CN105820353B - 一种聚苯醚微孢分散液的制备方法 - Google Patents
一种聚苯醚微孢分散液的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种聚苯醚微孢分散液的制备方法,制造步骤包括:使用富溶剂于45~110℃,将数均分子量(Mn)大于12,000g/mol的聚苯醚溶解;加入助剂充分搅拌混合,并呈分散相;降温到42~80℃之间,加入贫溶剂,产生聚苯醚包覆助剂的聚苯醚微孢粒子;再将温度降至0~40℃以下形成聚苯醚微孢分散液;所形成的聚苯醚微孢分散液可在40℃以下进行浸渍加工,而不须使用高温浸渍设备,具安全性与经济效益,且所制作的铜箔基板具有高玻璃化转变温度(Tg)、低介电常数Dk、低介电损耗Df及较高铜箔剥离强度等优异物理性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚苯醚微孢分散液的制备方法,尤指一种适用于40℃以下进行浸渍加工的聚苯醚微孢分散液的制备方法。
背景技术
聚苯醚(PPE)树脂的性能,包括具有极佳绝缘性、耐酸碱性、及优良介电常数Dk及介电损耗Df,且符合高频铜箔基板需兼备低介电常数Dk与介电损耗Df的要求,已广泛应用于高频通讯设备中。
PPE树脂的电性性能,是随着分子量增加而更加优异。而且,聚苯醚每个分子的平均酚性羟基数(OH数),需介于0.001~0.1,以维持良好的电性。然而,目前高频铜箔基板所使用的聚苯醚树脂,大多使用数均分子量(Mn)小于9,000g/mol的低分子量聚苯醚(以下简称LR-PPE),其优点在于对溶剂具极佳溶解性,且在温度40℃以下易浸渍加工,但是其缺点在于电性、玻璃化转变温度(Tg)及机械强度等方面的性能,却远不及于数均分子量(Mn)大于12,000g/mol的高分子量聚苯醚(以下简称HM-PPE),从而无法提升高频铜箔基板的性能。
使用PPE树脂制作高频铜箔基板的传统工艺,是使用甲苯、丁酮或二甲基甲酰胺为溶剂,将PPE树脂溶解成PPE溶液,再加入例如阻燃剂、填充剂(例如硅土)、胶粘剂、引发剂等助剂,经充分搅拌混合后,即调配成清漆供玻纤布在温度40℃以下进行浸渍加工;当玻纤布完成浸渍清漆之后,再经过烘干及热压工艺,即制成高频铜箔基板。
为了使高频铜箔基板具有更佳的电性,高频铜箔基板所使用的PPE树脂,可以选用数均分子量(Mn)大于12,000g/mol的HM-PPE树脂,但在调配清漆与进行浸渍的工艺中,HM-PPE溶液需限定温度超过40℃以上;此高温浸渍限制条件,不但导致在制作高频铜箔基板的工艺中需要使用高温浸渍设备,也衍生出设备成本昂贵与工艺具危险性等问题。
为解决上述问题,现有技术揭露对数均分子量(Mn)介于8,000~40,000g/mol的HM-PPE树脂进行研磨、粉粹或结晶,以取得HM-PPE粒子,再与助剂混合后形成清漆,可适用于在室温下进行浸渍加工。但是,这种HM-PPE粒子与助剂混合形成聚苯醚分散液之后,每颗HM-PPE粒子与助剂成分之间,只是维持以固态-固态接触或固态-液态接触而已,不是形成以HM-PPE包覆助剂的微孢化结构,导致所述聚苯醚分散液的微观相仍是处于混合不均匀。这种聚苯醚分散液用于制作高频铜箔基板的缺点,就是会影响高频铜箔基板的性能,且造成高频铜箔基板的电性、机械强度与耐热性变差。
发明内容
有鉴于此,本发明揭示一种聚苯醚微孢分散液的制备方法,所制得的聚苯醚分散液,具有均匀分散且由HM-PPE包覆在助剂上面构成的微孢化粒子,经调配成清漆,可供玻纤布在温度40℃以下进行浸渍,尤其是应用于制作高频铜箔基板所带来的效果,包括使高频铜箔基板获得提高电性性能外,同时解决现有技术中使用HM-PPE溶液进行浸渍加工需限定温度超过40℃以上的问题,不但不需用使用高温浸渍设备,且保障工艺具有安全性。
所述聚苯醚微孢分散液的制备方法,其制造步骤包括:
(a)选用数均分子量(Mn)介于12,000~30,000g/mol的高分子量聚苯醚(HM-PPE);
(b)选用在温度45~110℃下可溶解所述高分子量聚苯醚的第一溶剂,以及,选用不溶解所述高分子量聚苯醚的第二溶剂;
(c)使用所述第一溶剂在温度介于45~110℃下将步骤(a)的高分子量聚苯醚溶解成聚苯醚溶液;
(d)向步骤(c)的聚苯醚溶液加入数均分子量(Mn)介于800~6,000g/mol的低分子量聚苯醚(LR-PPE)及助剂,且充分搅拌至助剂均匀分散于聚苯醚溶液中;其中,所述助剂选自聚丁二烯树脂、阻燃剂、填充剂、交联剂或引发剂中的一种或二种以上的混合物;
(e)待步骤(d)的聚苯醚溶液降温到温度介于42~80℃,向步骤(d)的聚苯醚溶液加入第二溶剂,添加量满足第一溶剂/第二溶剂的重量比介于0.10~2.0,使聚苯醚包覆助剂而形成聚苯醚微孢粒;及
(f)待步骤(e)的聚苯醚溶液降温到温度介于0~40℃,即制得可在40℃下进行浸渍加工的聚苯醚微孢分散液。
所制成聚苯醚微孢分散液的特点,包括:
1、可供玻纤布在40℃以下进行浸渍,不须使用高温(>40℃)浸渍设备,具安全性与经济效益;及
