、联苯改性萘酚树脂、双环戊二烯苯酚加成型树脂、苯酚芳烷基树脂、萘酚芳烷基树脂、三羟甲基甲烷树脂、苯并噁嗪树脂等。

上述技术方案中，还包括阻燃剂、无机填料和固化促进剂。

所述阻燃剂可以是溴系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、有机硅阻燃剂、有机金属盐阻燃剂、无机系阻燃剂等。其中，溴系阻燃剂可以是十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、溴化苯乙烯或者四溴邻苯二甲酰胺。磷系阻燃剂可以是无机磷、磷酸酯化合物、膦酸化合物、次膦酸化合物、氧化膦化合物、有机系含氮磷化合物等通用有机磷系化合物、以及9,10-二氢-9氧杂-10-膦杂菲-10-氧化物、10-(2，5二羟基苯基)-9,10-二氢-9氧杂-10-膦杂菲-10-氧化物、10-苯基-9,10-二氢-9-氧杂-10-膦菲-10-氧化物等DOPO结构的有机含磷化合物和使用其与环氧树脂、酚醛树脂等化合物反应而成的衍生物等。氮系阻燃剂可以是三嗪化合物、氰尿酸化合物、异氰酸化合物、吩噻嗪等。有机硅阻燃剂可以是有机硅油、有机硅橡胶、有机硅树脂等。有机金属阻燃剂可以是二茂铁、乙酰丙酮金属络合物、有机金属羰基化合物等。无机系阻燃剂可以是氢氧化铝、氢氧化镁、氧化铝、氧化钡等。

所述无机填料的含量相对于热固性树脂组合物总计100重量份，为5～300重量份。所述无机填料选自结晶型二氧化硅、熔融二氧化硅、球形二氧化硅、氧化铝、氢氧化铝、氮化铝、氮化硼、二氧化钛、钛酸锶、钛酸钡、硫酸钡、滑石粉、硅酸钙、碳酸钙、云母、聚四氟乙烯中的一种或几种。

所述固化促进剂根据实际情况添加使用，可以选自二甲基氨基吡啶、叔胺及其盐、咪唑、有机金属盐、三苯基膦及其鏻盐等。

上述热固性树脂组合物中，还可以根据实际情添加使用硅烷偶联剂、颜料、乳化剂、分散剂等添加剂。

上述热固性树脂组合物，可以用于制造半导体密封材料、积层用粘接薄膜、粘结剂、树脂浇铸材料、导电糊剂等。

本发明同时请求保护采用上述树脂组合物制作的半固化片，将上述树脂组合物用溶剂溶解制成胶液，然后将增强材料浸渍在上述胶液中；将浸渍后增强材料加热干燥后，即可得到所述半固化片。

所述的溶剂选自丙酮、丁酮、甲苯、甲基异丁酮、N、N-二甲基甲酰胺、N、N-二甲基乙酰胺、乙二醇甲醚、丙二醇甲醚中的一种或几种。所述的增强材料可采用天然纤维、有机合成纤维、有机织物或者无机织物。

本发明同时请求保护采用上述树脂组合物制作的层压板，在一张由上述的半固化片的单面或双面覆上金属箔，或者将至少2张由上述半固化片叠加后，在其单面或双面覆上金属箔，热压成形，即可得到所述层压板。

所述半固化片的数量是根据要求的层压板厚度来确定，可用一张或多张。所述金属箔，可以是铜箔，也可以是铝箔，它们的厚度没有特别限制。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明设计了一种新的活性酯树脂，通过在活性酯树脂结构中引入高耐热性酰亚胺环，同时酰亚胺环之间具有较长的链段长度，赋予了固化物优异的耐热性的同时兼具良好的韧性，从而得到了具有低介电常数、低介电损耗正切，且兼具优异的耐热性能和韧性的热固性树脂组合物。

