发明内容
本发明提出一种微米铜片-聚苯醚-环氧树脂导电胶及制备方法,通过对聚苯醚进行氨基化改性以及对微米铜片进行柠檬酸修饰,改善了聚苯醚与环氧树脂的相容性,促进了微米铜片在互穿三维网络中的均匀分散,降低了导电胶的体积电阻率,增强了导电能力。
为实现上述目的,本发明涉及的具体技术方案如下:
一种微米铜片-聚苯醚-环氧树脂导电胶的制备方法,所述复合导电胶制备的具体步骤如下:
(1)将微米铜片加入聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中,超声分散15~30min除去氧化层,过滤,然后加入盐酸和磷酸的混合水溶液中,加热至70~80℃反应3~5h,以实现对铜片表面的化学微刻蚀,过滤,无需洗涤,继续加入柠檬酸的水溶液中,加热至50~60℃,并超声2~4h,过滤、真空干燥,制得柠檬酸修饰的微米铜片;
(2)将聚苯醚溶于甲苯中,在200~300r/min的搅拌速度下加入浓硝酸,在30~40℃下反应15~20min,然后加入甲醇进行沉淀,过滤、洗涤、真空干燥,得到硝基取代的聚苯醚,再将硝基取代聚苯醚溶于甲苯中,加入钯碳催化剂,加热至30~40℃,通入氢气将硝基还原为氨基,反应3~4h后过滤除去催化剂,采用乙醚沉淀,再经过滤、洗涤、真空干燥,制得氨基取代的聚苯醚;
(3)将步骤(2)制得的氨基取代聚苯醚加入双酚A型液体环氧树脂中,搅拌30~60min,然后加入步骤(1)制得的柠檬酸修饰微米铜片、二月桂酸二丁基锡、邻苯二甲酸二乙酯、顺丁烯二酸酐,继续搅拌10~20min,再加入丙酮,搅拌20~40min,制得微米铜片-聚苯醚-环氧树脂导电胶。
优选的,步骤(1)所述聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中,聚乙烯吡咯烷酮20~30重量份、乙醇70~80重量份。
优选的,步骤(1)所述盐酸和磷酸的混合水溶液中,盐酸20~30重量份、磷酸15~20重量份、水50~65重量份。
优选的,步骤(1)所述柠檬酸的水溶液中,柠檬酸30~40重量份、水60~70重量份。
优选的,步骤(2)所述浓硝酸的质量浓度为68~70%。
优选的,步骤(2)所述硝基取代聚苯醚制备原料的重量份为,聚苯醚4~6重量份、甲苯91~94重量份、浓硝酸2~3重量份。
优选的,步骤(2)所述氨基取代聚苯醚制备原料的重量份为,硝基取代聚苯醚4~6重量份、甲苯93.5~95.7重量份、钯碳催化剂0.3~0.5重量份。
优选的,步骤(2)所述氢气的通入速度为5~10L/min。
优选的,步骤(3)所述导电胶各组分的重量份为,氨基取代聚苯醚7~10重量份、双酚A型环氧树脂15~20重量份、柠檬酸修饰微米铜片48.5~60.7重量份、二月桂酸二丁基锡0.3~0.5重量份、邻苯二甲酸二乙酯2~3重量份、顺丁烯二酸酐1~2重量份、丙酮14~16重量份。
由于聚苯醚与环氧树脂的相容性很差,在固化过程中容易产生相分离,形成的互穿网络相容性不好,微米铜片易在两相界面聚集,从而不能有效分散于三维网络内,影响片层之间相互接触形成导电通路,使导电胶的体积电阻率增大,导电能力降低。
