CN105073760A - 具有烷氧基甲硅烷基基团的环氧化合物,其制造方法,包含其的组合物和固化产物,及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于烷氧基甲硅烷基的环氧化合物,其展现出优异耐热性,具体是复合物中的低的热膨胀系数(CTE)和高的玻璃转变协同效应,和/或固化产物中优异的阻燃性,并且不需要单独的硅烷偶联剂;及其制造方法;包含其的组合物和固化产物。根据本发明,提供了:含烷氧基甲硅烷基的环氧化合物,其在芯具有环氧基和至少一个烷氧基甲硅烷基,其是独立地选自通式S11-S15的S1取代基或者独立地选自通式S21-S25的S2取代基;一种通过采用起始材料的环氧化物开环反应和烷氧基甲硅烷基化制造的基于烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的制造方法;含环氧化合物的环氧组合物;其固化产物;及其用途。根据本发明,当通过环氧化合物中的烷氧基甲硅烷基与填料之间的化学键合以及含烷氧基甲硅烷基的环氧化合物中的各个烷氧基甲硅烷基之间的化学键合形成复合物时,固化产物(其是含新型的基于烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的组合物的复合物)改进了化学键合效率。因此,本发明展现了复合物中所具有的低的CTE和高玻璃转化温度的优异耐热性,和/或固化产物中优异的阻燃性。
Description
技术领域
本发明涉及具有烷氧基甲硅烷基基团的环氧化合物(下文称做“烷氧基甲硅烷基化环氧化合物”),展现良好耐热性的该环氧化合物的复合物和/或展现良好阻燃性的该环氧化合物的固化产物,其制备方法,包含其的组合物,其固化产物及其用途。更具体地,本发明涉及烷氧基甲硅烷基化环氧化合物,展现良好耐热性的该环氧化合物的复合物,所述耐热性具体是低的热膨胀系数(CTE)和高的玻璃转变温度(包括无转变温度(无Tg)状态),这表示复合物不具有玻璃转变温度),且无需单独的偶联剂,本发明还涉及其制备方法,包含其的组合物,其固化产物及其用途。
背景技术
固化的环氧产物的热膨胀系数是特别高的,其水平是陶瓷材料或金属材料的CTE的数倍至数十倍。因此,在环氧化物材料与无机材料或金属材料联用的情况下,由于聚合物材料与无机材料或金属材料的不同CTE,可能导致的部件性质和可加工性发生明显劣化。例如,在平行使用硅晶片和环氧化物基材的半导体封装过程中,由于加工和/或施加的温度条件的变化导致的组成元素之间的高的CTE不匹配,可能导致产生产品缺陷,例如产生裂纹、基材中的弯曲、涂层的剥离以及基材的开裂等。
由于环氧化物材料的高CTE以及所得到的材料的尺寸变化,诸如下一代的半导体基材、印刷电路板(PCB)、封装、有机薄膜晶体管(OTFT)和挠性显示器基材的技术的开发可能受到限制。具体来说,目前在半导体和PCB领域中,由于聚合物材料具有相比金属/陶瓷材料高得多的CTE,设计者在设计要求高度集成、小型化、灵活性以及性能等的下一代部件时,在确保部件的加工性和可靠性方面面临挑战。换言之,因为聚合物材料在部件加工温度下的高的热膨胀性质,可能在其中产生缺陷,可加工性可能被限制,并且部件的设计及其中的可加工性和可靠性可能成为关心的目标。因此,为了确保电子部件的可加工性和可靠性,必须改进环氧化物材料的热膨胀性质,即尺寸稳定性。
迄今为止,为了在固化的环氧化物产品中获得低的CTE,使用了(1)环氧化合物与无机颗粒(无机填料)和/或织物的复合物的生产方法;或者(2)设计新的具有降低的CTE的环氧化合物的方法。
在形成环氧化合物和作为填料的无机颗粒的复合物以改善热膨胀性质的情况下,需要使用大量直径约为2-30μm的无机二氧化硅颗粒来获得CTE下降效应。但是,因为存在大量无机颗粒,部件的可加工性和物理性质可能降低。也就是说,大量无机颗粒的存在可能降低流动性,并且在填充窄空间过程中可能产生空穴。此外,由于添加了无机颗粒,材料的粘度可呈指数增长。此外,由于半导体结构的小型化,无机颗粒的尺寸趋于减小。在使用粒度小于或等于1μm的填料的情况下,可能加剧粘度的增加。在使用具有大的平均颗粒直径的无机颗粒的情况下,可能增加包含树脂和无机颗粒的组合物的不充分填充的频率。虽然在组合物包含有机树脂和用作填料的纤维的情况下,可大幅降低CTE,但是相比于硅芯片等,该CTE可能仍然是高的。
如上所述,由于形成环氧树脂的复合物的技术限制,用于下一代半导体基材以及PCB等的高度集成和高性能的电子部件的制造可能受到限制。因此,需要开发具有改善的脆度和粘度以及改善的耐热性(即低CTE和高的玻璃化转变温度)的环氧复合物,从而克服由于常规环氧复合物的高CTE和可加工性而造成的差的热性质。
发明内容
技术问题
本发明的一个方面提供具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物,展现出改进的耐热性(特别是低CTE和高的玻璃转变温度)的该环氧化合物的复合物,和/或展现出良好的阻燃性的该环氧化合物的固化产物。
本发明的另一个方面提供一种方法,用于制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物,展现出改进的耐热性(特别是低CTE和高的玻璃转变温度)的该环氧化合物的复合物,和/或展现出良好的阻燃性的该环氧化合物的固化产物。
本发明的另一个方面提供包含具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的环氧化物组合物,展现出改进的耐热性(特别是低CTE和高的玻璃转变温度)的该环氧化物组合物的复合物,和/或展现出良好的阻燃性的该环氧化物组合物的固化产物。
本发明的另一个方面提供包含根据本发明的实施方式的环氧化物组合物的固化产物,展现出改进的耐热性(特别是低CTE和高的玻璃转变温度)的该固化产物的复合物,和/或展现出良好的阻燃性的该固化产物的固化产物。
此外,本发明的另一个方面提供根据本发明的实施方式的环氧化物组合物的用途。
技术方案
根据本发明的第一个实施方式,提供了具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物,其在芯中具有环氧基和S1取代基或S2取代基的至少一个烷氧基甲硅烷基,所述S1取代基独立地选自化学式S11至S15,所述S2取代基独立地选自化学式S21至S25。
[化学式S1]
在化学式S11至S15中,X1是OR4、OH、NR4R5、SR4或OCONH(CH2)3SiR1R2R3,X1’是H或CONH(CH2)3SiR1R2R3,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,其余是具有1-10个碳原子的烷基,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
[化学式S2]
在化学式S21至S25中,X2是OR4、OH、NR4R5、SR4或O(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,X2’是H或(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,其余是具有1-10个碳原子的烷基,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
根据本发明的第二个实施方式,可以提供第一个实施方式的具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物,其中,所述环氧基选自化学式S41至S45。
[化学式S4(3)]
在化学式S45中,X3是OR4、OH、NR4R5、SR4、OCONH(CH2)3SiR1R2R3或O(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,X3’是H、CONH(CH2)3SiR1R2R3或(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,其余是具有1-10个碳原子的烷基,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
根据本发明的第三个实施方式,可以提供第一或第二个实施方式的具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物,其中环氧化合物的芯是双酚、联苯、萘、苯、硫代二苯酚、芴、蒽、异氰脲酸酯、三苯基甲烷、1,1,2,2-四苯基乙烷、四苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基甲烷、氨基苯酚、脂环族、脂族或酚醛清漆单元。
根据本发明的第四个实施方式,可以提供第四个实施方式的具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物,其中,所述芯选自化学式A’至N’。
在化学式D’中,-p-是-C(CH3)2-、-CH2-、-C(CF3)2-、-S-、-SO2-、
在化学式E’中,-q-是-CH2-或直接连接。
在化学式H’中,R是氢、羟基、C1-C10烷基或芳基。
在化学式K’中,S是
在化学式N’中,t是
在化学式K’至N’中,n是大于或等于1的整数。
根据本发明的第五个实施方式,可以提供第四个实施方式的具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物,其中,选自化学式A’至I’的芯通过[化学式5(2)]的连接部分相连,所述[化学式5(2)]选自化学式LG1至LG21,并且化学式J’的芯通过化学式LG2、LG9或LG16相连。
[化学式5(2)]
在化学式LG8至LG21中,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,余下是具有1-10个碳原子的烷基。
根据本发明的第六个实施方式,可以提供第五个实施方式的具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物,其中,所述具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物还包含S3取代基,其选自化学式S31至S35。
[化学式S3]
在化学式S31至S35中,X是OR4、OH、NR4R5或SR4,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
根据本发明的第七个实施方式,提供了一种制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,该环氧化合物在芯中具有环氧基和至少一个取代基S1的烷氧基甲硅烷基,所述取代基S1独立地选自化学式S11至S15,所述方法包括如下步骤:第1步骤,在存在碱和任选溶剂的情况下,通过具有至少三个环氧基的环氧化合物作为起始材料与醇(R4OH)、胺(R4R5NH)和硫醇(R4SH)中的一种反应,或者在存在酸或碱以及任选溶剂的情况下,环氧化合物与水反应,制备中间体1;以及第2-1步骤,在存在碱催化剂和任选溶剂的情况下,使得中间体1与化学式B1反应。
[化学式B1]
OCN(CH2)3SiR1R2R3
在化学式B1中,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,余下是具有1-10个碳原子的烷基。
[化学式S1]
在化学式S11至S15中,X1是OR4、OH、NR4R5、SR4或OCONH(CH2)3SiR1R2R3,X1’是H或CONH(CH2)3SiR1R2R3,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,其余是具有1-10个碳原子的烷基,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
根据本发明的第八个实施方式,提供了一种制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,该环氧化合物在芯中具有环氧基和至少一个取代基S2的烷氧基甲硅烷基,所述取代基S2独立地选自化学式S21至S25,所述方法包括如下步骤:第1步骤,在存在碱和任选溶剂的情况下,通过具有至少三个环氧基的环氧化合物作为起始材料与醇(R4OH)、胺(R4R5NH)和硫醇(R4SH)中的一种反应,或者在存在酸或碱以及任选溶剂的情况下,环氧化合物与水反应,制备中间体1;第2-2步骤,在存在碱催化剂和任选溶剂的情况下,使得中间体1与化学式B3的烯基化合物反应,制备中间体2;以及第2-3步骤,在存在金属催化剂和任选溶剂的情况下,使得中间体2与化学式B2反应。
[化学式B2]
HSiR1R2R3
在化学式B2中,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,余下是具有1-10个碳原子的烷基。
[化学式B3]
CH2=CH-(CH2)n-M
在化学式B3中,M是Cl、Br、I、-O-SO2-CH3、-O-SO2-CF3、-O-SO2-C6H4-CH3或-O-SO2-C6H4-NO2,以及n是1-10。
[化学式S2]
在化学式S21至S25中,X2是OR4、OH、NR4R5、SR4或O(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,X2’是H或(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,其余是具有1-10个碳原子的烷基,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
根据第九个实施方式,可以提供第七或第八个实施方式的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其中,作为起始材料的具有至少三个环氧基的环氧化合物包含选自化学式A’至N’的一个芯以及选自化学式S41至S44的至少三个环氧基S4(1),其中,化学式A’至I’的芯通过化学式5(1)的连接部分另外相连,所述化学式5(1)的选自化学式LG1至LG7,以及化学式J’的芯通过化学式LG2的连接部分另外相连。
在化学式D’中,-p-是C(CH3)2-、-CH2-、-C(CF3)2-、-S-、-SO2-、
在化学式E’中,-q-是-CH2-或直接连接。
在化学式H’中,R是氢、羟基、C1-C10烷基或芳基。
在化学式K’中,S是
在化学式N’中,t是
在化学式K’至N’中,n是大于或等于1的整数,
[化学式S4(1)]