2、每个聚苯醚微孢内的HM-PPE与助剂呈高度均匀混合,有助于使所制得的基板具优异物理性能,包括高玻璃化转变温度(Tg)、低介电常数Dk、低介电损耗Df及较高铜箔剥离强度等。
附图说明
图1为实施例1制成的聚苯醚微孢粒子的电子显微镜(SEM)照片;
图2为实施例1制成的聚苯醚微孢粒子的EDS元素分析表;
图3为实施例5制成的聚苯醚微孢粒子的电子显微镜(SEM)照片;
图4为实施例5制成聚苯醚微孢粒子的EDS元素分析表;
图5为实施例9制成的聚苯醚微孢粒子的电子显微镜(SEM)照片;
图6为实施例9制成聚苯醚微孢粒子的EDS元素分析表;
图7为实施例10制成的聚苯醚微孢粒子的电子显微镜(SEM)照片;
图8为实施例10制成聚苯醚微孢粒子的EDS元素分析表;
图9为实施例12制成的聚苯醚微孢粒子的电子显微镜(SEM)照片;
图10为实施例12制成聚苯醚微孢粒子的EDS元素分析表;
图11为实施例14制成的聚苯醚微孢粒子的电子显微镜(SEM)照片;
图12为实施例14制成聚苯醚微孢粒子的EDS元素分析表;
具体实施方式
本发明的聚苯醚微孢分散液制备方法,应用于调配一种新颖的聚苯醚微孢分散液,可供玻纤布在40℃以下进行浸渍,不须使用高温(>40℃)浸渍设备。而且,所制得的聚苯醚分散液的特点,为聚苯醚分散液中具有均匀分散且由HM-PPE包覆在助剂上面构成的微孢化聚苯醚粒子(以下简称聚苯醚微孢粒)。
如表1所示,聚苯醚(PPE)对各种溶剂的溶解度,具有随着不同温度范围而显着不同的性能。
表1
从表1得知,在温度45~110℃下,只有高分子量聚苯醚(HM-PPE)可以使用芳香族溶剂予以溶解,但在温度0~80℃下,HM-PPE却不溶解于酮类溶剂、醇类溶剂或酰胺类溶剂;反之,低分子量聚苯醚(LR-PPE),则没有此种现象,易溶解于芳香族溶剂、酮类溶剂、醇类溶剂或酰胺类溶剂。
因此,本发明的聚苯醚微孢分散液制备方法,就是利用只有HM-PPE具备这种特性,再搭配使用特定的富溶剂/贫溶剂重量比、投料时间点与温度点,即可制备获得本发明的聚苯醚微孢分散液。
更具体而言,本发明的聚苯醚微孢粒的制法,是采用以下关键技术制成:
1、使用在温度45~110℃下可以溶解HM-PPE的第一种溶剂(以下本文定义为富溶剂)。例如,使用芳香族溶剂;
2、使用在温度0~80℃下不会溶解HM-PPE的第二种溶剂(以下本文定义为贫溶剂)。例如,使用酮类溶剂、醇类溶剂或酰胺类溶剂;
3、限定助剂加入时机,是在HM-PPE使用富溶剂溶解成HM-PPE溶液的状态下加入;
4、限定贫溶剂加入时机,是在助剂加入之后再加入HM-PPE溶液中;且并同降低温度而迫使HM-PPE析出;
5、在搅拌下,析出的HM-PPE与助剂成分呈高度均匀混合,析出的HM-PPE将以缠绕方式附着于助剂中的不溶物(例如阻燃剂、填充剂或其混合物),最后形成由HM-PPE紧密包覆在助剂上面的聚苯醚微孢粒。
根据以上所述,本发明的聚苯醚微孢分散液的制备方法,包括以下步骤:
(a)选用数均分子量(Mn)介于12,000~30,000g/mol的高分子量聚苯醚(HM-PPE)及为反应物;
(b)在温度45~110℃下,优选为温度50~100℃下,最优选为温度60~90℃下,使用富溶剂将步骤(a)的聚苯醚反应物溶解成聚苯醚溶液;
(c)确定聚苯醚溶液中的HM-PPE完全溶解且具流动性后,向步骤(b)的聚苯醚溶液加入数均分子量(Mn)介于800~6,000g/mol的低分子量聚苯醚(LR-PPE)及助剂,并维持搅拌至助剂均匀分散于溶液中,以形成呈分散相的聚苯醚溶液;
(d)降温到温度42~80℃下,优选为降温到温度45~75℃下,最优选为降温到温度50~70℃下,向步骤(c)的聚苯醚溶液缓慢加入贫溶剂,且贫溶剂的添加量,满足富溶剂/贫溶剂的重量比介于0.10~2.0,优选为介于0.15~1.5,最优选为介于0.20~1.2;此刻,析出的HM-PPE将持续均匀包覆助剂而形成聚苯醚微粒,从而开始形成聚苯醚微孢分散液;
(e)完成贫溶剂入料后,将聚苯醚微孢分散液的温度,降到温度0~40℃,优选为降到温度0~38℃,最优选为降到温度5~35℃,即制得可在室温下进行浸渍加工的聚苯醚微孢分散液。
所述聚苯醚微孢粒的粒径,是随着助剂中的阻燃剂与填充剂的粒径大小而异。例如,助剂中使用平均粒径(D50)达2μm的阻燃剂与填充剂时,所述聚苯醚微孢的平均粒径(D50)达3.6μm。
本发明的聚苯醚微孢分散液中,包含由聚苯醚微孢粒与非聚苯醚微孢粒组成的固体成分,依重量比,占整体分散液总重的30~70%(以下,本文以“%”代表重量比“wt%”),优选为占35~60%,最优选为占40~50%。
所述聚苯醚微孢粒分散液中的聚苯醚微孢,粒径介于0.5~20μm的聚苯醚微孢,占70%以上,优选为占80%以上,最优选为占90%以上。
所述聚苯醚微孢粒的组成中,HM-PPE成分占80%以上,优选为占85%以上,最优选为占90%以上,其余为助剂成分。