研究表明,通过对聚苯醚进行化学改性,可改善聚苯醚与环氧树脂形成互穿网络时的相容性。通常采用的化学改性方法有再分配反应改性、端基改性、主链改性。再分配反应改性是通过降低聚苯醚的分子量来实现的,但是分子量的降低会导致粘度的降低,影响导电胶的粘接效果。端基改性是通过增加或改变聚苯醚分子链的端基基团来实现,但是由于端基基团数量有限,对相容性的改善效果不明显。本发明通过对聚苯醚进行主链改性,在苯环上引入氨基,通过大量氨基与环氧基团的反应,大大增强固化时聚苯醚分子链与环氧树脂分子链之间的化学键合,提高交联度,改善互穿网络的相容性。进一步的,本发明通过对微米铜片的表面进行化学微刻蚀,再以柠檬酸进行表面修饰,使微米铜片的表面含有羧基及羟基,其中,表面羧基可与聚苯醚的氨基、环氧树脂主链的羟基形成化学键合,表面羟基可与环氧基团形成化学键合,使得微米铜片与聚苯醚、环氧树脂具有良好的相容性,可在互穿三维网络结构中均匀分散并形成导电通路,从而降低导电胶的体积电阻率。
本发明还提供了一种上述制备方法制备得到的一种微米铜片-聚苯醚-环氧树脂导电胶。所述复合导电胶是通过先对微米铜片进行氧化层去除、表面微刻蚀及柠檬酸修饰,然后对聚苯醚的苯环进行氨基取代改性,再将氨基取代聚苯醚、双酚A型液体环氧树脂、柠檬酸修饰微米铜片、二月桂酸二丁基锡、邻苯二甲酸二乙酯、顺丁烯二酸酐、丙酮进行混合而制得。
本发明提供了一种微米铜片-聚苯醚-环氧树脂导电胶及制备方法,与现有技术相比,其突出的特点和优异的效果在于:
1.本发明的制备方法,通过对聚苯醚进行主链改性,在苯环上引入氨基,通过大量氨基与环氧基团的反应,大大增强固化时聚苯醚分子链与环氧树脂分子链之间的化学键合,提高交联度,改善互穿网络的相容性。
2.本发明的制备方法,通过对微米铜片的表面进行化学微刻蚀,再以柠檬酸进行表面修饰,使微米铜片的表面含有羧基及羟基,其中,表面羧基可与聚苯醚的氨基、环氧树脂主链的羟基形成化学键合,表面羟基可与环氧基团形成化学键合,使得微米铜片与聚苯醚、环氧树脂具有良好的相容性,可在互穿三维网络结构中均匀分散并形成导电通路。
3.本发明的制备方法,降低了导电胶的体积电阻率,增强了导电能力。当微米铜片的添加量为48.5~60.7重量份时,制得的微米铜片-聚苯醚-环氧树脂导电胶的体积电阻率为1.5×10-4~3×10-4Ω·cm。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明,但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
(1)将微米铜片加入聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中,超声分散22min除去氧化层,过滤,然后加入盐酸和磷酸的混合水溶液中,加热至76℃反应4.5h,以实现对铜片表面的化学微刻蚀,过滤,无需洗涤,继续加入柠檬酸的水溶液中,加热至56℃,并超声3h,过滤、真空干燥,制得柠檬酸修饰的微米铜片;微米铜片的平均厚度为1.5μm;聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中,聚乙烯吡咯烷酮26重量份、乙醇74重量份;盐酸和磷酸的混合水溶液中,盐酸24重量份、磷酸17重量份、水59重量份;柠檬酸的水溶液中,柠檬酸34重量份、水66重量份;
(2)将聚苯醚溶于甲苯中,在260r/min的搅拌速度下加入浓硝酸,在36℃下反应17min,然后加入甲醇进行沉淀,过滤、洗涤、真空干燥,得到硝基取代的聚苯醚,再将硝基取代聚苯醚溶于甲苯中,加入钯碳催化剂,加热至36℃,通入氢气将硝基还原为氨基,反应3.5h后过滤除去催化剂,采用乙醚沉淀,再经过滤、洗涤、真空干燥,制得氨基取代的聚苯醚;浓硝酸的质量浓度为69%;硝基取代聚苯醚制备原料的重量份为,聚苯醚5重量份、甲苯93重量份、浓硝酸2重量份;氨基取代聚苯醚制备原料的重量份为,硝基取代聚苯醚5重量份、甲苯94.6重量份、钯碳催化剂0.4重量份;氢气的通入速度为7L/min;