[化学式5(1)]
根据第十个实施方式,可以提供第七或第八个实施方式的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其中,所述第1步骤中获得的中间体1包含:选自化学式A’至N’的芯,选自化学式S41至S46的至少一个环氧基S4(2),以及选自化学式S31至S35的至少一个S3取代基,其中,化学式A’至I’的芯通过化学式5(1)的连接部分另外相连,所述化学式5(1)选自化学式LG1至LG7,以及化学式J’的芯通过化学式LG2的连接部分另外相连。
在化学式D’中,-p-是-C(CH3)2-、-CH2-、-C(CF3)2-、-S-、-SO2-、
在化学式E’中,-q-是-CH2-或直接连接。
在化学式H’中,R是氢、羟基、C1-C10烷基或芳基。
在化学式K’中,S是
在化学式N’中,t是
在化学式K’至N’中,n是大于或等于1的整数。
[化学式S3]
在化学式S31至S35中,X是OR4、OH、NR4R5或SR4,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
[化学式S4(2)]
在化学式S41至S45中,X是OR4、OH、NR4R5或SR4,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
[化学式5(1)]
根据第十一个实施方式,可以提供第七或第八个实施方式的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其中,第2-1或2-3步骤中获得的具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物包含:选自化学式A’至N’的芯,S1取代基或S2取代基的至少一个烷氧基甲硅烷基,所述S1取代基独立地选自S11至S15,所述S2取代基独立地选自S21至S25,至少一个S4(3)的环氧基,所述S4(3)选自S41至S45,以及选自S31至S35的任选取代基,其中,化学式A’至I’的芯通过选自化学式LG1至LG21的连接部分另外相连,以及化学式J’的芯通过LG2、LG9或LG16的连接部分另外相连。
在化学式D’中,-p-是-C(CH3)2-、-CH2-、-C(CF3)2-、-S-、-SO2-、
在化学式E’中,-q-是-CH2-或直接连接。
在化学式H’中,R是氢、羟基、C1-C10烷基或芳基。
在化学式K’中,s是
在化学式N’中,t是
在化学式K’至N’中,n是大于或等于1的整数。
[化学式S1]
在化学式S11至S15中,X1是OR4、OH、NR4R5、SR4或OCONH(CH2)3SiR1R2R3,X1’是H或CONH(CH2)3SiR1R2R3,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,其余是具有1-10个碳原子的烷基,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
[化学式S2]
在化学式S21至S25中,X2是OR4、OH、NR4R5、SR4或O(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,X2’是H或(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,其余是具有1-10个碳原子的烷基,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
[化学式S3]
在化学式S31至S35中,X是OR4、OH、NR4R5或SR4,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
[化学式S4(3)]
在化学式(S45)中,X3是OR4、OH、NR4R5、SR4、OCONH(CH2)3SiR1R2R3或O(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,X3’是H、CONH(CH2)3SiR1R2R3或(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,其余是具有1-10个碳原子的烷基,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
[化学式5(2)]
在化学式LG8至LG21中,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,余下是具有1-10个碳原子的烷基。
根据第十二个实施方式,可以提供第七或第八个实施方式的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其中,在第1步骤中,基于1当量的起始材料的环氧基,0.1-20当量的醇(R4OH)和水以及0.1-10当量的胺和硫醇发生反应。
根据第十三个实施方式,可以提供第七或第八个实施方式的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其中,在室温至200℃的温度范围进行第1步骤,持续10分钟至120小时。
根据第十四个实施方式,可以提供第七个实施方式的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其中,在第2-1步骤中,基于1当量的中间体1的羟基,0.1-12当量的化学式B1的烷氧基硅烷发生反应。
根据第十五个实施方式,可以提供第八个实施方式的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其中,在第2-2步骤中,基于1当量的中间体1的羟基,0.1-10当量的化学式B3的烯基化合物的烯基发生反应。
根据第十六个实施方式,可以提供第八个实施方式的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其中,在第2-3步骤中,基于1当量的中间体2的烯基,0.1-12当量的化学式B2的烷氧基硅烷发生反应。
根据第十七个实施方式,可以提供第七个实施方式的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其中,在室温至150℃的温度范围进行第2-1步骤,持续10分钟至120小时。
根据第十八个实施方式,可以提供第八个实施方式的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其中,在室温至100℃的温度范围进行第2-2步骤,持续10分钟至120小时。
根据第十九个实施方式,可以提供第八个实施方式的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其中,在室温至120℃的温度范围进行第2-3步骤,持续10分钟至120小时。
根据第二十个实施方式,本发明提供了一种环氧化物组合物,其包含根据第一至第十六个实施方式的任意一个的具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物以及固化剂。
根据第二十一个实施方式,可以提供第二十个实施方式的环氧化物组合物,其中,还包含至少一种环氧化合物,其选自基于缩水甘油醚、基于缩水甘油、基于缩水甘油胺和基于缩水甘油酯的环氧化合物。
根据第二十二个实施方式,可以提供第二十一个实施方式的环氧化物组合物,其中,所述还包括的环氧化合物是选自下组的至少一种:基于双酚、基于联苯、基于萘、基于苯、基于硫代二苯酚、基于芴、基于蒽、基于异氰脲酸酯、基于三苯基甲烷、基于1,1,2,2-四苯基乙烷、基于四苯基甲烷、基于4,4’-二氨基二苯基甲烷、基于氨基苯酚、脂环族、脂族或酚醛清漆的环氧化合物。
根据第二十三个实施方式,可以提供第二十个实施方式的环氧化物组合物,其中还包含了固化加速剂。
根据第二十四个实施方式,可以提供第二十个实施方式的环氧化物组合物,其中,还包括选自纤维和无机颗粒的至少一种填料。
根据第二十五个实施方式,可以提供第二十四个实施方式的环氧化物组合物,其中,无机颗粒是选自下组的至少一种:至少一种金属氧化物、氮化硅、氮化铝和倍半硅氧烷,所述至少一种金属氧化物选自下组:氧化硅、氧化锆、氧化钛和氧化铝。
根据第二十六个实施方式,可以提供第二十四个实施方式的环氧化物组合物,其中,以环氧化物组合物的固体含量的总量计,包含的无机颗粒为5-95重量%。
根据第二十七个实施方式,可以提供第二十四个实施方式的环氧化物组合物,其中,纤维是选自玻璃纤维的至少一种和至少一种有机纤维,所述玻璃纤维选自:E-玻璃纤维、T-玻璃纤维、S-玻璃纤维、NE-玻璃纤维、H-玻璃纤维和石英,所述无机纤维选自下组:液晶聚酯纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、全芳族纤维、聚苯并扎索尔纤维(polybenzoxasolfiber)、尼龙纤维、聚萘二甲酸乙二醇酯纤维、聚丙烯纤维、聚醚砜纤维、聚偏氟乙烯纤维、聚硫化乙烯纤维和聚醚醚酮纤维。
根据第二十八个实施方式,可以提供第二十四个实施方式的环氧化物组合物,其中,以环氧化物组合物的固体含量的总重计,包含的纤维为10-90重量%。
根据第二十九个实施方式,可以提供第二十四个实施方式的环氧化物组合物,其中当包含纤维时,还包含了无机颗粒。
根据第三十个实施方式,可以提供第二十个实施方式的环氧化物组合物,其中,还包含了至少一种烷氧基甲硅烷基的反应催化剂,其选自无机酸、氨、KOH、NH4OH、胺、过渡金属醇盐和锡化合物,所述无机酸选自下组:硝酸、硫酸、盐酸、乙酸和磷酸。
根据第三十一个实施方式,可以提供第三十个实施方式的环氧化物组合物,其中,基于具有烷氧基甲硅烷基的环氧树脂,反应催化剂的用量为0.01-10phr。
根据第三十二个实施方式,提供了第三十个实施方式的环氧化物组合物,其中,还包含了水。
根据第三十三个实施方式,可以提供第三十二个实施方式的环氧化物组合物,其中,基于1当量的烷氧基甲硅烷基,包含了0.01-20当量的水。
根据第三十四个实施方式,本发明提供了一种包含第二十个实施方式的环氧化物组合物的电子材料。
根据第三十五个实施方式,本发明提供了一种包含第二十个实施方式的环氧化物组合物的基材。
根据第三十六个实施方式,本发明提供了一种包含第二十个实施方式的环氧化物组合物的膜。
根据第三十七个实施方式,本发明提供了一种包含第二十个实施方式的环氧化物组合物的预浸渍体。
根据第三十八个实施方式,本发明提供了一种层叠体,其包含形成在第三十七个实施方式的预浸渍体上的金属层。
根据第三十九个实施方式,本发明提供了一种印刷电路板,其包含第三十七个实施方式的预浸渍体。
根据第四十个实施方式,本发明提供了一种半导体设备,其包含安装在第三十九个实施方式的印刷电路板上的半导体器件。
根据第四十一个实施方式,本发明提供了一种包含第二十个实施方式的环氧化物组合物的半导体封装材料。
根据第四十二个实施方式,本发明提供了一种包含第四十一个实施方式的的半导体封装材料的半导体器件。
根据第四十三个实施方式,本发明提供了一种包含第二十个实施方式的环氧化物组合物的粘合剂。
根据第四十四个实施方式,本发明提供了一种包含第二十个实施方式的环氧化物组合物的涂料。
根据第四十五个实施方式,本发明提供了一种包含第二十个实施方式的环氧化物组合物的复合材料。
根据第四十六个实施方式,本发明提供了一种包含第二十个实施方式的环氧化物组合物的固化产物。
根据第四十七个实施方式,可以提供第四十六个实施方式的固化产物,其中,固化产物具有小于或等于60ppm/℃的热膨胀系数(CTE)。
根据第四十八个实施方式,可以提供第四十六个实施方式的固化产物,其中,所述固化产物具有大于或等于100℃的玻璃转变温度或者不展现出玻璃转变温度。
有益效果
根据本发明的实施方式,由于环氧化合物的烷氧基甲硅烷基与填料之间的化学键合,包含具有烷氧基甲硅烷基的新型环氧化合物的环氧化物组合物的复合物可具有改进的效果。也就是说,可降低环氧复合物的CTE,并且可提升玻璃转变温度或者可能不会展现出玻璃转变温度(无Tg)。此外,本发明的包含环氧化合物的固化产物可展现出良好的阻燃性。
此外,在将根据本发明的环氧化物组合物施加到基材的金属膜的情况下,可展现出相对于金属膜的良好粘合性,这是由于金属膜的表面的官能团与烷氧基甲硅烷基之间的化学键合导致的。此外,由于在包含具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的组合物中化学键合效率增加,在包含具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的组合物中可能不需要常规环氧化物组合物中使用的硅烷偶联剂。包含环氧化合物的环氧化物组合物可具有良好的固化(包括热固化和/或光固化)效率,且由其固化形成的复合物可展现出良好的热膨胀性质,例如低CTE和高的玻璃转变温度或无Tg(Tg-less)。
最佳模式
下面对本发明的示例性实施方式进行描述。但是,本发明的实施方式可以各种模式改进,本发明的范围不限于以下实施方式。此外,提供了示例性实施方式,为本领域技术人员更完整地解释本发明。
本发明提供了一种新的具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物,展现出改进的耐热性(特别是低CTE和高Tg或无Tg)的该环氧化合物的复合物,和/或展现出良好的阻燃性的该环氧化合物的固化产物,其制备方法,包含其的环氧化物组合物,其固化产物及其用途。
在本发明中,“复合物”指的是采用包含环氧化合物以及作为填料(纤维和/或无机颗粒)的无机材料的组合物形成的固化产物。在本发明中,“固化产物”指的是采用包含环氧化合物的组合物形成的固化产物,具体指的是采用如下物质形成的固化产物:包含任意环氧化合物(例如包含环氧化合物)的组合物;固化剂;以及选自下组的至少一种:任选的无机材料(填料)、任选的固化催化剂和其他添加剂。此外,术语“固化产物”还用来指“部分固化的产物”。
当根据本发明,通过包含具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的环氧化物组合物的固化形成复合物时,环氧基可与固化剂发生反应以进行固化反应,烷氧基甲硅烷基可与填料的表面形成界面结合(interfacebond)。因此,可在环氧复合物体系中获得非常高的化学键合效率,并因而可实现低CTE和高的玻璃转变温度增加效果。因此,可改善尺寸稳定性。此外,本发明的包含环氧化合物的固化产物展现出良好的阻燃性。