本发明的聚苯醚微孢分散液的粘度,为10~400Cps,优选为20~200Cps,最优选为30~150Cps。
本发明所使用的HM-PPE,优选为数均分子量(Mn)介于12,000~30,000g/mol,最优选为介于14,000~25,000g/mol。
在制作高频铜箔基板的工艺中,高频铜箔基板使用数均分子量(Mn)大于12,000g/mol的HM-PPE制作,才可维持较佳的电性与玻璃化转变温度。在制作高频铜箔基板的工艺中,高频铜箔基板使用数均分子量(Mn)小于30,000g/mol的HM-PPE制作,在一般热压温度与压力下,熔融粘度较低,可获得良好的成型性;此外,数均分子量(Mn)小于30,000g/mol的HM-PPE,在温度小于110℃下,可以使用芳香族溶剂溶解,以制成本发明的聚苯醚微孢分散液,且所制得的聚苯醚微孢粒具高度均匀性。
本发明所使用的LR-PPE,优选为数均分子量(Mn)介于800~6,000g/mol,最优选为介于1,000~5,000g/mol。
在制作铜箔基板的工艺中,使用数均分子量(Mn)小于6,000g/mol的LR-PPE制作,可获得易于浸渍及成型性良好的特点;而使用数均分子量(Mn)高于800g/mol的LR-PPE制作,可获得较佳的电性、耐热性与机械性能。
本发明所使用的富溶剂,选自苯、甲苯、二甲苯或三甲苯中的一种或二种以上的混合物,优选为单独使用甲苯或二甲苯、或混合并用甲苯及二甲苯。
本发明所使用的贫溶剂,选自含C3~C8的酮类溶剂、含C1~C8的醇类溶剂、含C3~C8的酰胺类溶剂、或其混合物;优选单独使用分散性与加工性较佳的含C3~C8的酮类溶剂或含C3~C8的酰胺类溶剂。其中,所述含C3~C8的酮类溶剂,选自二甲基酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮或其混合物;所述含C1~C8的醇类溶剂,选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇或其混合物;所述含C3~C8的酰胺类溶剂,选自二甲基酰胺、甲基乙基酰胺、二乙基酰胺或其混合物。
所述助剂选自聚丁二烯树脂、阻燃剂、填充剂、交联剂或引发剂中的一种或二种以上的混合物。所述聚丁二烯树脂含乙烯基70wt%以上,可以提供大量不饱和乙烯基供应硬化交联时所需,并且于交联时可以增加架桥密度,使得本发明的预浸渍片及所制得的电路载板具有优良的耐高温性能。聚丁二烯树脂,重均分子量(Mw)介于1,000~10,000g/mol。
所述阻燃剂具抑制燃烧的功能,其选自含溴阻燃剂、含磷阻燃剂、聚磷酸铵类阻燃剂、磷酸三聚氰胺类(Melamine Polyphosphate)阻燃剂、氰尿酸三聚氰胺类阻燃剂、磷腈类(phosphazene)阻燃剂或无机阻燃剂。
其中,所述含溴阻燃剂选自十四溴二(苯氧基)苯(tetradecabromodiphenoxybenzene)或1,2-双(2,3,4,5,6-五溴苯基)乙烷(1,2-bis(pentabromophenyl)ethane)。
所述含磷阻燃剂选自三苯基磷酸脂(TPP)、间苯二酚双磷酸脂(RDP)、双酚A二(二苯基)磷酸脂(BPAPP)、双酚A二(二甲基)磷酸脂(BBC)、二磷酸间苯二酚酯(CR-733S)或间苯二酚-双(二-2,6-二甲基苯基磷酸酯)(PX-200)。
所述磷腈类(phosphazene)阻燃剂选自聚二(苯氧基)磷腈(SPB-100);所述无机阻燃剂选自氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑或硼酸锌。
所述填充剂的平均粒径介于0.01~20微米,且用于维持铜箔基板的尺寸稳定性及机械强度。所述填充剂选自二氧化硅(SiO2)、氢氧化铝(Al(OH)3)、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、氢氧化镁(Mg(OH)2)或碳酸钙(CaCO3)。
所述交联剂为分子内具有2个以上不饱和基团的单体。所述交联剂选自异氰尿酸三烯丙酯(TAIC)、氰尿酸三烯丙酯(TAC)、氰尿酸三甲基烯丙酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二乙烯苯、二乙烯奈、邻苯二甲酸二烯丙酯或氰尿酸二烯丙酯;优选为使用与PPE兼容性较佳的TAIC。
所述引发剂用于加速交联反应及促进硬化。所述引发剂选自过氧化苯甲酰(BPO)、氢过氧化异丙苯、过氧化二异丙苯(DCP)、叔丁基异丙苯基过氧化物、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己炔、1,1-二(叔丁基过氧基)-3,3,5-三甲基环己烷、咪唑(imidazole)、三苯基膦(triphenylphosphine,TPP)或2-甲基咪唑(2-methylimidazole,2MI)。优选为使用2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己炔或2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷。
