CN105885386B - 一种低介电常数poss/聚氨酯复合材料薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种低介电常数poss/聚氨酯复合材料薄膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜及其制备方法，属于高分子材料技术领域。该复合材料是由具有式Ⅰ结构的POSS和具有式Ⅱ结构的聚氨酯组成。本发明还提供一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜的制备方法。该方法先将八苯基POSS溶于溶剂中，得到八苯胺基POSS溶液；然后将聚氨酯加入到八苯胺基POSS溶液中搅拌，得到混合溶液，将混合溶液倾倒于玻璃板上，然后将玻璃板移入真空烘箱中烘干，得到低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜。本发明的复合材料具有较低的介电常数和较好的机械性能。

Description

一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜及其制备方法。
背景技术
随着电子工业的飞速发展，电子元器件呈小型化和高效化的趋势，因而对电子元器件的封装材料提出了越来越高的要求。可用作封装绝缘材料的高分子材料有许多种，如：有机硅类、环氧树脂类、聚酰胺类、聚芳醚类、聚氨酯类等，其中聚氨酯类高分子材料及其发泡材料由于轻质、耐辐射、耐疲劳性好、抗冲击强度高、绝缘性能优异等特点而受到了广泛的关注。利用溶液共混制备无机-有机复合材料的方法由于制备过程简便，可操作性强，且能够结合无机材料和有机高分子材料的优势，所制备的复合材料具有光学透明性、折光指数和介电常数可调的特点而倍受瞩目。多面体齐聚倍半硅氧烷(POSS)是一类由无机硅氧烷笼型空心结构结合外围有机基团构成的纳米粒子。其在与有机高分子聚合物材料溶液共混的过程中能够充分发挥外围有机基团与高分子材料相容性好的优势，同时结合内部笼型空心结构介电常数低的优点，从而在保证其与聚合物基体材料相容性的同时赋予复合材料特定的功能性。
发明内容
本发明的目的是提供一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜及其制备方法，该复合材料具有较低的介电常数和较好的机械性能。
本发明首先提供一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜，该复合材料是由具有式Ⅰ结构的POSS和具有式Ⅱ结构的聚氨酯组成；
式Ⅱ中，m＝1～10，n＝50～500。
本发明还提供一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜的制备方法，包括：
步骤一：将八苯基POSS溶于溶剂中，在60～90℃下搅拌2～4小时，得到八苯胺基POSS溶液；
步骤二：将聚氨酯加入到步骤一得到的八苯胺基POSS溶液中搅拌，得到混合溶液，将混合溶液倾倒于玻璃板上，然后将玻璃板移入真空烘箱中，升温至60℃烘干2-4小时，再升温至80℃烘干12-24小时，然后在真空条件下升温至120℃烘干12-24小时，得到低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜。
优选的是，所述步骤一溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
优选的是，所述八苯基POSS的质量(g)：溶剂的体积(ml)为(0.05～0.2)：(10-15)。
优选的是，所述八苯基POSS与聚氨酯的质量比为(0.05～0.2)：1。
优选的是，所述步骤二的搅拌温度为室温，搅拌时间为24～48小时。
本发明的有益效果
本发明首先提供一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜，该复合材料是由具有式Ⅰ结构的POSS和具有式Ⅱ结构的聚氨酯组成；该复合材料通过引入POSS可以显著地提高材料的绝缘性能、机械性能和热稳定性，并有效地降低材料的介电常数，实验结果表明：当POSS添加量达到20wt％时，复合材料在1MHz时的介电常数可降至3.72。
本发明还提供一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜的制备方法，该制备方法简单、原料易得，制备得到的复合材料具有较低的介电常数和较好的机械性能，因此可有望应用于电子封装领域作为封装用绝缘材料。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜的扫描电镜照片。