此外,当将本发明的环氧化物组合物施加到经化学加工的金属膜(例如,铜膜)时,可在通过金属表面处理产生的金属表面上与-OH基团等形成化学键,从而展现出相对于金属膜良好的粘合性。
环氧化合物
根据本发明的一个实施方式,提供了具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物,其在芯中包含环氧基和S1取代基或S2取代基的至少一个烷氧基甲硅烷基,所述S1取代基独立地选自化学式S11至S15,所述S2取代基独立地选自化学式S21至S25。
[化学式S1]
在化学式S11至S15中,X1是OR4、OH、NR4R5、SR4或OCONH(CH2)3SiR1R2R3,X1’是H或CONH(CH2)3SiR1R2R3,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,其余是具有1-10个碳原子的烷基,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
[化学式S2]
在化学式S21至S25中,X2是OR4、OH、NR4R5、SR4或O(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,X2’是H或(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,其余是具有1-10个碳原子的烷基,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
在根据本发明的实施方式的烷氧基甲硅烷基化环氧化合物中,环氧基可具有化学式S4(3)的环氧基,其选自化学式S41至S45。
[化学式S4(3)]
在化学式S45中,其中,X3是OR4、OH、NR4R5、SR4、OCONH(CH2)3SiR1R2R3或O(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,X3’是H、CONH(CH2)3SiR1R2R3或(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,其余是具有1-10个碳原子的烷基,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
烷氧基甲硅烷基化环氧化合物可以是具有双酚、联苯、萘、苯、硫代二苯酚、芴、蒽、异氰脲酸酯、三苯基甲烷、1,1,2,2-四苯基乙烷、四苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基甲烷、氨基苯酚、脂族、芳族或酚醛清漆单元作为芯结构的化合物。
此外,烷氧基甲硅烷基化环氧化合物中的芯可以是选自化学式A’至N’中的一种。
在化学式D’中,-p-是-C(CH3)2-、-CH2-、-C(CF3)2-、-S-、-SO2-、
在化学式E’中,-q-是-CH2-或直接连接。
在化学式H’中,R是氢、羟基、C1-C10烷基或芳基。
在化学式K’中,s是
在化学式N’中,t是
在化学式K’至N’中,n是大于或等于1的整数。
此外,在烷氧基甲硅烷基化环氧化合物中,芯可通过[化学式5(2)]的连接部分相连,所述[化学式5(2)]选自化学式LG1至LG21。根据需要,还可连接1至1000个芯。具体来说,化学式A’至I’的芯可通过[化学式5(2)]的连接部分LG相连,所述[化学式5(2)]选自LG1至LG21,化学式J’的芯可通过化学式LG2、LG9或LG16相连。
[化学式5(2)]
在化学式LG8至LG21中,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,余下是具有1-10个碳原子的烷基。
此外,本发明的具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物还可包含选自化学式S31至S35的S3取代基。
[化学式S3]
在化学式S31至S35中,X是OR4、OH、NR4R5或SR4,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
具体来说,例如,在芯是化学式A’的萘芯的情况下,根据本发明的实施方式的环氧化合物可表示为化学式AI,在芯是化学式B’的联苯芯的情况下,根据本发明的实施方式的环氧化合物可表示为化学式BI。下文将描述萘芯和联苯芯的具体实施方式,本领域技术人员可容易地理解根据本发明的烷氧基甲硅烷基化环氧化合物的结构,其通过连接部分相连并在其他芯中具有环氧基和烷氧基甲硅烷基等。此外,对于本领域显而易见的是,除了环氧化合物的单体之外,本发明的环氧化合物可包括包含二聚体、三聚体等在内的聚合物。
[化学式AI]
[化学式BI]
在化学式AI和BI中,多个W中的至少一个是S1取代基或S2取代基的烷氧基甲硅烷基(所述S1取代基独立地选自化学式S11至S15,所述S2取代基独立地选自化学式S21至S25),余下的是S4(3)取代基(所述S4(3)取代基独立地选自化学式S41至S45),使得该化合物可包含至少一个环氧基,除了S1、S2和S4(3)之外余下的可独立地选自H和S3取代基(所述S3取代基独立地选自化学式S31至S35)。LG可选自化学式LG1至LG21,并且m是0-1000的整数。
2.制备环氧化合物的方法
根据本发明的实施方式的烷氧基甲硅烷基化环氧化合物可通过环氧开环反应和烷氧基甲硅烷基化,经由环氧官能团与亲核试剂(例如,醇(R4OH)、水、胺(R4R5NH)和硫醇(R4SH))发生反应进行制备。因此,根据本发明的实施方式,提供了通过如下反应制备烷氧基甲硅烷基化环氧化合物的方法,该方法包括:环氧开环反应(第1步骤),通过具有至少三个环氧基的环氧化合物作为起始材料与醇(R4OH)、水、胺(R4R5NH)和硫醇(R4SH)中的一个反应,以及烷氧基甲硅烷基化(第2-1步骤至第2-3步骤)。
在第1步骤中,通过具有至少三个环氧基的环氧化合物作为起始材料与醇(R4OH)、水、胺(R4R5NH)和硫醇(R4SH)中的一个反应,获得中间体1,其中环氧化合物的环氧基发生开环。
在第1步骤中,在存在碱和任选溶剂的情况下,具有至少三个环氧基的环氧化合物作为起始材料与醇(R4OH)、水、胺(R4R5NH)和硫醇(R4SH)中的一个反应,或者在存在酸或碱和任选溶剂的情况下,该环氧化合物与水反应。在此情况下,基于1当量的起始材料的环氧基,0.1-20当量的醇(R4OH)和水,或者0.1-10当量的胺(R4R5NH)和硫醇(R4SH)可发生反应。
起始材料是具有至少三个环氧基的环氧化合物,并且可以是通常已知的任意环氧化合物。例如,环氧化合物可以是具有至少三个环氧基的缩水甘油醚型、缩水甘油型、缩水甘油胺型和缩水甘油酯型的环氧化合物。更具体地,环氧化合物可以是具有至少三个环氧基、和芯的环氧化合物,所述芯包括双酚、联苯、萘、苯、硫代二苯酚、芴、蒽、异氰脲酸酯、三苯基甲烷、1,1,2,2-四苯基乙烷、四苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基甲烷、氨基苯酚、脂环族、脂族、或酚醛清漆单元。
更具体地,作为起始材料的具有至少三个环氧基的环氧化合物可包含选自化学式A’至N’的芯以及至少三个S4(1)的环氧基,所述S4(1)选自化学式S41至S44。此外,化学式A’至I’的芯可通过[化学式5(1)]的连接部分另外相连,所述[化学式5(1)]选自LG1至LG7,化学式J’的芯可通过LG2另外相连。通过连接部分可另外连接1-1000个芯。
可以根据反应物的种类改变第1步骤反应的反应温度和反应时间;但是,通过在例如室温(如,15-25℃)至200℃进行10分钟至120小时的反应,使得中间体1中作为起始材料的环氧化物的环氧基开环。这里,可以通过加入卤化铵辅助反应,其加入量为催化量至5当量每环氧反应基团。卤化铵可以是例如,Et4NI、Et4NBr、Et4NCl、Bu4NI、Bu4Br或Bu4NCl,但不限于此。
使用的碱可以包括,例如KOH、NaOH、K2CO3、Na2CO3、KHCO3、NaHCO3和NaH,但不限于此。这些碱可单独使用,或以两种或更多种碱的组合使用。考虑反应效率,每1当量起始材料的环氧基,可使用10-2至5当量的碱。此外,对于作为起始材料的具有至少三个环氧基的环氧化合物与水的反应,所使用的酸可包括,例如HCl、HBr、HI、HClO4和CH3COOH,但不限于此。
酸可单独使用,或以两种或更多种碱的组合使用。考虑反应效率,每1当量起始材料的环氧基,可使用10-2至5当量的酸。
可在第1步骤的反应过程期间,按需要任选地使用溶剂。例如,如果在第一步骤反应中,无需额外的溶剂,反应物的粘度在反应温度下就适合进行反应,则可以不使用溶剂。也就是说,在反应物的粘度足够低的情况下,不需要额外的溶剂,并且可以在没有溶剂的情况下容易地对反应物进行混合和搅拌。本领域技术人员可以容易对此作出决定。在使用溶剂的情况下,可以使用任意有机溶剂,只要它们能够适当地溶解反应物,不对反应造成任意不利影响,以及反应后能够易于除去即可。例如,可使用乙腈、四氢呋喃(THF)、甲基乙基酮(MEK)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(DMSO)或者二氯甲烷(MC)等,但不具体限于此。这些溶剂可单独使用,或作为两种或更多种溶剂的混合物使用。溶剂的量可不限定到具体范围内,在足以充分溶解反应物且不会对反应产生不利影响的范围内可使用合适量的溶剂。考虑上述要点,本领域技术人员可选择合适量的溶剂。
中间体1可以是缩水甘油醚型、缩水甘油型、缩水甘油胺型或缩水甘油酯型环氧化合物,其具有至少一个S4(2)的环氧基(所述S4(2)选自化学式S41至S45)和至少一个S3取代基(所述S3取代基选自化学式S31至S35)。更具体地,中间体1可以是如下环氧化合物,其具有至少一个S4(2)环氧基(所述S4(2)选自化学式S41至S45),至少一个S3取代基(所述S3取代基选自化学式S31至S35),并且具有双酚、联苯、萘、苯、硫代二苯酚、芴、蒽、异氰脲酸酯、三苯基甲烷、1,1,2,2-四苯基乙烷、四苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基甲烷、氨基苯酚、脂环族、脂族、或酚醛清漆单元作为芯。
在存在碱和任选溶剂的情况下,具有至少三个环氧基的环氧化合物与醇(R4OH)、胺(R4R5NH)和硫醇(R4SH)中的一个反应,或者在存在酸或碱和任选溶剂的情况下,该环氧化合物可与水反应。在此情况下,基于1当量的起始材料的环氧基,0.1-20当量的醇(R4OH)和水,以及0.1-10当量的胺(R4R5NH)和硫醇(R4SH)可发生反应。
[化学式S3]
在化学式S31至S35中,X是OR4、OH、NR4R5或SR4,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
[化学式S4(1)]
[化学式S4(2)]
在化学式S45中,X是OR4、OH、NR4R5或SR4,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
更具体地,中间体1包括:选自化学式A’至N’的芯,至少一个S4(2)环氧基(所述S4(2)选自S41至S45),以及至少一个S3取代基(所述S3取代基选自化学式S31至S35),并且化学式A’至I’的芯可通过[化学式5(1)]的连接部分另外连接,所述[化学式5(1)]选自LG1至LG7,化学式J’的芯可通过LG2的连接部分另外连接。
在第2-1步骤中,第1步骤中获得的中间体1通过与化学式B1的反应被甲硅烷基化,以产生在芯中具有环氧基和至少一个S1取代基的烷氧基甲硅烷基的环氧化合物,所述S1取代基独立地选自化学式S11至S15。第2-1步骤中获得的产物还对应于根据本发明的实施方式的烷氧基甲硅烷基化环氧化合物的目标产物。
具体来说,在中间体1与化学式B1的异氰酸酯烷氧基硅烷的反应中,第1步骤中获得的中间体1的仲醇(羟基)可被甲硅烷化以产生烷氧基甲硅烷基,其独立地选自化学式S11至S15。
具体来说,通过在存在碱和任选溶剂的情况下,在第1步骤中的具有至少三个环氧基的环氧化物与醇(R4OH)、胺(R4R5NH)和硫醇(R4SH)中的一个的反应获得的中间体1(其中,环氧基被开环)可包括通过一个环氧基的开环得到的醇基。通过在存在酸或碱和任选溶剂的情况下,环氧化物与水反应获得的中间体1(其中,环氧基被开环)可包括通过一个环氧基的开环得到的两个醇基。因此,通过环氧化合物与水反应产生的中间体1可被额外地甲硅烷基化,并且通过一个环氧基的开环可具有两个烷氧基甲硅烷基。
在第2-1步骤反应中,中间体1和化学式B1的烷氧基硅烷可根据化学计量当量比反应。此外,如上文所述,化学式B1的烷氧基硅烷可与中间体1的仲醇(羟基)反应。
因此,考虑上述观点,每1当量的中间体1的羟基,可以使得0.1-12当量的化学式B1的烷氧基硅烷反应。
[化学式B1]
OCN(CH2)3SiR1R2R3
R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,余下是具有1-10个碳原子的烷基。
可以根据反应物的种类改变第2-1步骤反应的反应温度和反应时间;但是,反应可以在例如,室温(如,15-25℃)至150℃的温度范围内进行10分钟至120小时。
可以在存在碱催化剂的情况下进行第2-1步骤反应。碱催化剂可包括例如K2CO3、Na2CO3、KHCO3、NaHCO3、三乙胺和二异丙基乙胺,但不限于此。这些碱可单独使用,或以两种或更多种碱的组合使用。考虑反应效率,每1当量中间体的羟基,可使用10-2至5当量的碱。
可在第2-1步骤的反应过程期间,按需要任选地使用溶剂。例如,如果在第2-1步骤中,无需额外的溶剂,反应物的粘度在反应温度下就适合进行反应,则可以不使用溶剂。也就是说,在反应物的粘度足够低的情况下,不需要额外的溶剂,并且可以在没有溶剂的情况下容易地对反应物进行混合和搅拌。本领域技术人员可以容易对此作出决定。在使用溶剂的情况下,可以使用任意非质子溶剂,只要其能够适当地溶解反应物,不会对反应造成任意不利影响,以及反应后能够易于除去即可。例如,可使用甲苯、乙腈、四氢呋喃(THF)、甲基乙基酮(MEK)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(DMSO)或者二氯甲烷(MC)等,但不限于此。这些溶剂可单独使用,或作为两种或更多种溶剂的混合物使用。溶剂的量可不限定到具体范围内,在足以溶解反应物且不会对反应产生不利影响的范围内可使用合适量的溶剂。考虑上述要点,本领域技术人员可选择合适量的溶剂。