本发明的聚苯醚微孢分散液,视需求可以选择加入适量的添加剂。所述添加剂包括热塑性树脂、热稳定剂、抗氧化剂、UV吸收剂、表面活性剂、润滑剂或聚合物。
本发明的聚苯醚微孢分散液,具有以下有益效果,故适合应用于制造具优异电性的高频铜箔基板:
1、可供玻纤布在40℃以下进行浸渍,不须使用高温(>40℃)浸渍设备,具安全性与经济效益;及
2、每个HM-PPE微孢粒内HM-PPE与助剂呈高度均匀混合,有助于使所制得的高频铜箔基板具有优异物理性能,包括具优异低介电常数Dk及低介电损耗Df电性,具高玻璃化转变温度(Tg)性能及具较高铜箔剥离强度等。
以下,以实施例对本发明进行更具体的说明,但本发明的保护范围,不受实施例所限制。各实施例及对比实施例所制备的聚苯醚微孢分散液,以及制作铜箔基板,为根据下述方法进行分析与测量性能。
制作聚苯醚微孢分散液:取HM-PPE与富溶剂于45~110℃之间并搅拌形成溶液,优选为50~100℃,最优选为60~90℃,搅拌叶末端切线速度3米/秒以上,加入助剂(聚丁二烯树脂、交联剂、阻燃剂、填充剂及引发剂等)、LR-PPE并维持搅拌至均匀分散于溶液中。接着降温到42~80℃之间,优选为45~75℃,最优选为50~70℃,再将贫溶剂加入,这时候聚苯醚持续被迫析出并均匀包覆在助剂表面,即微孢分散液即开始形成。完成贫溶剂入料后,将聚苯醚微孢分散液的温度降至0~40℃之间。
分析微孢成分的方法:
取制备完成且已知成分比的分散液10克以离心方式进行沉淀,以达到固-液分层,收集上层透明液,再加入50克的丁酮(MEK)于固体相进行充分搅拌,进行离心式固-液分层,续收集上层透明液;同样再加入50克的MEK于固体相进行充分搅拌,进行离心式固-液分层,续收集上层透明液。将全部所收集的透明液进行分析固体成分、成分比,以取得各成分的重量(即为液态各成分重量)。取下层的微孢固体层,加入100克的甲苯加热至100℃并充分搅拌将微孢的树脂溶解并过滤,进而分析固体成分、成分比,以取得各成分的重量(即为微孢各成分重量)。
分析分散液粒子与测量基板性能的方法:
1、分析聚苯醚微孢粒的粒径:
使用粒径分析仪(Particle Size Analyzer,型号Mastersizer 3000)测量聚苯醚微孢粒的粒径分布比例,测量范围介于0.01~3,500μm。
2、观察聚苯醚微孢粒子:
取分散液以丁酮稀释50倍,并取样滴在玻璃上干燥,再使用电子显微镜(SEM,HITACHI S-3400N)以不同倍数观察。
3、聚苯醚微孢粒的元素分析;
取分散液以丁酮稀释50倍,并取样滴在玻璃上干燥,使用能量散布光谱仪(EDS,HORIBA X-Max)分析PPE微孢粒的元素,以确定HM-PPE是否紧密包覆助剂的不溶物。
4、粘度分析:
使用粘度测试仪(viscometer,德国Schott公司制)测量聚苯醚微孢分散液的粘度。
5、测定聚苯醚树脂分子量:
将定量聚苯醚树脂溶于THF溶剂中,且配制成浓度1%的溶液,再加热至溶液澄清后,进行GPC(凝胶渗透层析法)分析,经计算特性峰面积而测得聚苯醚树脂分子量。分析的检量线,是以不同分子量的聚苯乙烯标准品进行多点标定,建立检量线后,便可得待测品的分子量数据。
6、聚苯醚每1个分子的平均酚性羟基数(OH数):
每1个聚苯醚分子的平均酚性羟基数=(羟基数)/(数均分子量)。
将聚苯醚溶于二氯甲烷溶液中,并添加四甲基氢氧化铵成为样本,再使用UV光谱仪(紫外光分光光谱仪)以波长318nm变化进行测定,以得羟基数。
7、Tg(玻璃化转变温度,℃):
使用示差扫瞄热分析仪(DSC,型号TA2100)测量基板与聚苯醚的玻璃化转变温度。
8、吸水率(%):
使用2atm高压锅将水加热至120℃,样本在高压锅内置放30分钟后,计算样本前后重量变化量。
9、288℃耐焊锡耐热性(秒):
试样在120℃及2atm高压锅中加热120分钟后浸入288℃焊锡炉,记录样本爆板分层所需时间。
10、铜箔剥离强度(lb/in):
测试铜箔与电路载板之间的剥离强度。
11、介电常数Dk(3GHz):
以介电分析仪(Dielectric Analyzer),型号HP Agilent E4991A,测试在频率3GHz时的介电常数Dk。
12、介电损耗Df(3GHz):
以介电分析仪(Dielectric Analyzer),型号HP Agilent E4991A,测试在频率3GHz时的介电损耗Df。
实施例
聚苯醚制备例(聚苯醚规格如表2)
制备例1(PPE-A1的制备例):
取2,6-二甲基酚(2,6-DMP)1.5kg及四甲基双酚A(TMBPA)0.040kg为反应物,取甲苯10kg为反应溶剂,以及使用铜-胺配合物为催化剂(CuBr2:2.2g、正丁胺32g、N,N-二甲基丁胺60g、二丁基胺21g、二丁基乙二胺5.8g、表面活性剂4g)。