2.实际应用证明：采用本发明的活性酯树脂固化环氧树脂，明显提高了环氧树脂组合物固化后的玻璃化转变温度，得到了兼具低介电常数、低介电损耗正切、优异的耐热性能和韧性的材料，取得了显著的效果，具有积极的现实意义。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步描述。

实施例和对比例：

实施例1～3是本发明活性酯树脂的合成，对比例1～2是普通酚醛型活性酯树脂的合成，实施例4～8和对比例3～4是热固性树脂组合物的制备和物性评价。下文中无特别说明的，“份”代表“重量份”，“％”代表“重量％”。

实施例1

在安装有温度计、冷凝管、搅拌器的烧瓶中投入N-(4-羟基苯基)马来酰亚胺(40g，0.21mol)、苯酚(160g，1.70mol)和草酸(10g)，混合搅拌均匀后，置于70℃的恒温水浴中；然后，在搅拌下，用0.5小时向烧瓶中滴加甲醛溶液(125mL，酚/醛的比例为1/0.8)。加完甲醛后，维持70℃的温度和搅拌条件反应15小时。接着，用400mL丙酮将反应产物溶解稀释，然后再用40％的甲醇的水溶液沉淀反应产物。重复以上溶解-沉淀操作3～5次，将其过滤、分离、干燥得到纯净的含氮多官能酚化合物。

取上述方法制得的多官能酚化合物130g和甲基异丁基酮溶剂500g置于烧瓶中充分混合溶解，将反应体系内减压通氮气，并将体系温度控制在65℃。然后，投入155g苯甲酰氯(1.1mol)，接着，用3小时往体系中滴加20％的氢氧化钠溶液210g，滴加完毕后，在65℃下维持反应3小时。反应完成后，分离除去水层。接着再往体系中加入水，搅拌清洗，分离除去水层。重复以上清洗操作3～5次。然后抽真空减压将甲基异丁基酮除去，得到活性酯树脂(A-1)，其结构如下：

其中，n为1～10的整数，x为1～5的整数，y为1～10的整数；

其中，Ar为：R为：

该活性酯树脂(A-1)的官能团当量根据投入比为233g/eq。

实施例2

在安装有温度计、分馏器、冷凝管、搅拌器的烧瓶中投入N-(4-羟基苯基)马来酰亚胺(80g，0.42mol)、苯酚(120g，1.28mol)和草酸(10g)，混合搅拌均匀后，置于70℃的恒温水浴中。然后，在搅拌下，用0.5小时向烧瓶中滴加甲醛溶液(110mL，37％甲醛水溶液，酚/醛的比例为1/0.8)。加完甲醛后，维持60℃的温度和搅拌条件反应15小时。接着，用500mL丙酮将反应产物溶解稀释，然后再用40％的甲醇的水溶液沉淀反应产物。重复以上溶解-沉淀操作3～5次，将其过滤、分离、干燥得到纯净的含氮多官能酚化合物。

取上述方法制得的多官能酚化合物142g和甲基异丁基酮溶剂600g置于烧瓶中充分混合溶解，将反应体系内减压通氮气，并将体系温度控制在60℃。然后，投入155g苯甲酰氯(1.1mol)，接着，用3小时往体系中滴加20％的氢氧化钠溶液210g，滴加完毕后，在65℃下维持反应3小时。反应完成后，分离除去水层。接着再往体系中加入水，搅拌清洗，分离除去水层。重复以上清洗操作3～5次。然后抽真空减压将甲基异丁基酮除去，得到活性酯树脂(A-2)，其结构同实施例一的(A-1)。

该活性酯树脂(A-2)的官能团当量根据投入比为247g/eq。

实施例3

在安装有温度计、分馏器、冷凝管、搅拌器的烧瓶中投入N-(4-羟基苯基)马来酰亚胺(60g，0.32mol)、双酚A(120g，0.44mol)和草酸(10g)，混合搅拌均匀后，置于70℃的恒温水浴中。然后，在搅拌下，用0.5小时向烧瓶中滴加甲醛溶液(50mL，37％甲醛水溶液，酚/醛的比例为1/0.8)。加完甲醛后，维持60℃的温度和搅拌条件反应15小时。接着，用500mL丙酮将反应产物溶解稀释，然后再用40％的甲醇的水溶液沉淀反应产物。重复以上溶解-沉淀操作3～5次，将其过滤、分离、干燥得到纯净的含氮多官能酚化合物。