如上文所述,第2-1步骤中获得的环氧化合物还包含环氧基和烷氧基甲硅烷基,且对应于具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物,其是本发明的目标产物。具体来说,可以提供一种制备环氧化合物的方法,所述环氧化合物具有烷氧基甲硅烷基并且在第2-1步骤中获得,所述环氧化合物包含:选自化学式A’至N’的芯,作为S1取代基的至少一个烷氧基甲硅烷基(所述S1取代基独立地选自化学式S11至S15),至少一个环氧基S4(3)(所述S4(3)选自化学式S41至S46)以及任选的化学式S3的取代基(所述S3选自化学式S31至S35),其中化学式A’至I’的芯可通过选自化学式LG1至LG14的连接部分另外相连,以及化学式J’的芯可通过LG2或LG9的连接部分另外相连。
在第2-2步骤中,第1步骤中获得的中间体1可与化学式B3的烯基化合物反应,以形成烯基化的中间体2,在第2-3步骤中,中间体2可与化学式B2反应以产生环氧化合物,所述环氧化合物在芯中具有环氧基和至少一个S2取代基的烷氧基甲硅烷基,所述S2取代基独立地选自化学式S21至S25。第2-3步骤中获得的产物可对应于烷氧基甲硅烷基化环氧化合物,其是根据本发明的实施方式的目标产物。
具体来说,在第2-2步骤中,可通过中间体1与化学式B3的烯基化合物的反应使得中间体的羟基发生烯基化,以及在第2-3步骤中,可通过中间体2与化学式B2的烷氧基硅烷的反应使得中间体2的烯基发生甲硅烷基化,以形成烷氧基甲硅烷基,所述烷氧基甲硅烷基独立地选自化学式S21至S25。
在第2-2步骤反应中,中间体1与化学式B3的烯基化合物的烯基可根据化学计量当量比反应。此外,如上文所述,化学式B3的烯基可与中间体1的仲醇(羟基)反应。
在第2-3步骤反应中,中间体2与化学式B2的烷氧基硅烷可根据化学计量当量比反应。此外,如上文所述,化学式B2的烷氧基硅烷可与中间体2的烯基反应。
因此,在第2-2步骤中进行化学式B3的烯基与中间体1的反应,使得基于1当量的中间体1的羟基,可以使用0.1-10当量的化学式B3的烯基化合物的烯基。此外,在第2-3步骤中进行化学式B2的烷氧基硅烷与中间体2的反应,使得基于1当量的中间体2的烯基,可以使用0.1-12当量的化学式B2的烷氧基硅烷。
[化学式B2]
HSiR1R2R3
R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,余下是具有1-10个碳原子的烷基。
[化学式B3]
CH2=CH-(CH2)n-M
在化学式B3中,M是Cl、Br、I、-O-SO2-CH3、-O-SO2-CF3、-O-SO2-C6H4-CH3或-O-SO2-C6H4-NO2,以及n是1-10。
可以根据反应物的种类改变第2-2步骤反应的反应温度和反应时间;但是,反应可以在例如,室温(如,15-25℃)至100℃的温度范围内进行10分钟至120小时。此外,可以根据反应物的种类改变第2-3步骤反应的反应温度和反应时间;但是,反应可以在例如,室温(如,15-25℃)至120℃的温度范围内进行10分钟至120小时。
可以在存在碱的情况下进行第2-2步骤反应。第2-2步骤反应中使用的碱可以包括,例如KOH、NaOH、K2CO3、Na2CO3、KHCO3、NaHCO3和NaH,但不限于此。这些碱可单独使用,或以两种或更多种碱的组合使用。考虑反应效率,每1当量中间体1的羟基,可使用10-2至5当量的碱。
在存在金属催化剂的情况下进行第2-3步骤反应的反应。作为金属催化剂,可以使用例如铂催化剂,PtO2或氯铂酸(H2PtCl6),但不限于此。考虑到反应效率,每1当量的中间体2的烯丙基可优选使用10-4至0.05当量的铂催化剂。
可在第2-2步骤的反应过程期间,按需要任选地使用溶剂。例如,如果在第2-2步骤中,无需额外的溶剂,反应物的粘度在反应温度下就适合进行反应,则可以不使用溶剂。也就是说,在反应物的粘度足够低的情况下,不需要额外的溶剂,并且可以在没有溶剂的情况下容易地对反应物进行混合和搅拌。本领域技术人员可以容易对此作出决定。在使用溶剂的情况下,可以使用任意有机溶剂,只要其能够适当地溶解反应物,不会对反应造成任意不利影响,以及反应后能够易于除去即可。例如,可以使用乙腈、四氢呋喃(THF)、甲基乙基酮(MEK)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(DMSO)或者二氯甲烷(MC)等,但不限于此。这些溶剂可单独使用,或作为两种或更多种溶剂的混合物使用。溶剂的量可不限定到具体范围内,在足以充分溶解反应物且不会对反应产生不利影响的范围内可使用合适量的溶剂。考虑上述要点,本领域技术人员可选择合适量的溶剂。
可在第2-3步骤反应的反应过程期间,按需要任选地使用溶剂。例如,如果在第2-3步骤中,无需额外的溶剂,反应物的粘度在反应温度下就适合进行反应,则可以不使用溶剂。也就是说,在反应物的粘度足够低的情况下,不需要额外的溶剂,并且可以在没有溶剂的情况下容易地对反应物进行混合和搅拌。本领域技术人员可以容易对此作出决定。在使用溶剂的情况下,可以使用任意非质子溶剂,只要其能够适当地溶解反应物,不会对反应造成任意不利影响,以及反应后能够易于除去即可。例如,可使用甲苯、乙腈、四氢呋喃(THF)、甲基乙基酮(MEK)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(DMSO)或者二氯甲烷(MC)等,但不限于此。这些溶剂可单独使用,或作为两种或更多种溶剂的混合物使用。溶剂的量可不限定到具体范围内,在足以充分溶解反应物且不会对反应产生不利影响的范围内可使用合适量的溶剂。考虑上述要点,本领域技术人员可选择合适量的溶剂。
如上文所述,第2-3步骤中获得的环氧化合物还包含环氧基和烷氧基甲硅烷基,且对应于具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的目标产物。具体来说,可以提供一种制备环氧化合物的方法,所述环氧化合物具有烷氧基甲硅烷基并且在第2-3步骤中获得,所述环氧化合物包含:选自化学式A’至N’的芯,作为S2取代基的至少一个烷氧基甲硅烷基(所述S2取代基独立地选自化学式S21至S25),至少一个环氧基S4(3)(所述S4(3)选自化学式S41至S45)以及任选的化学式S3的取代基(所述S3选自化学式S31至S35),其中化学式A’至I’的芯可通过选自化学式LG1至LG7以及LG15至LG21的连接部分另外相连,以及化学式J’的芯可通过LG2或LG16的连接部分另外相连。
如下是一种根据本发明的实施方式制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,包括包含基于四苯基乙烷的芳族芯的环氧化合物。制备方法1对应具有S1取代基的情况,制备方法2对应具有S2取代基的情况。
[制备方法1]
[制备方法2]
3.环氧化物组合物
根据本发明的另一个实施方式,提供了包含环氧化合物的环氧化物组合物,所述环氧化合物具有环氧基和S1取代基或S2取代基的至少一个烷氧基甲硅烷基,所述S1取代基独立地选自化学式S11至S15,所述S2取代基独立地选自化学式S21至S25,其是根据本发明的实施方式提供的。具体来说,提供了包含本发明上文涉及环氧化物的内容中所述的任意实施方式中提供的任意烷氧基甲硅烷基化环氧化合物(下文中称作”烷氧基甲硅烷基化环氧化合物”)的环氧化物组合物。
本发明提供的任意组合物可用于各种用途,例如电子材料,例如电子部件,例如半导体基材,例如IC基材、累积膜、包封材料(封装材料)、印刷电路板、粘合剂、涂料或者复合材料等,但不限于此。此外,本发明提供的任意组合物都可以是可固化的组合物和/或包含无机材料的可固化的组合物。
根据本发明的任意实施方式中的任意环氧化合物可包括本领域已知的任意类型和/或任意混合比,只要包含本发明的任意实施方式中提供的烷氧基甲硅烷基化环氧化合物即可。在此情况下,固化剂、固化促进剂(催化剂)、无机材料(填料)(例如,无机颗粒和/或纤维)和其它添加剂的种类和混合比没有限制。
因此,应理解的是,本技术领域已知的任意类型和/或比例的环氧化物组合物可包含在根据本发明的环氧化物组合物的范围内,只要包含本发明上文所述实施方式的内容中涉及环氧化合物的烷氧基甲硅烷基化环氧化合物(下文称作“本发明的环氧化合物”)即可,并且构成环氧化物组合物的固化剂、固化加速剂(催化剂)、填料和其他添加剂的种类和混合比没有限制。
此外,在根据本发明的实施方式的环氧化物组合物中,环氧化合物可包含本领域已知的任意类型的环氧化合物(下文称作“常规环氧化合物”)以及本发明的环氧化合物。
以环氧化合物的总重计,根据本发明的实施方式的环氧化物组合物可包含1-100重量%(优选5-100重量%)的本发明的环氧化合物以及0-99重量%(优选0-95重量%)的常规环氧化合物,但不限于此。
常规环氧化合物可以是本领域已知的任意环氧化合物,但不限于此,可以是例如,选自下组的至少一种环氧化合物:基于缩水甘油醚的环氧化合物、基于缩水甘油基的环氧化合物、基于缩水甘油胺的环氧化合物和基于缩水甘油酯的环氧化合物。具体来说,选自下组的至少一种:基于双酚、基于联苯、基于萘、基于苯、基于硫代二苯酚、基于芴、基于蒽、基于异氰脲酸酯、基于三苯基甲烷、基于1,1,2,2-四苯基乙烷、基于四苯基甲烷、基于4,4’-二氨基二苯基甲烷、基于氨基苯酚、基于脂环族、脂族和酚醛清漆的环氧化合物。
根据本发明的另一个实施方式,可以提供包含至少一种新的环氧化合物(其选自化学式A’至N’)和固化剂的环氧化物组合物(下文称作“含固化剂的组合物”)。应理解的是,所述含固化剂的组合物包含本技术领域已知的任意类型和/或比例的环氧化物组合物,只要包含至少一种选自化学式A’至N’的新的环氧化合物以及固化剂即可,并且构成环氧化物组合物的固化加速剂(催化剂)、无机材料(填料)(例如,无机颗粒和/或纤维)、任意常规环氧化合物和其他添加剂的种类和混合比没有限制。
在根据本发明的实施方式的包含烷氧基甲硅烷基化环氧化合物和固化剂的组合物中,所述固化剂可以是已知作为环氧树脂的固化剂的任意固化剂,并且可包括例如胺、多酚、酸酐等,但不限于此。
更具体地,脂族胺、脂环胺、芳族胺、其他胺类和改性多胺可用作胺固化剂,但不限于此。此外,可使用包含两种或更多种伯胺基的胺化合物。胺固化剂的具体例子可包括至少一种选自下组的芳族胺:4,4’-二甲基苯胺(二氨基二苯基甲烷、DAM或DDM)、二氨基二苯基砜(DDS)和间苯二胺,至少一种选自下组的脂族胺:二亚乙基三胺(DETA)、二亚乙基四胺、三亚乙基四胺(TETA)、间二甲苯二胺(MXTA)、甲烷二胺(MDA)、N,N’-二亚乙基二胺(N,N'-DEDA)、四亚乙基五胺(TEPA)和六亚甲基二胺,至少一种选自下组的脂环族胺:异佛尔酮二胺(IPDI)、N-氨基乙基哌嗪(AEP),和双(4-氨基3-甲基环己基)甲烷(larominc260),以及其它胺类,例如二氰二酰胺(DICY)和改性胺,例如基于聚酰胺的化合物或者基于环氧化物的化合物等。
多酚固化剂的例子可包括但不限于,苯酚酚醛清漆树脂、甲酚酚醛清漆树脂、双酚A酚醛清漆树脂、二甲苯酚醛清漆树脂、三苯基酚醛清漆树脂、二苯基酚醛清漆树脂、二环戊二烯酚醛清漆树脂或者萘酚醛清漆树脂等。
酸酐固化剂的例子可包括但不限于,脂族酸酐,例如十二碳烯基琥珀酸酐(DDSA)或聚壬二酸聚酸酐等;脂环族酸酐,例如六氢邻苯二甲酸酐(HHPA)、甲基四氢邻苯二甲酸酐(MeTHPA)或甲基那迪克酸酐(methylnadicanhydride)(MNA)等;芳族酸酐,例如偏苯三酸酐(TMA)、均苯四酸二酐(PMDA)或苯并苯基酮四羧酸二酸酐(benzophenonetetracarboxylicdianhydride)(BTDA)等;以及基于卤素的酸酐,例如四溴邻苯二甲酸酐(TBPA)或氯菌酸酐等。
通常,可以通过固化剂与环氧基的反应程度来控制环氧复合物的固化程度。根据目标固化度的范围,可基于环氧化合物的环氧基的浓度来控制固化剂的量。例如,在使用胺固化剂的情况下,在胺固化剂与环氧基的当量反应中,环氧当量/胺当量的比例可优选地控制在0.5-2.0,例如0.8-1.5。
虽然相对于胺固化剂解释了固化剂的混合比,没有在本发明中分开地阐述多酚固化剂、酸酐固化剂和用于使得环氧化合物固化的任意固化剂,但是根据固化程度的所需范围,基于环氧化物组合物中的总环氧基的浓度,根据环氧官能团和固化剂的反应性官能团的化学反应,可以合适的混合化学计量使用它们进行固化。上面描述的要素是本领域所公知的。
此外,下文所述的咪唑可广泛地用作固化加速剂或可用作单独的固化剂。在咪唑用作固化剂的情况跟下,基于环氧化物,可以使用0.1-10phr。
可以按需额外地包含任选的固化加速剂(催化剂),以促进本发明提供的任意环氧化物组合物中的烷氧基甲硅烷基化环氧化合物与固化剂的固化反应。可使用本技术领域中通常用于固化环氧化物组合物的任意固化加速剂(催化剂),例如但不限于咪唑、叔胺,季铵、有机酸盐、磷化合物固化加速剂。
更具体地,例如:咪唑固化加速剂,例如二甲基苄胺、2-甲基咪唑(2MZ)、2-十一烷基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑(2E4M)、2-苯基咪唑、1-(2-氰乙基)-2-烷基咪唑和2-十七烷基咪唑(2HDI);叔胺固化加速剂,例如苄基二甲基胺(BDMA)三-二甲基氨基甲基苯酚(DMP-30)和三亚乙基二胺;季铵固化加速剂,例如溴化四丁基铵等;二氮杂双环十一碳烯(diazabicycloundecene)(DBU)或DBU的有机酸盐;基于磷化合物的固化加速剂,例如三苯膦或磷酸酯等;以及路易斯酸,例如BF3-单乙胺(BF3-MEA)等,但不限于此。还可使用潜在固化加速剂,例如涂覆的微囊(microcapsule)或螯合剂等。根据固化条件,这些化合物可单独使用,或作为两种或更多种的混合物使用。
固化促进剂的混合量可以是本领域通常采用的混合量,但不限于此。例如,基于100重量份的环氧化合物,可以使用0.1-10重量份的固化加速剂,例如0.5-5重量份的固化加速剂。在固化加速剂的混合量小于0.1重量份的情况下,实现固化反应加速的效果可能是困难的,而在混合量大于10重量份的情况下,固化反应可能过快。尽管使用上述范围的固化促进剂,但可实现快速固化,并可预期改善加工通量。
在根据本发明的任意实施方式的组合物和含固化加速剂组合物中包含烷氧基甲硅烷基反应催化剂的情况下,烷氧基甲硅烷基反应催化剂可以是以下至少一种:至少一种无机酸,其选自例如硝酸、硫酸、盐酸、乙酸和磷酸,氨、KOH、NH4OH、胺、过渡金属醇盐、金属氧化物、有机酸盐和金属卤化物(例如,锡化合物,如二月桂酸二丁基锡、辛酸锡或者2-乙基己酸锡(II)等)。这些化合物可单独使用,或以两种或更多种化合物的混合物的形式使用。烷氧基甲硅烷基反应催化剂的混合比不受具体限制;但是考虑到反应性,对于本发明的环氧化合物,可使用0.01-10phr的烷氧基甲硅烷基反应催化剂。