将2,6-DMP及TMBPA投入甲苯溶剂中混合溶解成反应液;将反应液投入设有搅拌器且体积30升的反应器中,分别输入氮气与氧气,使反应器中的气相氧气浓度控制在低于反应溶剂的限氧浓度(LOC),并维持压力6kg/cm2,接着启动反应槽的搅拌器,并将温度控制在摄氏25度,反应过程中,氧气随消耗量实时补充,反应压力与气相氧气浓度则分别维持在6kg/cm2与LOC之下,并全程监测聚苯醚的分子量与反应液的粘度,当PPE的数均分子量(Mn)达12,000±500g/mol时,即终止反应(关闭氧气并置换氮气)。再将反应液(粗产物)冷却至室温后加入2倍的溶剂以稀释PPE的浓度与粘度,再以0.1%的乙二胺四乙酸(Ethylenediaminetetraacetic acid,CAS:60-00-4,以下简称EDTA)水溶液作为螯合剂以萃取的方式去除铜离子,并分离水层。再将溶液升温至75℃,续投入相转移催化剂四丁基溴化铵(TBAB)0.4g,再投入45wt%的NaOH水溶液8.8g反应1小时(进行末端酚基钠盐化)。在以滴加的方式将15.2g的4-氯甲基苯乙烯单体(chloromethane styrene,CMS)投入反应液,滴加完毕后(时间为1小时),再反应10小时并降温至室温。以甲醇(重量为反应液的5倍)将反应液中的聚苯醚析出,然后再过滤与干燥。
所制得的聚苯醚(PPE-A1),其数均分子量(Mn)=12,063g/mol,且每一个分子的平均酚性羟基为0.95个。
制备例2(PPE-A2的制备例):
同制备例1,但反应物改为使用2,6-DMP 1.5kg及TMBPA 0.028kg;相转移催化剂四丁基溴化铵(TBAB)改为0.5g,45wt%的NaOH水溶液改为5.8g,4-氯甲基苯乙烯单体改为10.2g。
当反应液中的PPE的数均分子量(Mn)达14,000±500g/mol时,即终止反应。
最后,从反应液析出制得的聚苯醚(PPE-A2),其数均分子量(Mn)=14,324g/mol,且每一个分子的平均酚性羟基为0.97个。
制备例3(PPE-A3的制备例):
同制备例1,但反应物改为使用2,6-DMP 1.5kg及AMP 0.15kg。当反应液中的PPE的数均分子量(Mn)达18,000±500g/mol时,即终止反应。
最后,从反应液析出制得的聚苯醚(PPE-A3),其数均分子量(Mn)=18,491g/mol,且每一个分子的平均酚性羟基为0.91个。
制备例4(PPE-A4的制备例):
同制备例1,但反应物只使用2,6-DMP 1.5kg。当反应液中的PPE的数均分子量(Mn)达23,000±500g/mol时,即终止反应。
最后,从反应液析出制得的聚苯醚(PPE-A4),其数均分子量(Mn)=23,167g/mol,且每一个分子的平均酚性羟基为0.92个。
制备例5(PPE-A5的制备例):
同制备例4,当反应液中的PPE的数均分子量(Mn)达28,000±500g/mol时,即终止反应。
最后,从反应液析出制得的聚苯醚(PPE-A5),其数均分子量(Mn)=28,424g/mol,且每一个分子的平均酚性羟基为0.96个。
制备例6(PPE-A6的制备例):
同制备例4,当反应液中的PPE的数均分子量(Mn)达32,000±500g/mol时,即终止反应。
最后,从反应液析出制得的聚苯醚(PPE-A6),其数均分子量(Mn)=32,197g/mol,且每一个分子的平均酚性羟基为0.94个。
制备例7(PPE-B1的制备例):
于2升的烧瓶中,加入PPE-A5(Mn=28,424g/mol)215g、甲苯500g,加热至90℃并搅拌至PPE-A5溶解,投入双酚A(BPA)48.6g,再投入过氧化苯甲酰(BPO)31.4g,反应6小时后降温至50℃,再以碱溶液及纯水萃取数次作为纯化程序。此刻,反应液中的PPE的数均分子量(Mn)=2,020g/mol,每一个分子的平均酚性羟基为1.89个。
再将反应液升温至75℃,续投入相转移催化剂四丁基溴化铵(TBAB)0.25g,再投入45wt%的NaOH水溶液39.9g反应1小时(进行末端酚基钠盐化)。在以滴加的方式将68.6g的4-氯甲基苯乙烯单体(chloromethane styrene,CMS)投入反应液,滴加完毕后(时间为1小时),再反应10小时并降温至室温。以甲醇(重量为反应液的5倍)将反应液中的聚苯醚析出,然后再过滤与干燥。
最后,从反应液析出制得的聚苯醚(PPE-B1),其数均分子量(Mn)=2,133g/mol,每一个分子的平均酚性羟基为小于0.01个。
制备例8(PPE-B2的制备例):
同实施例7,将双酚A(BPA)改为26.9g,45wt%的NaOH水溶液改为22.2g,4-氯甲基苯乙烯单体改为38.1g。
最后,从反应液析出制得的聚苯醚(PPE-B2),其数均分子量(Mn)=3,860g/mol,每个分子的平均酚性羟基小于0.01个。
制备例9(PPE-B3制备例):
同实施例7,将双酚A(BPA)改为18.0g,45wt%的NaOH水溶液改为15.2g,4-氯甲基苯乙烯单体改为26.1g。