图2为本发明实施例1备的低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜在不同测试频率下的介电常数。
具体实施方式
本发明首先提供一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜，该复合材料是由具有式Ⅰ结构的POSS和具有式Ⅱ结构的聚氨酯组成；
式Ⅱ中，m＝1～10，n＝50～500。
本发明还提供一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜的制备方法，包括：
步骤一：将八苯基POSS溶于溶剂中，在60～90℃下搅拌2～4小时，将得到的反应溶液冷却至室温再继续搅拌，所述的搅拌时间优选为24～48小时，得到八苯胺基POSS溶液；所述的溶剂没有特殊限制，能够溶解八苯基POSS即可，优选为N-甲基吡咯烷酮(NMP)；所述八苯基POSS的质量(g)：溶剂的体积(ml)优选为(0.05～0.2)：(10-15)；
步骤二：将聚氨酯加入到步骤一得到的八苯胺基POSS溶液中搅拌，所述的搅拌温度优选为室温，搅拌时间优选为24～48小时，得到混合溶液，将混合溶液倾倒于放置的平整玻璃板上，然后将玻璃板移入真空烘箱中，升温至60℃烘干2-4小时，再升温至80℃烘干12-24小时，然后在真空条件下升温至120℃烘干12-24小时，得到低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜，所述八苯基POSS与聚氨酯的质量比优选为(0.05～0.2)：1。
本发明的低介电常数POSS/聚氨酯复合材料，通过引入POSS可以显著地提高材料的绝缘性能、机械性能和热稳定性，并有效地降低材料的介电常数，因此可有望应用于电子封装领域作为封装用绝缘材料。
将得到的低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜的微观结构和介电常数分别通过扫描电子显微镜(SEM)和介电常数仪测试得到。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明，实施例中涉及到的原料均为商购获得。
实施例1
1)向锥形瓶中分别加入0.05克、0.1克、0.15克、0.2克八苯基POSS，之后加入10毫升N-甲基吡咯烷酮(NMP)，加热至60℃搅拌2小时，然后将上述溶液冷却至室温继续搅拌24小时，使得八苯胺基POSS充分溶解。
2)向上述溶液中分别加入1克聚氨酯，室温搅拌24小时后，将溶液分别倾倒于水平放置平整玻璃板上。然后将玻璃板移入真空烘箱中，升温至60℃烘干4小时，之后升温至80℃烘干24小时，然后在真空条件下升温至120℃烘干24小时，即制得一系列POSS质量分数分别为5％、10％、15％、20％的低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜。
图1为本发明实施例1制备的低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜的扫描电镜照片，其中(A)、(B)、(C)、(D)分别代表POSS质量分数分别为5％、10％、15％、20％的薄膜照片，图1说明：随着制备的POSS/聚氨酯复合材料中POSS添加量的增加，复合材料的扫描电镜照片中代表POSS的微米尺度的白色小圆球逐步增多。
图2为本发明实施例1制备的低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜在不同测试频率下的介电常数。图2说明：随着制备的POSS/聚氨酯复合材料中POSS添加量的增加，复合材料的介电常数呈逐步下降的趋势；当POSS添加量达到20wt％时，复合材料在1MHz时的介电常数可降至3.72。说明具有空心结构的POSS的引入能够显著降低复合材料的介电常数。
将实施例1制备得到的低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜进行机械性能和热性能测试，结果如表1和表2所示。
表1
从表1可以看出，随着制备的POSS/聚氨酯复合材料中POSS添加量的增加，复合材料的拉伸强度和杨氏模量逐步提升，但复合材料的断裂伸长率逐步下降，说明POSS的引入显著提高了复合材料的强度和刚性。
表2
从表2可以看出，随着制备的POSS/聚氨酯复合材料中POSS添加量的增加，复合材料的玻璃化转变温度(Tg)、5％热失重温度(DT5)及5％热失重温度(DT10)均得到明显提升。说明POSS的引入显著提高了复合材料的热性能。
实施例2