在环氧化物组合物中,可额外地包含水,以增加烷氧基甲硅烷基反应催化剂的效率。水的混合比没有具体限制;但是,每1当量的烷氧基甲硅烷基,可包含0.01-20当量的水。
此外,本发明提供的环氧化物组合物可额外地包含至少一种选自下组的物质:无机颗粒和纤维,作为无机组分的填料。
可使用已知用于强化常规有机树脂的物理性质的任意无机颗粒。无机颗粒的例子可包括但不限于,选自下组的至少一种:至少一种金属氧化物(其选自氧化硅(包括例如,熔融二氧化硅和晶体二氧化硅)、氧化锆、氧化钛和氧化铝,氮化硅、氮化铝和倍半硅氧烷。无机颗粒可单独使用,或作为两种或更多种无机颗粒的混合物使用。
考虑到复合物的用途,特别是无机颗粒的可分散性等,可使用粒径为0.5nm至几十μm(例如50-100μm)的无机颗粒。因为无机颗粒分散在环氧化合物中且可分散性根据粒度而不同,所以可优选同时使用具有上述范围的不同粒度的无机颗粒。此外,优选增加待混合的无机颗粒的分布范围,来增加无机颗粒的填充因数。
在根据本发明的实施方式的环氧化物组合物中,考虑到环氧化物复合物的CTE减少和施用时所需的适当粘度,可适当控制无机颗粒相对于环氧化合物的填充因数。例如,无机颗粒的量可以是5-95重量%,例如5-90重量%,例如10-90重量%,例如30-95重量%,例如30-90重量%,例如5-60重量%,例如10-50重量%,以环氧化物组合物的固体含量的总重计(对于固化的环氧产物而言,以固化的环氧产物的总重计)。
更具体地,在一个示例性实施方式中,在环氧化物组合物用作半导体包封剂等的情况下,考虑到CTE值和材料可加工性,无机颗粒的量可以是例如但不限于,30-95重量%,例如30-90重量%,以环氧化物组合物的固体含量的总重计(对于固化的环氧产物而言,以固化的环氧产物的总重计)。在其它示例性实施方式中,当环氧化物组合物用于半导体基材时,考虑到CTE值和基材的强度,无机颗粒的量可以是5-85重量%,例如10-80重量%,以环氧化物组合物的固体含量的总重计(对于固化的环氧产物而言,以固化的环氧产物的总重计)。
同时,在纤维用作无机材料的情况下,可主要通过用环氧化物组合物浸渍纤维的方法来获得复合物。因此,可不具体限定纤维的尺寸。可使用本技术领域常用的任意种类的纤维,且不限定纤维的尺寸。
可使用改善常规有机树脂固化产物的物理性质的任意常用纤维,但不限于此。具体来说,可使用玻璃纤维、有机纤维或其混合物。此外,本申请所用的术语“玻璃纤维”可包括玻璃纤维织物或者玻璃纤维非机织产物以及玻璃纤维等。玻璃纤维的示例可包括,但不限于:E玻璃纤维、T玻璃纤维、S玻璃纤维、NE玻璃纤维、D玻璃纤维或者石英玻璃纤维等。例如可包含E玻璃纤维或T玻璃纤维。有机纤维可包括选自下组的至少一种:液晶聚酯纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、全芳族纤维、聚苯并扎索尔纤维、尼龙纤维、聚萘二甲酸乙二醇酯纤维、聚丙烯纤维、聚醚砜纤维、聚偏二氟乙烯纤维、聚硫化乙烯纤维和聚醚醚酮纤维。这些纤维可以单独地使用,或者以其两种或更多种的组合的形式使用。
在根据本发明的任意环氧化物组合物(例如,环氧化物组合物的玻璃纤维复合物)中纤维的量可以是10-90重量%,例如30-70重量%,此外例如35-70重量%,以环氧化物组合物的总重计。因此,树脂的量可以是10-90重量%,例如30-70重量%,此外例如35-70重量%。考虑到耐热性的增加和可加工性方面,上述范围内的纤维量可以是优选的。同时,在包含纤维的环氧化物组合物或固化产物等中,从总固体含量中排除纤维之后的固体份数称作树脂含量(R/C)。
此外,在包含纤维的环氧化物组合物中,可额外地按需要包含无机颗粒。在这种情况下,考虑到物理性质和可加工性的改善,以树脂的总重计,可在树脂组分中包含1-80重量%的无机颗粒比例。在这种情况中,无机颗粒的种类没有具体限制,可使用本领域已知的任意无机颗粒。例如,可使用上文所述的无机颗粒。
在环氧化物组合物中可以混合其他添加剂(例如,有机溶剂、释放剂、表面处理剂、阻燃剂、塑化剂、杀菌剂、流平剂、消泡剂、着色剂、稳定剂、偶联剂、粘度控制剂或稀释剂等)以将环氧化物组合物的物理性质按需要控制在不破坏环氧化物组合物的物理性质的范围内。
为使得本发明的任意组合物具有溶解性,可以向本发明的环氧化物组合物加入橡胶和/或热塑性树脂。对于热塑性树脂和橡胶改性的环氧树脂,可以使用本领域通常已知的树脂。对于橡胶,可以使用本领域已知的任意橡胶,只要橡胶不溶于用于组合物的溶剂中且在组合物中维持分散状态即可。橡胶的种类可包括,例如丙烯腈丁二烯橡胶、丁二烯橡胶、丙烯基橡胶、芯-壳类型的橡胶颗粒、交联的丙烯腈丁二烯橡胶颗粒、交联的苯乙烯丁二烯橡胶颗粒或者丙烯基橡胶颗粒等,但不限于此。这些材料可单独使用,或者可以同时使用其至少两种。在使用具有颗粒形状的橡胶的情况下,考虑到物理性质的改进,平均颗粒直径可优选为0.005-1μm,更优选0.2-0.6μm。考虑到物理性质,橡胶颗粒的混合量的比例可以是例如0.5-10重量%,以环氧化物组合物的固体含量的重量计。对于热塑性树脂,可以使用苯氧基树脂、聚乙烯醇缩醛树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚醚砜树脂或聚砜树脂等,但不限于此。这些材料可单独使用,或者可以同时使用其至少两种。考虑到物理性质,热塑性树脂的混合比可以是例如0.5-60重量%,优选3-50重量%,以环氧化物组合物的固体含量的重量计。
根据本发明的一个示例实施方式提供的环氧化物组合物可用作电子材料。具体来说,所述电子材料可包括预浸渍体、层叠(其是通过在预浸渍体上形成金属层获得的)、基材、膜、印刷电路板、封装材料等。根据本发明的另一个实施方式,提供了半导体设备,通过将半导体器件安装在印刷电路板上获得所述半导体设备(所述印刷电路板通过采用本发明的包含烷氧基甲硅烷基化环氧化合物的组合物制造),和/或所述半导体设备包含半导体封装材料(所述半导体封装材料通过采用本发明的包含烷氧基甲硅烷基化环氧化合物的组合物制造)。
根据本发明的另一个实施方式,会提供本发明的示例性实施方式中提供的环氧化物组合物的固化产物。所述固化产物可用于包括部分固化的产物。在本发明的示例性实施方式提供的环氧化物组合物实际用作例如电子材料等的情况下,可使用固化产物,并且在该技术领域中,包含环氧化合物以及作为无机组分的填料的组合物的固化产物通常可称作复合物。
在包含填料作为无机组分的组合物的固化产物中,本发明的实施方式中提供的烷氧基甲硅烷基环氧化合物可展现出良好的耐热性和/或良好的阻燃性。
具体来说,复合物可展现出低的CTE,例如小于或等于60ppm/℃,例如小于或等于15ppm/℃,例如小于或等于12ppm/℃,例如小于或等于10ppm/℃,例如小于或等于8ppm/℃,例如小于或等于6ppm/℃,例如小于或等于4ppm/℃。在小的CTE值的情况下,复合物的物理性质是良好的,且没有具体限定更低的CTE值。
例如,包含根据本发明的示例性实施方式的任意环氧化合物作为环氧化合物以及玻璃纤维(例如E-玻璃纤维和/或T-玻璃纤维)作为无机材料的复合物(其具有30-60重量%的树脂含量(该树脂含量可以包含或不包含无机颗粒)),可以具有小于或等于10ppm/℃的CTE,例如小于或等于8ppm/℃,例如小于或等于6ppm/℃,例如小于或等于4ppm/℃。
此外,例如,包含根据本发明的示例性实施方式的任意环氧化合物作为环氧化合物以及无机颗粒作为无机材料(例如60-80重量%,例如70-80重量%的二氧化硅颗粒)的复合物可以具有小于或等于20ppm/℃的CTE,例如小于或等于15ppm/℃,例如小于或等于10ppm/℃,例如小于或等于8ppm/℃,例如小于或等于6ppm/℃,例如小于或等于4ppm/℃。
此外,根据本发明的复合物(包含无机材料的固化产物)的Tg可以高于100℃,例如130℃或更高,此外例如250℃或更高。或者,复合物可以是无Tg的。在大的Tg值的情况下,复合物的物理性质是良好的,且没有具体限定Tg的上限值。
发明实施方式
下文将参考实施例详细地描述本发明。以下实施例用于说明,本发明不限于此。
(合成实施例)
合成实施例1:萘环氧化合物A’的合成:与CH3CH2-OH反应
(1)第1步骤
将20g的2,2'-((1,5-二(环氧乙烷-2-基甲氧基)萘-2,6-二基)二(亚甲基))二(环氧乙烷),2.92g的NaOH,3.54g的溴化四乙基铵(NEt4Br),70ml的四氢呋喃(THF),70mL的CH3CN,以及82mL的乙醇(EtOH)在室温下加入到双颈烧瓶中,之后在26℃搅动5小时30分钟。然后,向其中加入5mL的饱和氯化铵(NH4Cl)溶液,之后搅动3分钟。采用旋转蒸发器去除溶剂,通过400mL的乙酸乙酯(EA)和300mL的水的作用分离有机层。向分离的有机层加入MgSO4,以去除残留H2O并过滤,蒸发溶剂以产生开环的环氧化物中间体。
第1步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=1.17(t,8Hz,6H),2.52-2.57(m,1H),2.61-2.66(m,2H)2.73-2.81(m,3H),2.90-2.93(m,2H),3.16-3.18(m,1H),3.35-3.37(m,1H),3.80-4.13(m,13H),4.22-4.25(m,1H),7.28(d,J=8.5Hz,2H),7.75(d,J=8.5Hz,2H).
将20g的第1步骤中获得的中间体,22.1mL的3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基异氰酸酯,15.6mL的N,N-二异丙基乙基胺(DIPEA)和897mL的CH3CN加入到双颈烧瓶中,之后在65℃搅动20小时。在反应完成后,加入300mL的乙酸乙酯,由此获得的混合物与饱和氯化铵(NH4Cl)水性溶液作用(work-up)。分离有机层,通过加入MgSO4以去除有机层中的残留H2O。采用旋转蒸发器去除有机溶剂,向由此获得的粗产物中加入己烷,并储存在-15℃以产生沉淀物。在去除上清液之后,重复两次将己烷倒入沉淀物中以形成沉淀物的过程,以产生目标产物。烷氧基甲硅烷基环氧化物的反应官能团的浓度比为[环氧基]:[甲硅烷基]=1:1。
第2步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=0.60(t,J=8Hz,4H),1.18-1.25(m,24H),1.65(t,J=8Hz,4H),2.52-2.57(m,1H),2.61-2.66(m,2H)2.73-2.81(m,3H),2.90-2.93(m,2H),3.16-3.20(m,5H),3.35-3.37(m,1H),3.76-4.13(m,25H),4.22-4.25(m,1H),5.12-5.25(m,2H),7.28(d,J=8.5Hz,2H),7.75(d,J=8.5Hz,2H).
合成实施例2:联苯环氧化合物B’的合成:与CH3CH2-OH反应
进行与合成实施例1相同的过程。化合物的添加量如表1和表2所示。由此获得的烷氧基甲硅烷基环氧化物的反应官能团的浓度比为[环氧基]:[甲硅烷基]=1:1。
第1步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=1.16(t,8Hz,6H),2.53-2.57(m,1H),2.61-2.65(m,2H),2.73-2.81(m,3H),2.88-2.92(m,2H),3.16-3.18(m,1H),3.35-3.37(m,1H),3.80-4.04(m,13H),4.22-4.25(m,1H),6.73-6.75(m,2H),7.03-7.05(m,4H).
第2步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=0.62(t,J=8Hz,4H),1.16-1.24(m,24H),1.62(t,J=8Hz,4H),2.53-2.57(m,1H),2.61-2.65(m,2H),2.73-2.81(m,3H),2.88-2.92(m,2H),3.15-3.18(m,5H),3.35-3.37(m,1H),3.78-4.04(m,25H),4.22-4.25(m,1H),5.12-5.20(m,2H),6.73-6.75(m,2H),7.03-7.05(m,4H).
合成实施例3:氨基苯酚环氧化合物C’的合成:与CH3CH2-OH反应
进行与合成实施例1相同的过程。化合物的添加量如表1和表2所示。由此获得的烷氧基甲硅烷基环氧化物的反应官能团的浓度比为[环氧基]:[甲硅烷基]=2:1。
第1步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=1.18(t,3H),2.58-2.60(m,1.3H),2.73-2.90(m,2H),3.16-3.20(m,0.7H),3.31-3.35(m,1.3H),3.40-3.49(m,2H),3.76-4.14(m,9H),4.16-4.20(m,0.7H),6.62-6.69(m,2H),6.80-6.83(m,2H).
第2步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=0.61(t,J=8Hz,2H),1.22(m,12H),1.60(t,J=8Hz,2H),2.58-2.60(m,1.3H),2.73-2.90(m,2H),3.15-3.21(m,2.7H),3.31-3.35(m,1.3H),3.40-4.20(m,17.7H),5.13-5.28(m,1H),5.86-5.98(m,1H),6.62-6.69(m,2H),6.80-6.83(m,2H).
合成实施例4:氨基二苯基甲烷环氧化合物D(1)’的合成:与CH3CH2-OH反应
进行与合成实施例1相同的过程。化合物的添加量如表1和表2所示。由此获得的烷氧基甲硅烷基环氧化物的反应官能团的浓度比为[环氧基]:[甲硅烷基]=2:1。
第1步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):1.21(t,3.66H),2.16(s,1.2H),2.57-2.55(m,2.78H),2.79-2.75(m,2.78H),3.16-3.13(m,3H),3.46-3.36(m,4H),3.55-3.50(m,2H),3.72-3.66(m,4H),3.80-3.78(m,3H),6.74-6.71(m,3H),6.84(t,1H,J=8.8Hz),7.09-7.02(m,4H).