最后,从反应液析出制得的聚苯醚(PPE-B3),其数均分子量(Mn)=5,632g/mol,每个分子的平均酚性羟基小于0.01个。
表2
制备聚苯醚微孢分散液
实施例1~2:
如表3所列配方,取HM-PPE、富溶剂甲苯(或二甲苯)置入三颈玻璃瓶并维持搅拌(整个过程皆维持搅拌、且搅拌叶末端切线速度3米/秒以上进行),将升温至45℃,确定HM-PPE完全溶解后,加入助剂、LR-PPE,助剂包括聚丁二烯树脂、交联剂TAIC、阻燃剂BT-93(或MPP(melamine pyrophosphate))、填充剂二氧化硅SiO2(D50=2μm)及引发剂DCP,并维持搅拌至均匀分散于溶液中。降温至42℃时,将贫溶剂乙醇(或甲基乙基酮(MEK)或二甲基酰胺(DMF))加入(10g/min)三颈玻璃瓶内,温度以每分钟降1℃进行,在滴加贫溶剂与降温过程,迫使聚苯醚持续析出并均匀包覆助剂,微孢分散液即开始形成。完成贫溶剂入料后,分别将实施例1、2的微孢分散液温度降至25℃、32℃,得具流动性与分散性的聚苯醚微孢分散液。
实施例1制成的聚苯醚微孢粒子的电子显微镜(SEM)照片及EDS元素分析表,如图1及图2所示。
实施例3~6:
如表3所列配方,取HM-PPE、富溶剂置入三颈玻璃瓶并维持搅拌(整个过程皆维持搅拌且搅拌叶末端切线速度3米/秒以上进行),将升温至60℃,确定HM-PPE完全溶解后,加入助剂、LR-PPE并维持搅拌至均匀分散于溶液中。降温至50℃时,将贫溶剂加入(10g/min)三颈玻璃瓶内,温度以每分钟降1℃进行,在滴加贫溶剂与降温过程,迫使聚苯醚持续析出并均匀包覆助剂,微孢分散液即开始形成。完成贫溶剂入料后,分别将实施例3、4、5、6的微孢分散液温度降至18℃、12℃、3℃、40℃,得具流动性与分散性的聚苯醚微孢分散液。
实施例5制成的聚苯醚微孢粒子的电子显微镜(SEM)照片及EDS元素分析表,如图3及图4所示。
实施例7~11:
如表3所列配方,取HM-PPE、富溶剂置入三颈玻璃瓶并维持搅拌(整个过程皆维持搅拌且搅拌叶末端切线速度3米/秒以上进行),将升温至75℃,确定HM-PPE完全溶解后,加入助剂、LR-PPE并维持搅拌至均匀分散于溶液中。降温至60℃时,将贫溶剂加入(10g/min)三颈玻璃瓶内,温度以每分钟降1℃进行,在滴加贫溶剂与降温过程,迫使聚苯醚持续析出并均匀包覆助剂,微孢分散液即开始形成。完成贫溶剂入料后,分别将实施例7、8、9、10、11的微孢分散液温度降至25℃、27℃、39℃、8℃、26℃,得具流动性与分散性的聚苯醚微孢分散液。
实施例9制成的聚苯醚微孢粒子的电子显微镜(SEM)照片及EDS元素分析表,如图5及图6所示。实施例10制成的聚苯醚微孢粒子的电子显微镜(SEM)照片及EDS元素分析表,如图7及图8所示。
实施例12~16:
如表3所列配方,取HM-PPE、富溶剂置入三颈玻璃瓶并维持搅拌(整个过程皆维持搅拌且搅拌叶末端切线速度3米/秒以上进行),将升温至110℃,确定HM-PPE完全溶解后,加入助剂、LR-PPE并维持搅拌至均匀分散于溶液中。降温至80℃时,将贫溶剂加入(10g/min)三颈玻璃瓶内,温度以每分钟降1℃进行,在滴加贫溶剂与降温过程,迫使聚苯醚持续析出并均匀包覆助剂,微孢分散液即开始形成。完成贫溶剂入料后,分别将实施例12、13、14、15、16的微孢分散液温度降至16℃、38℃、22℃、25℃、9℃,得具流动性与分散性的聚苯醚微孢分散液。实施例12的SEM/EDS图如图9及图10,实施例14的SEM/EDS图如图11及图12。
对比实施例
对比实施例1:
如表4所列配方,取HM-PPE、富溶剂置入三颈玻璃瓶并维持搅拌(整个过程皆维持搅拌且搅拌叶末端切线速度3米/秒以上进行),将升温至45℃,确定HM-PPE完全溶解后,降温至40℃时,将贫溶剂缓慢加入(10g/min)三颈玻璃瓶内,温度以每分钟降1℃进行,在滴加贫溶剂与降温过程,迫使聚苯醚持续析出,粒子即开始形成。完成贫溶剂入料后,将分散液温度降至15℃,并加入助剂、LR-PPE并维持搅拌至均匀分散于溶液中,以制得具流动性与分散性的浸渍液(或清漆)。
对比实施例2:
如表4所列配方,取HM-PPE、富溶剂置入三颈玻璃瓶并维持搅拌(整个过程皆维持搅拌且搅拌叶末端切线速度3米/秒以上进行),将升温至60℃,确定HM-PPE完全溶解后,降温至50℃时,将贫溶剂缓慢加入(10g/min)三颈玻璃瓶内,温度以每分钟降1℃进行,在滴加贫溶剂与降温过程,迫使聚苯醚持续析出,粒子即开始形成。完成贫溶剂入料后,将分散液温度降至40℃,并加入助剂、LR-PPE并维持搅拌至均匀分散于溶液中,以制得具流动性与分散性的浸渍液(或清漆)。
对比实施例3~4:
如表4所列配方,取HM-PPE、富溶剂置入三颈玻璃瓶并维持搅拌(整个过程皆维持搅拌且搅拌叶末端切线速度3米/秒以上进行),将升温至75℃,确定HM-PPE完全溶解后,降温至60℃时,将贫溶剂缓慢加入(10g/min)三颈玻璃瓶内,温度以每分钟降1℃进行,在滴加贫溶剂与降温过程,迫使聚苯醚持续析出,粒子即开始形成。完成贫溶剂入料后,分别将对比实施例3、4的分散液温度降至32℃、25℃,并加入助剂、LR-PPE并维持搅拌至均匀分散于溶液中,以制得具流动性与分散性的浸渍液(或清漆)。
对比实施例5:
如表4所列配方,取HM-PPE、富溶剂置入三颈玻璃瓶并维持搅拌(整个过程皆维持搅拌且搅拌叶末端切线速度3米/秒以上进行),将升温至90℃,确定HM-PPE完全溶解后,降温至70℃时,将贫溶剂缓慢加入(10g/min)三颈玻璃瓶内,温度以每分钟降1℃进行,在滴加贫溶剂与降温过程,迫使聚苯醚持续析出,粒子即开始形成。完成贫溶剂入料后,将分散液温度降至12℃,并加入助剂、LR-PPE并维持搅拌至均匀分散于溶液中,以制得具流动性与分散性的浸渍液(或清漆)。
对比实施例6:
如表4所列配方,取HM-PPE、LR-PPE、富溶剂置入三颈玻璃瓶并维持搅拌(整个过程皆维持搅拌且搅拌叶末端切线速度3米/秒以上进行),将升温至110℃,确定HM-PPE完全溶解后,降温至80℃时,将贫溶剂缓慢加入(10g/min)三颈玻璃瓶内,温度以每分钟降1℃进行。完成贫溶剂入料后,将温度降至20℃,因富溶剂/贫溶剂重量比=2.37(>2),导致浸渍液呈胶状(Gel),无法进行浸渍加工。
对比实施例7~8:
如表4所列配方,取LR-PPE、助剂、富溶剂置入三颈玻璃瓶,并分别将对比实施例7、8的温度控制在38℃、5℃,维持搅拌2小时(整个过程皆维持搅拌且搅拌翼顶端速度3米/秒以上进行),以制得浸渍液(或清漆)。
对比实施例9~11:
如表4所列配方,取HM-PPE、LR-PPE、富溶剂、助剂置入三颈玻璃瓶,并分别将对比实施例9、10、11的温度控制在22℃、40℃、3℃,维持室温搅拌2小时(整个过程皆维持搅拌且搅拌叶末端切线速度3米/秒以上进行),以制得浸渍液(或清漆),其中固体成分只占25%以下。所制得浸渍液因其中的固体成分含量过低,导致烘干后的预浸体(Preperg)的树脂含量只有30%以下,因为树脂含量过低,无法再进行热压制作铜箔基板。此外,如果对所制得的浸渍液再提高其中的固体成分含量,则浸渍液(或清漆)呈胶状(Gel),无法进行浸渍加工。
对比实施例12:
如表4所列配方,取HM-PPE、LR-PPE、乙醇、助剂置入三颈玻璃瓶并维持搅拌(整个过程皆维持搅拌且搅拌叶末端切线速度3米/秒以上进行),将温度升温至75℃,HM-PPE仍不溶解于乙醇,无法制造浸渍液。
使用实施例1~16的聚苯醚微孢分散液制作铜箔基板:
取实施例1-16制得的聚苯醚微孢分散液。将玻纤布(南亚塑胶公司生产,布种型号2116)分别浸渍实施例1-16制得的聚苯醚微孢分散液或清漆,然后于烘箱将溶剂干燥,确认溶剂干燥后即为半固化片,取6张半固化片并层叠于二片35μm厚之铜箔之间,以10kg/cm2加压于基板上,并以3.0℃/min的加温速率,从室温加热到100℃时;再将压力升至45kg/cm2加压于基板上,并持续以4.0℃/min的加温速率加热至210℃后,并维持120分钟,接着慢慢冷却(-3℃/min)到130℃以取得铜箔基板。
实施例1-16的聚苯醚微孢分散液配方、以及所制作的铜箔基板的物理实验数据,如表3所示。
使用对比实施例1-12的浸渍液(或清漆)制作铜箔基板:
取玻纤布(南亚塑胶公司生产,布种型号2116)浸渍聚苯醚微孢分散液或清漆,然后于烘箱将溶剂干燥,确认溶剂干燥后即为半固化片,取6张半固化片并层叠于二片35μm厚之铜箔之间,以10kg/cm2加压于基板上,并以3.0℃/min的加温速率,从室温加热到100℃时;再将压力升至45kg/cm2加压于基板上,并持续以4.0℃/min的加温速率加热至210℃后,并维持120分钟,接着慢慢冷却(-3℃/min)到130℃以取得铜箔基板。
对比实施例1-12的浸渍液(或清漆)配方、以及所制作的铜箔基板物理实验数据,如表4所示。
表3
表3(续)
表4
表4(续)
注:1.TAIC:异氰尿酸三烯丙酯; 2.BT-93:乙撑双四溴邻苯二甲酰亚胺
3.MPP:三聚氰胺焦磷酸盐; 4.SiO2:二氧化硅
5.DCP:过氧化二异丙苯; 6.MEK:甲基乙基酮;
7.DMF:二甲基酰胺。
结果:
1、实施例1-16的聚苯醚微孢分散液,包含均匀分散且由HM-PPE紧密包覆在助剂上面构成的聚苯醚微孢粒,因聚苯醚与助剂之间能够充分结合,具有优异介电性。
2、实施例1-16的聚苯醚微孢分散液,在室温下流动性相当良好,可供玻纤布在温度40℃以下进行浸渍,不但不需使用高温浸渍设备,且保障工艺安全性及降低成本经济效益。
3、使用实施例1-16的聚苯醚微孢分散液制作铜箔基板,因HM-PPE与助剂之间能够充分结合,所制造的铜箔基板具有高Tg、低Dk、低Df及较高铜箔剥离强度等优异物理性能。
4、对比实施例1~5的浸渍液(或清漆)制法,是在聚苯醚粒子形成后,再加入助剂。但,这种浸渍液(或清漆)中的聚苯醚与助剂只是处于混合状态,也没有生成微孢化的聚苯醚结构,故聚苯醚与助剂之间并没有充分结合。铜箔基板使用这种浸渍液(或清漆)制作,所制造的铜箔基板的各种物理性能均较差,包括较低Tg、较高Dk、较高Df及较低铜箔剥离强度。