1)向锥形瓶中分别加入0.05克、0.1克、0.15克、0.2克八苯基POSS，之后加入15毫升N-甲基吡咯烷酮(NMP)，加热至80℃搅拌4小时，然后将上述溶液冷却至室温继续搅拌48小时，使得八苯胺基POSS充分溶解。
2)向上述溶液中分别加入1克聚氨酯，室温搅拌48小时后，将溶液分别倾倒于水平放置平整玻璃板上。然后将玻璃板移入真空烘箱中，升温至60℃烘干4小时，之后升温至80℃烘干24小时，然后在真空条件下升温至120℃烘干24小时，即制得一系列POSS含量不同的低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜。
实施例3
1)向锥形瓶中分别加入0.05克、0.1克、0.15克、0.2克八苯基POSS，之后加入15毫升N-甲基吡咯烷酮(NMP)，加热至90℃搅拌2小时，然后将上述溶液冷却至室温继续搅拌24小时，使得八苯胺基POSS充分溶解。
2、向上述溶液中分别加入1克聚氨酯，室温搅拌24小时后，将溶液分别倾倒于水平放置平整玻璃板上。然后将玻璃板移入真空烘箱中，升温至60℃烘干2小时，之后升温至80℃烘干12小时，然后在真空条件下升温至120℃烘干12小时，即制得一系列POSS含量不同的低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜。
实施例4
1、向锥形瓶中分别加入0.05克、0.1克、0.15克、0.2克八苯基POSS，之后加入10毫升N-甲基吡咯烷酮(NMP)，加热至70℃搅拌4小时，然后将上述溶液冷却至室温继续搅拌48小时，使得八苯胺基POSS充分溶解。
2、向上述溶液中分别加入1克聚氨酯，室温搅拌48小时后，将溶液分别倾倒于水平放置平整玻璃板上。然后将玻璃板移入真空烘箱中，升温至60℃烘干2小时，之后升温至80℃烘干12小时，然后在真空条件下升温至120℃烘干12小时，即制得一系列POSS含量不同的低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜。
实施例5
1、向锥形瓶中分别加入0.05克、0.1克、0.15克、0.2克八苯基POSS，之后加入12毫升N-甲基吡咯烷酮(NMP)，加热至80℃搅拌3小时，然后将上述溶液冷却至室温继续搅拌36小时，使得八苯胺基POSS充分溶解。
2、向上述溶液中分别加入1克聚氨酯，室温搅拌36小时后，将溶液分别倾倒于水平放置平整玻璃板上。然后将玻璃板移入真空烘箱中，升温至60℃烘干3小时，之后升温至80℃烘干18小时，然后在真空条件下升温至120℃烘干18小时，即制得一系列POSS含量不同的低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜。

Claims (5)

1.一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜，其特征在于，该复合材料薄膜是由具有式Ⅰ结构的POSS和具有式Ⅱ结构的聚氨酯组成；
式Ⅱ中，m＝1～10，n＝50～500；
所述的低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜的制备方法，包括：
步骤一：将八苯基POSS溶于溶剂中，在60～90℃下搅拌2～4小时，得到八苯基POSS溶液；
步骤二：将聚氨酯加入到步骤一得到的八苯基POSS溶液中搅拌，得到混合溶液，将混合溶液倾倒于玻璃板上，然后将玻璃板移入真空烘箱中，升温至60℃烘干2-4小时，再升温至80℃烘干12-24小时，然后在真空条件下升温至120℃烘干12-24小时，得到低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜，其特征在于，所述步骤一溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
3.根据权利要求1所述的一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜，其特征在于，所述八苯基POSS的质量g：溶剂的体积ml为(0.05～0.2)：(10-15)。
4.根据权利要求1所述的一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜，其特征在于，所述八苯基POSS与聚氨酯的质量比为(0.05～0.2)：1。
5.根据权利要求1所述的一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜，其特征在于，所述步骤二的搅拌温度为室温，搅拌时间为24～48小时。
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