第2步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):0.63(t,2.70H,J=4.4Hz),1.22(t,16H),1.62(m,2.70H,J=3.6Hz),2.57-2.55(m,2.73H),2.79-2.75(m,2.72H),3.16-3.13(m,5.7H),3.47-3.38(m,4H),3.63-3.51(m,2H),3.85-3.79(m,13.6H),5.07(br,1H),6.74-6.72(d,3H,J=8.4Hz),6.84(t,1H,J=8.8Hz),7.10-7.05(m,4H).
合成实施例5:双酚A环氧化合物D(2)’的合成:与CH3CH2-OH反应
进行与合成实施例1相同的过程。化合物的添加量如表1和表2所示。由此获得的烷氧基甲硅烷基环氧化物的反应官能团的浓度比为[环氧基]:[甲硅烷基]=2:1。
第1步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):1.12-1.18(m,1.81H),1.57(s,6H),2.68-2.70(dd,8Hz,3Hz,1.22H),2.81-2.84(t,8Hz,1.21H),3.29-3.31(m,1.19H),3.42-3.44(m,0.60H),3.79(dd,11Hz,6.5Hz,1.87H),3.85-3.95(m,1.21H),3.95-4.10(m,1.81H),4.10-4.18(m,0.60H),4.27(dd,11Hz,3Hz,1.21H),6.86(d,,9Hz,4H),7.12(d,9Hz,4H).
第2步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):1.05-1.19(m,7.24H),1.43(m,1.21H),1.57(s,6H),2.68-2.71(dd,8Hz,3Hz,1.22H),2.82-2.84(t,8Hz,1.22H),2.97(m,1.21H),3.29-3.32(m,1.19H),3.42-3.44(m,0.60H),3.79(m,5.49H),3.85-3.95(m,1.21H),3.95-4.10(m,1.81H),4.10-4.19(m,0.60H),4.27(dd,11Hz,3Hz,1.21H),5.05(m,0.60H),6.86(d,,9Hz,4H),7.12(d,9Hz,4H).
合成实施例6:联二萘环氧化合物E’的合成:与CH3CH2-OH反应
进行与合成实施例1相同的过程。化合物的添加量如表1和表2所示。由此获得的烷氧基甲硅烷基环氧化物的反应官能团的浓度比为[环氧基]:[甲硅烷基]=2:1。
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=1.19(t,8Hz,4H),2.70-2.88(m,4H),3.26-3.37(m,2H),3.51-3.62(m,4H),3.68-4.03(m,3.67H),4.11-4.17(m,3.33),4.22(m,1.33H),4.38-4.41(m,1H),4.90-4.92(s,2H),6.88-7.18(m,4H),7.42-7.62(m,4H).
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=0.52(t,2.67H),1.07-1.27(m,16H),1.40-1.72(m,2.67H),2.70-2.89(m,4H),3.00-3.33(m,5.33H),3.37-3.51(m,4H),3.61-3.89(m,12H),3.90-4.23(m,3.33H),4.25-4.61(m,2.33H),4.90-4.92(s,2H),5.13-5.34(m,1.33H),6.89-7.19(m,4H),7.35-7.62(m,4H).
合成实施例7:二苯基芴环氧化合物F’的合成:与CH3CH2-OH反应
进行与合成实施例1相同的过程。化合物的添加量如表1和表2所示。由此获得的烷氧基甲硅烷基环氧化物的反应官能团的浓度比为[环氧基]:[甲硅烷基]=1:1。
第1步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=1.16(t,8Hz,6H),2.53-2.56(m,1H),2.59-2.66(m,2H),2.72-2.81(m,3H),2.89-2.93(m,2H),3.16-3.18(m,1H),3.35-3.37(m,1H),3.79-4.15(m,13H),4.22-4.25(m,1H),6.73-6.75(m,2H),7.03-7.05(m,4H),7.22-7.36(m,6H),7.74(d,J=7.2Hz,2H).
第2步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=0.63(t,J=8Hz,4H),1.18-1.23(m,18H),1.61(t,J=8Hz,4H),2.52-2.56(m,1H),2.60-2.66(m,2H),2.72-2.81(m,3H),2.89-2.93(m,2H),3.15-3.20(m,5H),3.35-3.37(m,1H),3.78-4.15(m,25H),4.22-4.25(m,1H),5.13-5.18(m,2H),6.73-6.75(m,2H),7.03-7.05(m,4H),7.22-7.36(m,6H),7.74(d,J=7.2Hz,2H).
合成实施例8:四苯基甲烷环氧化合物G’的合成:与CH3CH2-OH反应
进行与合成实施例1相同的过程。化合物的添加量如表1和表2所示。由此获得的烷氧基甲硅烷基环氧化物的反应官能团的浓度比为[环氧基]:[甲硅烷基]=1:1。
第1步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=1.16(t,8Hz,6H),2.53-2.57(m,1H),2.68-2.71(m,1H),2.80-2.84(m,2H),2.90-2.93(m,1H),3.17-3.30(m,2H),3.35-3.38(m,1H),3.80-4.16(m,16H),6.70(d,2H),6.96(d,2H),7.07-7.27(m,12H).
第2步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=0.61(t,J=8Hz,4H),1.16-1.24(m,24H),1.59(t,J=8Hz,4H),2.52-2.57(m,1H),2.66-2.71(m,1H),2.79-2.84(m,2H),2.88-2.92(m,1H),3.13-3.30(m,6H),3.35-3.38(m,1H),3.76-4.19(m,28H),5.13-5.20(m,2H),6.72(d,2H),6.96(d,2H),7.07-7.27(m,12H).
合成实施例9:三苯基甲烷环氧化合物H’的合成:与CH3CH2-OH反应
进行与合成实施例1相同的过程。化合物的添加量如表1和表2所示。由此获得的烷氧基甲硅烷基环氧化物的反应官能团的浓度比为[环氧基]:[甲硅烷基]=2:1。
第1步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=1.15(t,3H),2.72-2.75(m,2H),2.88-2.90(m,2H),3.31-3.36(m,2H),3.94(dd,2H,J=11.9Hz,5.6Hz),3.80-4.14(m,7H),4.17(dd,2H,J=12.0Hz,3.6Hz),6.73(d,2H,J=8.8Hz),6.82(d,4H,J=8.8Hz),6.95(d,2H,J=8.8Hz),6.99(d,4H,J=8.8Hz).
第2步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=0.61(t,J=8Hz,2H),1.22(m,12H),1.60(t,J=8Hz,2H),2.72-2.75(m,2H),2.88-2.90(m,2H),3.15(t,J=8Hz,2H),3.31-3.36(m,2H),3.78-4.14(m,15H),4.17(dd,2H,J=12.0Hz,3.6Hz),5.13-5.28(m,1H),6.73(d,2H,J=8.8Hz),6.82(d,4H,J=8.8Hz),6.95(d,2H,J=8.8Hz),6.99(d,4H,J=8.8Hz).
合成实施例10:四苯基乙烷环氧化合物I(1)’的合成:与CH3CH2-OH反应
进行与合成实施例1相同的过程。化合物的添加量如表1和表2所示。由此获得的烷氧基甲硅烷基环氧化物的反应官能团的浓度比为[环氧基]:[甲硅烷基]=2:1。
第1步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=1.19(t,4H),2.68(dd,J=4.8Hz,2.8Hz,2.67H),2.84(t,J=4.8Hz,2.67H),3.22-3.27(m,2.67H),3.51-3.62(m,1.33H),3.80-3.84(m,1.33H),3.87-4.01(m,8H),4.05-4.10(m,4H),4.55(s,2H),6.67(d,J=8.4Hz,8H),7.00(d,J=8.0Hz,8H).
第2步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=0.57(t,J=8Hz,2.67H),1.19(t,J=8Hz,16H),1.60(t,J=8Hz,2.67H),2.70(dd,J=4.8Hz,2.8Hz,2.67H),2.86(t,J=4.8Hz,2.67H),3.08(t,J=8Hz,2.67H),3.22-3.28(m,2.67H),3.50-3.62(m,1.33H),3.78-3.84(m,1.33H),3.84-4.01(m,16H),4.05-4.13(m,4H),4.45(s,2H),5.03-5.28(m,1.33H),6.67(d,J=8.4Hz,8H),7.00(d,J=8.0Hz,8H).
合成实施例11:氰尿酸酯环氧化合物J’的合成:与CH3CH2-OH反应
进行与合成实施例1相同的过程。化合物的添加量如表1和表2所示。由此获得的烷氧基甲硅烷基环氧化物的反应官能团的浓度比为[环氧基]:[甲硅烷基]=2:1。
第1步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=1.16(t,3H),2.61-2.64(m,2H),2.71-2.75(m,2H),3.13-3.20(m,2H),3.75-4.14(m,11H).
第2步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=1.16(t,3H),0.63(t,J=8Hz,2H),1.26(t,J=8Hz,9H),1.63(t,J=8Hz,2H),2.60-2.64(m,2H),2.71-2.75(m,2H),3.13-3.20(m,4H),3.75-4.14(m,17H),5.13-5.29(m,1H).
[表1]
[表2]
合成实施例12:具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物K’的合成:与CH3CH2-OH反应
(1)第1步骤
将25g的S.M.,2.43g的NaOH,2.95g的溴化四乙基铵(NEt4Br),93mL的四氢呋喃(THF),93mL的CH3CN以及68mL的乙醇(EtOH)在室温下加入到双颈烧瓶中,之后在26℃搅动16小时30分钟。然后,向其中加入5mL的饱和氯化铵(NH4Cl)溶液,之后搅动3分钟。采用旋转蒸发器去除溶剂,通过400mL的乙酸乙酯(EA)和300mL的水的作用分离有机层。向分离的有机层加入MgSO4,以去除残留H2O并过滤,蒸发溶剂以产生开环的环氧化物中间体。
第1步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=1.18(m,10.57H),2.60-2.73(m,6.89H),3.29-3.32(m,3.51H),3.78-4.17(m,35.59H),4.47-4.49(m,7.61H),6.70-7.14(m,21.68H).
(2)第2步骤
将20g的第1步骤中获得的中间体,19.0mL的3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基异氰酸酯,13.4mL的N,N-二异丙基乙基胺(DIPEA)和130mL的CH3CN加入到双颈烧瓶中,之后在65℃搅动20小时。在反应完成后,加入300mL的乙酸乙酯,由此获得的混合物与饱和氯化铵(NH4Cl)水性溶液作用(work-up)。分离有机层,通过加入MgSO4以去除有机层中的残留H2O。采用旋转蒸发器去除有机溶剂,向由此获得的粗产物中加入己烷,并储存在-15℃以获得沉淀物。在去除上清液之后,重复两次将己烷倒入沉淀物中以形成沉淀物的过程,以产生目标产物。烷氧基甲硅烷基环氧化物的反应官能团的浓度比为[环氧基]:[甲硅烷基]=1:1。
第2步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=0.61(t,J=8Hz,7.33),1.19-1.22(m,43.51H),1.60(t,J=8Hz,7.71H),2.60-2.73(m,6.89H),3.15-3.32(m,10.87H),3.78-4.18(m,57.74H),4.47-4.49(m,7.61H),5.13-5.25(m,3.67H),6.70-7.14(m,21.68H).
合成实施例13:具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物L’的合成:与CH3CH2-OH反应
进行与合成实施例12相同的过程。化合物的添加量如表3和表4所示。由此获得的烷氧基甲硅烷基环氧化物的反应官能团的浓度比为[环氧基]:[甲硅烷基]=2:1。
第1步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=1.16(m,3.42H),2.12-2.32(m,3.43H),2.55-2.91(m,1.51H),2.92-3.05(m,0.68H),3.42-3.60(m,1.16H),3.60-4.12(m,4.97H),4.13-4.32(m,0.37),6.71-7.04(m,3.00H).
第2步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=0.51(m,0.66H),1.15(m,4.02H),1.57-1.61(m,0.69H),2.12-2.32(m,3.43H),2.55-2.91(m,1.51H),2.92-3.05(m,0.68H),3.10-3.36(m,0.95H),3.42-3.60(m,1.16H),3.60-4.12(m,5.58H),4.13-4.32(m,0.37),5.11-5.32(m,0.57H),6.71-7.04(m,3.00H).
合成实施例14:具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物M’的合成:与CH3CH2-OH反应
进行与合成实施例12相同的过程。化合物的添加量如表3和表4所示。由此获得的烷氧基甲硅烷基环氧化物的反应官能团的浓度比为[环氧基]:[甲硅烷基]=1:1。
第1步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=1.19(m,15.80H),1.62(m,31.92H),2.58-2.77(m,10.99H),3.28-3.34(m,4.67H),3.68-4.18(m,49.42H),4.46-4.51(m,11.90H),6.65-6.72(m,20.21H),7.26-7.31(m,12.68H).
第2步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=0.60(t,J=8Hz,10.62H),1.18-1.22(m,62.88H),1.60-1.63(m,43.54H),2.58-2.77(m,10.99H),3.15(t,J=8Hz,10.82H),3.28-3.33(m,4.67H),3.67-4.18(m,80.13H),4.47-4.51(m,11.90H),5.13-5.20(m,5.32H),6.65-6.72(m,20.21H),7.26-7.31(m,12.68H).
合成实施例15:具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物N’的合成:与CH3CH2-OH反应
进行与合成实施例12相同的过程。化合物的添加量如表3和表4所示。由此获得的烷氧基甲硅烷基环氧化物的反应官能团的浓度比为[环氧基]:[甲硅烷基]=1:1。
第1步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=1.21(m,9.83H),2.59-2.74(m,7.41H),3.28-3.32(m,3.57H),3.66-4.42(m,30.84H),4.46-4.50(m,7.44H),6.55-6.59(m,4.52H),7.03-7.39(m,11.43H),7.52-7.88(m,9.81H),8.02-8.03(m,2.07H).