取上述方法制得的多官能酚化合物149g和甲基异丁基酮溶剂600g置于烧瓶中充分混合溶解，将反应体系内减压通氮气，并将体系温度控制在60℃。然后，投入155g苯甲酰氯(1.1mol)，接着，用3小时往体系中滴加20％的氢氧化钠溶液210g，滴加完毕后，在65℃下维持反应3小时。反应完成后，分离除去水层。接着再往体系中加入水，搅拌清洗，分离除去水层。重复以上清洗操作3～5次。然后抽真空减压将甲基异丁基酮除去，得到活性酯树脂(A-3)，其结构如下：

其中，n为1～10的整数，x为1～5的整数，y为1～10的整数；

其中，Ar为：

该活性酯树脂(A-3)的官能团当量根据投入比为254g/eq。

对比例1

在安装有温度计、分馏器、冷凝管、搅拌器的烧瓶中，投入106酚醛树脂(普通线型酚醛树脂，羟基当量106g/eq)和甲基异丁基酮溶剂500g置于烧瓶中充分混合溶解，将反应体系内减压通氮气，并将体系温度控制在60℃。然后，投入155g苯甲酰氯(1.1mol)，接着，用3小时往体系中滴加20％的氢氧化钠溶液210g，滴加完毕后，在65℃下维持反应3小时。反应完成后，分离除去水层。接着再往体系中加入水，搅拌清洗，分离除去水层。重复以上清洗操作3～5次。然后抽真空减压将甲基异丁基酮除去，得到活性酯树脂(B-1)，其结构如下：

其中n为1～10的整数。

该活性酯树脂(B-1)的官能团当量根据投入比为210g/eq。

对比例2

在安装有温度计、分馏器、冷凝管、搅拌器的烧瓶中，投入125酚醛树脂(双酚A型酚醛树脂，羟基当量125g/eq)和甲基异丁基酮溶剂550g置于烧瓶中充分混合溶解，将反应体系内减压通氮气，并将体系温度控制在60℃。然后，投入155g苯甲酰氯(1.1mol)，接着，用3小时往体系中滴加20％的氢氧化钠溶液210g，滴加完毕后，在65℃下维持反应3小时。反应完成后，分离除去水层。接着再往体系中加入水，搅拌清洗，分离除去水层。重复以上清洗操作3～5次。然后抽真空减压将甲基异丁基酮除去，得到活性酯树脂(B-2)，其结构如下：

其中n为1～10的整数。

该活性酯树脂(B-2)的官能团当量根据投入比为229g/eq。

实施例4～8和对比例3～4

根据表1记载的配方，混配双环戊二烯型环氧树脂(环氧当量265g/eq，软化点80℃)、环氧树脂固化剂，进而，加入二甲基氨基吡啶0.5phr作为固化促进剂，将所有组分充分溶解于乙二醇甲醚中配制成固含量为60％的树脂组合物。

其中实施例4～8的环氧树脂固化剂是(A-1)至(A-3)的活性酯树脂，对比例1～2的环氧树脂固化剂是(B-1)、(B-2)的活性酯树脂。

接着在下述条件下制成层压板，并通过下述方法评价阻燃性、耐湿热性能和介电特性。结果显示于表1。

<层压板制作条件>

基材：普通电子级2116玻纤布；

层数：5；

成型后板材厚度：1.0mm；

预浸渍半固化条件：165℃/5min；

固化条件：150℃/60min+190℃/120min；

<阻燃性>依据UL94法测定。

<耐热性>用玻璃化转变温度(Tg)表征耐热性，根据差示扫描量热法，按照IPC-TM-6502.4.25所规定的DSC方法进行测定。

<介电常数和介电损耗正切的测定>介电常数按照IPC-TM-6502.5.5.9使用平板法，测定1GHz下的介电常数；介电损耗正切：按照IPC-TM-6502.5.5.9使用平板法，测定1GHz下的介电损耗因子。