5、对比实施例6的富溶剂/贫溶剂重量比为2.37,因为大于2(>2),故所调配浸渍液呈胶状(Gel),无法进行浸渍加工。
6、对比实施例7~8不使用(Mn>12,000g/mol)高分子量聚苯醚(HM-PPE),在40℃以下将(Mn<6,000g/mol)低分子量聚苯醚溶解,并且加入助剂,以制得浸渍液(或清漆);但,铜箔基板使用这种浸渍液(或清漆)制作,所制造的铜箔基板的各种物理性能均较差,包括较低Tg、较高Dk、较高Df及较低铜箔剥离强度。
7、对比实施例9~11的浸渍液(或清漆)制法,是在室温下使用富溶剂溶解聚苯醚,再与助剂混合制得浸渍液(或清漆)。这种浸渍液(或清漆)的固体成分只占25%以下,导致烘干后的预浸体(Preperg)的树脂含量只有30%以下,故无法再进行热压制作铜箔基板。此外,如果对所制得的浸渍液再提高其中的固体成分含量,则浸渍液(或清漆)呈胶状(Gel),无法进行浸渍加工。
8、对比实施例12的浸渍液(或清漆)制法,因为HM-PPE不能使用乙醇(贫溶剂)溶解,故不能制得浸渍液(或清漆)。
Claims (10)
1.一种聚苯醚微孢分散液的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(a)选用数均分子量Mn介于12,000~30,000g/mol的高分子量聚苯醚;
(b)选用在温度45~110℃下可溶解所述高分子量聚苯醚的第一溶剂,以及,选用不溶解所述高分子量聚苯醚的第二溶剂;
(c)使用所述第一溶剂在温度介于45~110℃下将步骤(a)的高分子量聚苯醚溶解成聚苯醚溶液;
其中,所述第一溶剂选自苯、甲苯、二甲苯或三甲苯中的一种或二种以上的混合物;
(d)向步骤(c)的聚苯醚溶液加入数均分子量Mn介于800~6,000g/mol的低分子量聚苯醚及助剂,且充分搅拌至低分子量聚苯醚及助剂均匀分散于溶液中;
其中,所述助剂选自聚丁二烯树脂、阻燃剂、填充剂、交联剂或引发剂中的一种或二种以上混合物;
(e)待步骤(d)的聚苯醚溶液降温到温度介于42~80℃,向步骤(d)的聚苯醚溶液加入第二溶剂,添加量满足第一溶剂/第二溶剂的重量比介于0.10~2.0,使聚苯醚包覆助剂而形成聚苯醚微孢粒;
其中,所述第二溶剂选自二甲基酮、甲基乙基酮或甲基异丁基酮中的一种或二种以上的混合物;及
(f)待步骤(e)的聚苯醚溶液降温到温度介于0~40℃,即制得可在40℃下进行浸渍加工的聚苯醚微孢分散液。
2.根据权利要求1所述的聚苯醚微孢分散液的制备方法,其中,所述第二溶剂进一步选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇或其混合物。
3.根据权利要求1或2所述的聚苯醚微孢分散液的制备方法,其中,所述第二溶剂进一步选自二甲基酰胺、甲基乙基酰胺、二乙基酰胺或其混合物。
4.根据权利要求1所述的聚苯醚微孢分散液的制备方法,其中,第一溶剂/第二溶剂的重量比介于0.15~1.5。
5.根据权利要求1所述的聚苯醚微孢分散液的制备方法,其中,第一溶剂/第二溶剂的重量比介于0.20~1.2。
6.根据权利要求1所述的聚苯醚微孢分散液的制备方法,其中,
所述阻燃剂选自含溴阻燃剂、含磷阻燃剂、聚磷酸铵类阻燃剂、磷酸三聚氰胺类阻燃剂、氰尿酸三聚氰胺类阻燃剂、磷腈类阻燃剂或无机阻燃剂;
所述填充剂选自二氧化硅、氢氧化铝、氧化铝、二氧化钛、氢氧化镁或碳酸钙;
所述交联剂选自异氰尿酸三烯丙酯、氰尿酸三烯丙酯、氰尿酸三甲基烯丙酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二乙烯苯、二乙烯萘、邻苯二甲酸二烯丙酯或氰尿酸二烯丙酯;及
所述引发剂选自过氧化苯甲酰、氢过氧化异丙苯、过氧化二异丙苯、叔丁基异丙苯基过氧化物、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己炔、1,1-二(叔丁基过氧基)-3,3,5-三甲基环己烷、咪唑、三苯基膦或2-甲基咪唑。
7.根据权利要求1所述的聚苯醚微孢分散液的制备方法,其中,所制得的聚苯醚微孢分散液的粘度为10~400Cps。
8.根据权利要求7所述的聚苯醚微孢分散液的制备方法,其中,所制得的聚苯醚微孢分散液,包含由聚苯醚微孢粒与非聚苯醚微孢粒组成的固体成分,依重量比,该固体成分占整体分散液总重的30~70%。
9.根据权利要求8所述的聚苯醚微孢分散液的制备方法,其中,在所述聚苯醚微孢粒组成中,依重量比,高分子量聚苯醚成分占80%以上。
10.根据权利要求8所述的聚苯醚微孢分散液的制备方法,其中,在所述聚苯醚微孢粒分散液中的聚苯醚微孢,依重量比,粒径为0.5~20μm的聚苯醚微孢占70%以上。
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