第2步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=0.62(t,J=8Hz,6.99H),1.21-1.27(m,28.62H),1.63(t,J=8Hz,6.97H),2.59-2.75(m,7.41H),3.17(t,J=8Hz,7.02H),3.28-3.32(m,3.57H),3.65-4.42(m,51.72H),4.46-4.50(m,7.44H),5.14-5.40(m,3.6H),6.54-6.59(m,4.52H),7.02-7.39(m,11.43H),7.51-7.88(m,9.81H),8.02-8.03(m,2.07H).
合成实施例16:四苯基乙烷环氧化合物I(2)’的合成:与Et3NH反应
进行与合成实施例1相同的过程,不同之处在于,使用二乙基胺(Et2NH)代替乙醇。化合物的添加量如表1和表2所示。由此获得的烷氧基甲硅烷基环氧化物的反应官能团的浓度比为[环氧基]:[甲硅烷基]=1:1。
第1步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=1.12(t,6H),2.37(t,7Hz,10H),2.68(m,4H),2.85(t,J=4.8Hz,2H),3.20-3.27(m,2H),3.87-4.02(m,8H),4.05-4.13(m,2H),4.55(s,2H),6.67(d,J=8.4Hz,8H),7.00(d,J=8.0Hz,8H).
第2步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=0.57(m,4H),1.12-1.19(m,18H),1.55(m,4H),2.37(m,10H),2.69(m,4H),2.85(t,J=4.8Hz,2H),3.02-3.06(m,4H),3.20-3.28(m,2H),3.87-4.02(m,20H),4.05-4.13(m,2H),4.55(s,2H),6.67(d,J=8.4Hz,8H),7.00(d,J=8.0Hz,8H).
合成实施例17:四苯基乙烷环氧化合物I(3)’的合成:与H2O反应
进行与合成实施例1相同的过程,不同之处在于,使用水(H2O)代替乙醇。化合物的添加量如表1和表2所示。由此获得的烷氧基甲硅烷基环氧化物的反应官能团的浓度比为[环氧基]:[甲硅烷基]=1:2。
第1步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=2.69(dd,J=4.8Hz,2.8Hz,2H),2.85(t,J=4.8Hz,2H),3.22-3.27(m,2H),3.80-3.84(m,2H),3.88-4.01(m,8H),4.06-4.10(m,2H),4.54(s,2H),6.67(d,J=8.4Hz,8H),7.00(d,J=8.0Hz,8H).
第2步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=0.57(t,J=8Hz,4H),1.19(m,36H),1.56(t,J=8Hz,8H),2.67(dd,J=4.8Hz,2.8Hz,2H),2.85(t,J=4.8Hz,2H),3.07(t,J=8Hz,8H),3.22-3.27(m,2H),3.50-3.62(m,2H),3.78-3.84(m,2H),3.84-4.01(m,32H),4.04-4.12(m,2H),4.45(s,2H),5.05-5.29(m,4H),6.67(d,J=8.4Hz,8H),7.00(d,J=8.0Hz,8H).
合成实施例18:四苯基乙烷环氧化合物I(4)’的合成:与CH3CH2-SH反应
进行与合成实施例1相同的过程,不同之处在于,使用CH3CH2-SH代替乙醇。化合物的添加量如表1和表2所示。由此获得的烷氧基甲硅烷基环氧化物的反应官能团的浓度比为[环氧基]:[甲硅烷基]=1:1。
第1步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=1.19(t,6H),2.41-2.44(m,6H),2.66-2.69(m,4H),2.84(t,J=4.8Hz,2H),3.20-3.27(m,2H),3.87-4.01(m,8H),4.05-4.13(m,2H),4.55(s,2H),6.67(d,J=8.4Hz,8H),7.00(d,J=8.0Hz,8H).
第2步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=0.57(m,4H),1.12-1.19(m,24H),1.55(m,4H),2.41-2.43(m,6H),2.67-2.70(m,4H),2.84(t,J=4.8Hz,2H),3.04-3.06(m,4H),3.20-3.28(m,2H),3.87-4.03(m,20H),4.05-4.13(m,2H),4.55(s,2H),5.01-5.15(m,2H),6.67(d,J=8.4Hz,8H),7.00(d,J=8.0Hz,8H).
[表3]
[表4]
合成实施例19:萘环氧化合物A-2的合成:与CH3CH2-OH、HSi(OEt)3反应
(1)第1步骤
通过进行合成实施例2(A’)的第1步骤反应中所述的相同过程,合成化学式A-1的化合物。
(2)第2步骤
将20g的第1步骤中获得的中间体,6.2mL的烯丙基溴,2.87g的NaOH,2.3g的溴化四乙基铵(NEt4Br)和72mL的CH3CN加入到双颈烧瓶中,之后在65℃搅动20小时。反应完成后,加入300mL的乙酸乙酯,由此获得的混合物与水作用。分离有机层,向有机层中加入MgSO4以除去残留H2O。采用旋转蒸发器去除有机溶剂,以产生A-2-2。
第2步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=1.17(t,8Hz,6H),2.52-2.57(m,1H),2.61-2.66(m,2H)2.73-2.81(m,3H),2.90-2.93(m,2H),3.16-3.18(m,1H),3.35-3.37(m,1H),3.80-4.13(m,17H),4.22-4.25(m,1H),5.20-5.27(m,4H),5.87-6.00(m,2H),7.28(d,J=8.5Hz,2H),7.75(d,J=8.5Hz,2H).
(3)第3步骤
将10g第一步骤得到的中间体A-2,135mg的PtO2,5.37g的三乙氧基硅烷和150mL的甲苯加入双颈烧瓶中,然后在室温下搅动5分钟。将温度提升至80℃,进行24小时的加热和搅动。在反应完成后,将反应物冷却至室温,并用硅藻土过滤器过滤以除去无机材料。通过蒸发除去甲苯,并使用真空泵完全干燥,以产生具有烷氧基甲硅烷基的化合物A-2-3的目标产物,其环氧基:烷氧基甲硅烷基的比为1:1。由此获得的烷氧基甲硅烷基环氧化物的反应官能团的浓度比为[环氧基]:[甲硅烷基]=1:1。
第3步骤之后的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=0.60(t,J=4Hz,4H),1.21(m,24H),1.57-1.61(m,4H),2.52-2.57(m,1H),2.61-2.66(m,2H)2.73-2.81(m,3H),2.90-2.93(m,2H),3.16-3.18(m,1H),3.24-3.28(m,4H),3.35-3.37(m,1H),3.78-4.13(m,25H),4.22-4.25(m,1H),7.28(d,J=8.5Hz,2H),7.75(d,J=8.5Hz,2H).
预期合成实施例
预期合成实施例1:萘环氧化合物B-2的合成:与CH3CH2-OH、HSi(OEt)3反应
(1)第1步骤
将20g的S.M.,2.93g的NaOH,3.56g的溴化四乙基铵(NEt4Br),71mL的THF,71mL的CH3CN以及82mL的乙醇(EtOH)加入到双颈烧瓶中,之后在26℃搅动2小时30分钟。然后,向其中加入5mL的饱和氯化铵(NH4Cl)溶液,之后搅动3分钟。采用旋转蒸发器去除溶剂,使用400mL的乙酸乙酯(EA)和300mL的水与残留物作用,以分离有机层。在通过向由此获得的有机层加入MgSO4以去除H2O之后,产物进行过滤,蒸发溶剂,以获得开环的环氧化物中间体。
第1步骤之后的预期的NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=1.15(t,8Hz,3H),2.43-2.45(m,1H),2.61-2.66(m,1H)3.13-3.17(m,1H),3.38-3.45(m,1H),3.63-3.70(m,1H),3.88(q,2H),4.22-4.25(m,2H),4.39-4.50(m,3H),7.75(d,J=8.5Hz,4H),7.95(d,J=8.5Hz,4H).
(2)第2步骤
将20g的第1步骤中获得的中间体,12.4mL的3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基异氰酸酯,8.7mL的N,N-二异丙基乙基胺(DIPEA)和801mL的CH3CN加入到双颈烧瓶中,之后在65℃搅动20小时。在反应完成后,加入300mL的乙酸乙酯,采用饱和氯化铵(NH4Cl)水性溶液与由此获得的混合物作用。分离有机层,向有机层中加入MgSO4以除去残留H2O。采用旋转蒸发器去除有机溶剂,向由此获得的粗产物中加入己烷,并储存在-15℃以获得沉淀物。去除上清液,重复两次将己烷倒入沉淀物中以产生沉淀物的过程,以获得目标产物。烷氧基甲硅烷基环氧化物的反应官能团的浓度比预期为[环氧基]:[甲硅烷基]=1:1。
第2步骤之后的预期NMR
1HNMR(400MHz,CDCl3):δ=0.60(t,8Hz,2H),1.08-1.25(m,12H),1.43-1.70(m,2H),2.43-2.45(m,1H),2.61-2.66(m,1H)3.05-3.17(m,3H),3.38-3.45(m,1H),3.62-3.70(m,7H),3.88(q,2H),4.22-4.25(m,2H),4.39-4.50(m,3H),4.93-5.10(m,1H),7.75(d,J=8.5Hz,4H),7.95(d,J=8.5Hz,4H).
物理性质的评价:固化产物的制造和耐热性的评价
1.环氧复合物的制造
(1)环氧玻璃纤维复合物(固化产物)的制造
根据表5-7所示的组分比,将环氧化合物、固化剂和固化催化剂溶于甲基乙基酮中,使得固体含量为40%,并且混合以获得均匀溶液。用由此得到的混合物浸渍玻璃纤维(日东纺公司(NittoboCo.)制造的玻璃纤维织物,T-玻璃),以制造包含环氧化合物的玻璃纤维复合物。然后,将复合物插入加热至100℃的真空烘箱中以除去溶剂,然后在预热至120℃的热压机中在120℃下固化2小时,在180℃固化2小时,以及在>200℃固化2小时,以获得玻璃纤维复合膜(4mmx16mmx0.1mm)。在制造复合物膜的同时,根据压机的压力和树脂的粘度控制复合物膜的树脂量。复合物膜的树脂量示于下表5-7中。
此外,在用于玻璃纤维复合物的组合物包含二氧化硅的情况下,根据下表5-7所示的组分比,将环氧化合物和二氧化硅浆料(70重量%的固体含量,2-甲氧基乙醇溶剂,1μm的二氧化硅平均尺寸)溶解在甲基乙基酮中,使得固体含量为40重量%。以1500rpm的速率将由此获得的混合物混合1小时,加入固化剂,然后再混合50分钟。最后,加入固化催化剂,进一步混合10分钟,以获得环氧化物混合物。用环氧化物混合物来浸泡玻璃纤维(日东纺公司制造的玻璃纤维织物,T-玻璃)来生产玻璃纤维复合物。然后,在与上述相同的条件下进行相同的固化处理,以生产复合物膜。
(2)环氧化物填料复合物(固化产物)的制造
根据下表8-10所示的组分比,将环氧化合物和二氧化硅浆料(70重量%的固体含量,2-甲氧基乙醇溶剂,1μm的二氧化硅平均尺寸)溶解在甲基乙基酮中,使得固含量为40重量%。以1500rpm的速率将由此获得的混合物混合1小时,加入固化剂,然后再混合50分钟。最后,加入固化催化剂,进一步混合10分钟,以获得环氧化物混合物。然后,将混合物插入加热至100℃的真空烘箱中以除去溶剂,然后在预热至120℃的热压机中在120℃下固化2小时,在180℃下固化2小时,在>200℃固化2小时,以获得环氧化物填料(无机颗粒)复合物(5mmx5mmx3mm)。
2.耐热物理性质的评价
采用热机械分析仪评价根据下表5-10中所示的实施例和比较例的相对于固化产物的温度的尺寸变化,并如下表所示。将环氧化物玻璃纤维复合膜的样品制成4x16x0.1(mm3)的尺寸,将填料复合物的样品制成5x5x3(mm3)的尺寸。
表5-7显示环氧化物玻璃纤维复合物,表8-10显示环氧化物填料复合物。
[表5]
[表6]
[表7]
[表8]
[表9]
[表10]
注意:表5和6中所用的化合物如下。
(1)TMTE:三(4-羟苯基)甲烷三缩水甘油醚(阿德瑞奇公司(AldrichCo.))作为三苯基环氧化物
(2)DGRBA:双酚A的二缩水甘油醚(阿德瑞奇公司)
(3)EOCN:邻甲酚酚醛清漆的环氧化物(日本化药有限公司(NipponKayakuCo))
(4)polydis:橡胶改性的环氧化物(斯托克通公司(StrruktolCo.))