<落锤冲击韧性>以此表征层压板的韧性，使用冲击仪，冲击仪落锤高度45cm，下落重锤重量1Kg。按照如下标准评判韧性的好与差：落锤敲击在层压板上的十字形状越清晰，说明产品的韧性越好；十字形状清晰，说明韧性好，记为字符◎；十字形状模糊，说明韧性差，记为字符Δ；十字介于清晰与模糊之间，记为字符□。

表1

表1的脚注：

A-1：实施例1中制得的活性酯树脂(A-1)；

A-2：实施例2中制得的活性酯树脂(A-2)；

A-3：实施例3中制得的活性酯树脂(A-3)；

B-1：对比例1中制得的活性酯树脂(B-1)；

B-2：对比例2中制得的活性酯树脂(B-2)；

阻燃剂：含磷酚醛树脂，磷含量9.2％wt；

固化促进剂：2-甲基-4-乙基咪唑；

填料：二氧化硅。

从上表1可见，对比例3～4使用普通酚醛型活性酯树脂固化环氧树脂，得到的固化物虽然具有较低的介电常数、介电损耗正切值，但是其玻璃化转变温度较低，耐热性能差。实施例4～8采用的是本发明中的活性酯树脂固化环氧树脂，明显提高了环氧树脂组合物固化后的玻璃化转变温度，同时还保证了材料的耐热性能，得到了兼具低介电常数、低介电损耗正切、优异的耐热性能和韧性的材料。

Claims (8)

1.一种活性酯树脂，其特征在于，所述活性酯树脂的结构式如下：

其中，n为1～10的整数，x为1～5的整数，y为1～10的整数；

Ar选自下列结构式中的一种：

R为碳原子数小于等于5的烷基，或苯基、甲基苯基、联苯基、正丙基苯基、异丙基苯基、叔丁基苯基、4-马来酰亚胺基苯基、对硝基苯基。

2.根据权利要求1所述的活性酯树脂，其特征在于：活性酯树脂的酯基官能团当量为200～300g/eq。

3.根据权利要求1所述的活性酯树脂，其特征在于：所述Ar选自下列结构式中的一种：

4.一种热固性树脂组合物，其特征在于，以固体重量计，包括：

(a)活性酯树脂：50～150份；

(b)环氧树脂：100份；

所述活性酯树脂的结构式如下：

其中，n为1～10的整数，x为1～5的整数，y为1～10的整数；

Ar选自下列结构式中的一种：

R为碳原子数小于等于5的烷基，或苯基、甲基苯基、联苯基、正丙基苯基、异丙基苯基、叔丁基苯基、4-马来酰亚胺基苯基、对硝基苯基。

5.根据权利要求4所述的树脂组合物，其特征在于：所述环氧树脂选自联苯型环氧树脂、萘环型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂、芳烷基线型酚醛环氧树脂中的一种或几种。

6.根据权利要求4所述的树脂组合物，其特征在于：还包括阻燃剂、无机填料和固化促进剂。

7.一种采用如权利要求4～6所述的任意一种树脂组合物制作的半固化片，其特征在于：将权利要求4～6所述的任意一种树脂组合物用溶剂溶解制成胶液，然后将增强材料浸渍在上述胶液中；将浸渍后的增强材料加热干燥后，即可得到所述半固化片。

8.一种采用如权利要求7所述的半固化片制作的层压板，其特征在于：在一张由权利要求7所述的半固化片的单面或双面覆上金属箔，或者将至少2张由权利要求7所述的半固化片叠加后，在其单面或双面覆上金属箔，热压成形，即可得到所述层压板。