(5)HF-1M:基于苯酚酚醛清漆的固化剂(明和塑料工业公司(MeiwaPlasticIndustries))
(6)TPP:三苯基膦(阿德瑞奇公司)
(7)2E4MZ:2-乙基-4-甲基咪唑(阿德瑞奇公司)
虽然已经结合示例性实施方式展示并描述了本发明,但是对本领域技术人员显而易见的是,在不背离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下可以进行各种修改和变化。
Claims (48)
1.一种具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物:
该环氧化合物在芯中包含环氧基以及至少一个S1取代基或S2取代基的烷氧基甲硅烷基,所述S1取代基独立地选自化学式S11至S15,所述S2取代基独立地选自化学式S21至S25,
在化学式S11至S15中,X1是OR4、OH、NR4R5、SR4或OCONH(CH2)3SiR1R2R3,X1’是H或CONH(CH2)3SiR1R2R3,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,其余是具有1-10个碳原子的烷基,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物,
在化学式S21至S25中,X2是OR4、OH、NR4R5、SR4或O(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,X2’是H或(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,其余是具有1-10个碳原子的烷基,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
2.如权利要求1所述的具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物,其特征在于,所述环氧基选自化学式S41至S45:
在所述化学式S45中,X3是OR4、OH、NR4R5、SR4、OCONH(CH2)3SiR1R2R3或O(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,X3’是H、CONH(CH2)3SiR1R2R3或(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,其余是具有1-10个碳原子的烷基,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
3.如权利要求1或2所述的具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物,其特征在于,所述环氧化合物的芯是双酚、联苯、萘、苯、硫代二苯酚、芴、蒽、异氰脲酸酯、三苯基甲烷、1,1,2,2-四苯基乙烷、四苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基甲烷、氨基苯酚、脂环族、脂族、或酚醛清漆单元。
4.如权利要求3所述的具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物,其特征在于,所述芯选自化学式A’至N’的一种:
在化学式D’中,-p-是-C(CH3)2-、-CH2-、-C(CF3)2-、-S-、-SO2-、
在化学式E’中,-q-是-CH2-或直接连接,
在化学式H’中,R是氢、羟基、C1-C10烷基或芳基,
在化学式K’中,s是
在化学式N’中,t是
在化学式K’至N’中,n是大于或等于1的整数。
5.如权利要求4所述的具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物,其特征在于,选自化学式A’至I’的芯通过[化学式5(2)]的连接部分相连,所述[化学式5(2)]选自化学式LG1至LG21,并且化学式J’的芯通过化学式LG2、LG9或LG16相连:
在化学式LG8至LG21中,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,余下是具有1-10个碳原子的烷基。
6.如权利要求5所述的具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物,其特征在于,所述具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物还包含选自化学式S31至S35的S3取代基:
在化学式S31至S35中,X是OR4、OH、NR4R5或SR4,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
7.一种制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,该环氧化合物在芯中包含环氧基和至少一个取代基S1的烷氧基甲硅烷基,所述取代基S1独立地选自化学式S11至S15,所述方法包括:
通过如下反应制备中间体1的第1步骤:在存在碱和任选溶剂的情况下,具有至少三个环氧基的环氧化合物作为起始材料与醇(R4OH)、胺(R4R5NH)和硫醇(R4SH)中的一个反应,或者在存在酸或碱和任选溶剂的情况下,该环氧化合物与水反应;以及
第2-1步骤:在存在碱催化剂和任选溶剂的情况下,使得所述中间体1与化学式B1反应,
[化学式B1]
OCN(CH2)3SiR1R2R3
R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,余下是具有1-10个碳原子的烷基,
在化学式S11至S15中,X1是OR4、OH、NR4R5、SR4或OCONH(CH2)3SiR1R2R3,X1’是H或CONH(CH2)3SiR1R2R3,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,其余是具有1-10个碳原子的烷基,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
8.一种制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,该环氧化合物在芯中包含环氧基和至少一个取代基S2的烷氧基甲硅烷基,所述取代基S2独立地选自化学式S21至S25,所述方法包括:
通过如下反应制备中间体1的第1步骤:在存在碱和任选溶剂的情况下,具有至少三个环氧基的环氧化合物作为起始材料与醇(R4OH)、胺(R4R5NH)和硫醇(R4SH)中的一个反应,或者在存在酸或碱和任选溶剂的情况下,该环氧化合物与水反应;
通过如下反应制备中间体2的第2-2步骤:在存在碱和任选溶剂的情况下,使得所述中间体1与化学式B3的烯基化合物反应;以及
第2-3步骤:在存在金属催化剂和任选溶剂的情况下,使得所述中间体2与化学式B2反应,
[化学式B2]
HSiR1R2R3
R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,余下是具有1-10个碳原子的烷基,
[化学式B3]
CH2=CH-(CH2)n-M
在化学式B3中,M是Cl、Br、I、-O-SO2-CH3、-O-SO2-CF3、-O-SO2-C6H4-CH3或-O-SO2-C6H4-NO2,以及n是1-10,
在化学式S21至S25中,X2是OR4、OH、NR4R5、SR4或O(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,X2’是H或(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,其余是具有1-10个碳原子的烷基,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物。
9.如权利要求7或8所述的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其特征在于,作为起始材料的所述具有至少三个环氧基的环氧化合物包含选自化学式A’至N’的一个芯以及选自化学式S41至S44的至少三个环氧基S4(1),其中,化学式A’至I’的芯通过化学式5(1)的连接部分另外相连,所述化学式5(1)选自化学式LG1至LG7,以及化学式J’的芯通过化学式LG2的连接部分另外相连,
在化学式D’中,-p-是-C(CH3)2-、-CH2-、-C(CF3)2-、-S-、-SO2-、
在化学式E’中,-q-是-CH2-或直接连接,
在化学式H’中,R是氢、羟基、C1-C10烷基或芳基,
在化学式K’中,s是
在化学式N’中,t是
在化学式K’至N’中,n是大于或等于1的整数,
10.如权利要求7或8所述的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其特征在于,第1步骤中获得的所述中间体1包含:选自化学式A’至N’的芯,选自化学式S41至S46的至少一个S4(2)环氧基,以及选自化学式S31至S35的至少一个S3取代基,
其中,化学式A’至I’的芯通过[化学式5(1)]的连接部分另外相连,所述[化学式5(1)]选自LG1至LG7,化学式J’的芯通过化学式LG2的连接部分另外相连,
在化学式D’中,-p-是-C(CH3)2-、-CH2-、-C(CF3)2-、-S-、-SO2-、
在化学式E’中,-q-是-CH2-或直接连接,
在化学式H’中,R是氢、羟基、C1-C10烷基或芳基,
在化学式K’中,s是
在化学N’中,t是
在化学式K’至N’中,n是大于或等于1的整数,
在化学式S31至S35中,X是OR4、OH、NR4R5或SR4,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物,
在化学式S41至S45中,X是OR4、OH、NR4R5或SR4,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物,
11.如权利要求7或8所述的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其特征在于,第2-1步骤或第2-3步骤中获得的所述具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物包含:选自化学式A’至N’的芯,S1取代基或S2取代基的至少一个烷氧基甲硅烷基,至少一个S4(3)烷氧基,以及选自S31至S35的任选取代基,所述S1取代基独立地选自S11至S15,所述S2取代基独立地选自S21至S25,所述S4(3)选自S41至S45,
化学式A’至I’的芯通过化学式LG1至LG21的连接部分另外相连,化学式J’的芯通过化学式LG2、LG9或LG16的连接部分另外相连,
在化学式D’中,-p-是-C(CH3)2-、-CH2-、-C(CF3)2-、-S-、-SO2-、
在化学式E’中,-q-是-CH2-或直接连接,
在化学式H’中,R是氢、羟基、C1-C10烷基或芳基,
在化学式K’中,s是
在化学N’中,t是
在化学式K’至N’中,n是大于或等于1的整数,
在化学式S11至S15中,X1是OR4、OH、NR4R5、SR4或OCONH(CH2)3SiR1R2R3,X1’是H或CONH(CH2)3SiR1R2R3,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,其余是具有1-10个碳原子的烷基,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物,
在化学式S21至S25中,X2是OR4、OH、NR4R5、SR4或O(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,X2’是H或(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,其余是具有1-10个碳原子的烷基,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物,
在化学式S31至S35中,X是OR4、OH、NR4R5或SR4,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物,
其中,X3是OR4、OH、NR4R5、SR4、OCONH(CH2)3SiR1R2R3或O(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,X3’是H、CONH(CH2)3SiR1R2R3或(CH2)nCH2CH2SiR1R2R3,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,其余是具有1-10个碳原子的烷基,以及R4或R5可以是具有1-20个碳原子的芳烷基、烷基、烯基或芳基,并且可包括含N、O、P或S的杂化合物,
在化学式LG8至LG21中,R1至R3中的至少一个是具有1-5个碳原子的烷氧基,余下是具有1-10个碳原子的烷基。
12.如权利要求7或8所述的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其特征在于,在所述第1步骤中,基于1当量的所述起始材料的环氧基,0.1-20当量的所述醇(R4OH)和所述水以及0.1-10当量的所述胺和所述硫醇发生反应。
13.如权利要求7或8所述的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其特征在于,在室温至200℃的温度范围进行所述第1步骤,持续10分钟至120小时。
14.如权利要求7所述的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其特征在于,在所述第2-1步骤中,基于1当量的中间体1的羟基,0.1-12当量的化学式B1的烷氧基硅烷发生反应。
15.如权利要求8所述的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其特征在于,在所述第2-2步骤中,基于1当量的中间体1的羟基,0.1-10当量的化学式B3的烯基化合物的烯基发生反应。
16.如权利要求8所述的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其特征在于,在所述第2-3步骤中,基于1当量的中间体2的烯基,0.1-12当量的化学式B2的烷氧基硅烷发生反应。
17.如权利要求7所述的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其特征在于,在室温至150℃的温度范围进行所述第2-1步骤,持续10分钟至120小时。
18.如权利要求8所述的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其特征在于,在室温至100℃的温度范围进行所述第2-2步骤,持续10分钟至120小时。
19.如权利要求8所述的制备具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物的方法,其特征在于,在室温至120℃的温度范围进行所述第2-3步骤,持续10分钟至120小时。
20.一种环氧化物组合物,其包含根据权利要求1-6中任一项所述的具有烷氧基甲硅烷基的环氧化合物和固化剂。
21.如权利要求20所述的环氧化物组合物,该环氧化物组合物还包含至少一种环氧化合物,其选自基于缩水甘油醚、基于缩水甘油、基于缩水甘油胺和基于缩水甘油酯的环氧化合物。
22.如权利要求21所述的环氧化物组合物,其特征在于,该进一步包含的环氧化合物是选自下组的至少一种:基于双酚、基于联苯、基于萘、基于苯、基于硫代二苯酚、基于芴、基于蒽、基于异氰脲酸酯、基于三苯基甲烷、基于1,1,2,2-四苯基乙烷、基于四苯基甲烷、基于4,4’-二氨基二苯基甲烷、基于氨基苯酚、脂环族、脂族和酚醛清漆的环氧化合物。
23.如权利要求20所述的环氧化物组合物,该环氧化物组合物还包含固化加速剂。
24.如权利要求20所述的环氧化物组合物,该环氧化物组合物还包含选自纤维和无机颗粒的至少一种填料。
25.如权利要求24所述的环氧化物组合物,其特征在于,所述无机颗粒是选自下组的至少一种:至少一种金属氧化物、氮化硅、氮化铝和倍半硅氧烷,所述至少一种金属氧化物选自下组:氧化硅、氧化锆、氧化钛和氧化铝。
26.如权利要求24所述的环氧化物组合物,其特征在于,以所述环氧化物组合物的固体含量的总重计,所述无机颗粒占5-95重量%。
27.如权利要求24所述的环氧化物组合物,其特征在于,所述纤维是选自玻璃纤维和有机纤维的至少一种,所述玻璃纤维选自:E-玻璃纤维、T-玻璃纤维、S-玻璃纤维、NE-玻璃纤维、H-玻璃纤维和石英,所述无机纤维选自:液晶聚酯纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、全芳族纤维、聚苯并扎索尔纤维、尼龙纤维、聚萘二甲酸乙二醇酯纤维、聚丙烯纤维、聚醚砜纤维、聚偏氟乙烯纤维、聚硫化乙烯纤维和聚醚醚酮纤维。
28.如权利要求24所述的环氧化物组合物,其特征在于,以所述环氧化物组合物的固体含量的总重计,所述纤维占10-90重量%。
29.如权利要求24所述的环氧化物组合物,其特征在于,包含了所述纤维,并且还包含了所述无机颗粒。
30.如权利要求20所述的环氧化物组合物,其特征在于,该环氧化物组合物包含至少一种烷氧基甲硅烷基的反应催化剂,其选自:无机酸、氨、KOH、NH4OH、胺、过渡金属醇盐和锡化合物,所述无机酸选自下组:硝酸、硫酸、盐酸、乙酸和磷酸。
31.如权利要求30所述的环氧组合物,其特征在于,基于所述具有烷氧基甲硅烷基的环氧化物,所述反应催化剂的用量是0.01-10phr。
32.如权利要求30所述的环氧化物组合物,所述环氧化物组合物还包含水。
33.如权利要求32所述的环氧化物组合物,其特征在于,基于1当量的烷氧基甲硅烷基,包含0.01-20当量的水。
34.一种电子材料,该电子材料包含根据权利要求20所述的环氧化物组合物。
35.一种基材,该基材包含根据权利要求20所述的环氧化物组合物。
36.一种膜,该膜包含根据权利要求20所述的环氧化物组合物。
37.一种预浸渍体,该预浸渍体包含根据权利要求20所述的环氧化物组合物。
38.一种层叠,该层叠包含形成在权利要求37所述的预浸渍体上的金属层。
39.一种印刷电路板,该印刷电路板包含权利要求37所述的预浸渍体。
40.一种半导体设备,该半导体设备包含安装在权利要求39所述的印刷电路板上的半导体器件。
41.一种半导体封装材料,该半导体封装材料包含权利要求20所述的环氧化物组合物。
42.一种半导体器件,该半导体器件包含权利要求41所述半导体封装材料。
43.一种粘合剂,该粘合剂包含权利要求20所述的环氧化物组合物。
44.一种涂料,该涂料包含权利要求20所述的环氧化物组合物。
45.一种复合材料,该复合材料包含权利要求20所述的环氧化物组合物。
46.一种权利要求20所述的环氧化物组合物的固化产物。
47.如权利要求46所述的固化产物,其特征在于,所述固化产品的热膨胀系数(CTE)小于或等于60ppm/℃。
48.如权利要求46所述的固化产物,其特征在于,所述固化产物的玻璃转变温度大于或等于100℃,或者不展现出玻璃转变温度。
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