(3)将步骤(2)制得的氨基取代聚苯醚加入双酚A型液体环氧树脂中,搅拌50min,然后加入步骤(1)制得的柠檬酸修饰微米铜片、二月桂酸二丁基锡、邻苯二甲酸二乙酯、顺丁烯二酸酐,继续搅拌16min,再加入丙酮,搅拌28min,制得微米铜片-聚苯醚-环氧树脂导电胶;导电胶各组分的重量份为,氨基取代聚苯醚9重量份、双酚A型环氧树脂17重量份、柠檬酸修饰微米铜片54.8重量份、二月桂酸二丁基锡0.4重量份、邻苯二甲酸二乙酯2.4重量份、顺丁烯二酸酐1.4重量份、丙酮15重量份。
实施例2
(1)将微米铜片加入聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中,超声分散20min除去氧化层,过滤,然后加入盐酸和磷酸的混合水溶液中,加热至72℃反应4.5h,以实现对铜片表面的化学微刻蚀,过滤,无需洗涤,继续加入柠檬酸的水溶液中,加热至52℃,并超声3.5h,过滤、真空干燥,制得柠檬酸修饰的微米铜片;微米铜片的平均厚度为1μm;聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中,聚乙烯吡咯烷酮23重量份、乙醇77重量份;盐酸和磷酸的混合水溶液中,盐酸23重量份、磷酸16重量份、水61重量份;柠檬酸的水溶液中,柠檬酸32重量份、水68重量份;
(2)将聚苯醚溶于甲苯中,在220r/min的搅拌速度下加入浓硝酸,在33℃下反应18min,然后加入甲醇进行沉淀,过滤、洗涤、真空干燥,得到硝基取代的聚苯醚,再将硝基取代聚苯醚溶于甲苯中,加入钯碳催化剂,加热至33℃,通入氢气将硝基还原为氨基,反应3h后过滤除去催化剂,采用乙醚沉淀,再经过滤、洗涤、真空干燥,制得氨基取代的聚苯醚;浓硝酸的质量浓度为68%;硝基取代聚苯醚制备原料的重量份为,聚苯醚4.5重量份、甲苯93.5重量份、浓硝酸2重量份;氨基取代聚苯醚制备原料的重量份为,硝基取代聚苯醚4.5重量份、甲苯95.1重量份、钯碳催化剂0.4重量份;氢气的通入速度为6L/min;
(3)将步骤(2)制得的氨基取代聚苯醚加入双酚A型液体环氧树脂中,搅拌40min,然后加入步骤(1)制得的柠檬酸修饰微米铜片、二月桂酸二丁基锡、邻苯二甲酸二乙酯、顺丁烯二酸酐,继续搅拌12min,再加入丙酮,搅拌25min,制得微米铜片-聚苯醚-环氧树脂导电胶;导电胶各组分的重量份为,氨基取代聚苯醚8重量份、双酚A型环氧树脂16重量份、柠檬酸修饰微米铜片57.7重量份、二月桂酸二丁基锡0.3重量份、邻苯二甲酸二乙酯2.3重量份、顺丁烯二酸酐1.2重量份、丙酮14.5重量份。
实施例3
(1)将微米铜片加入聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中,超声分散25min除去氧化层,过滤,然后加入盐酸和磷酸的混合水溶液中,加热至78℃反应3.5h,以实现对铜片表面的化学微刻蚀,过滤,无需洗涤,继续加入柠檬酸的水溶液中,加热至58℃,并超声2.5h,过滤、真空干燥,制得柠檬酸修饰的微米铜片;微米铜片的平均厚度为2μm;聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中,聚乙烯吡咯烷酮28重量份、乙醇72重量份;盐酸和磷酸的混合水溶液中,盐酸27重量份、磷酸19重量份、水54重量份;柠檬酸的水溶液中,柠檬酸37重量份、水63重量份;
(2)将聚苯醚溶于甲苯中,在280r/min的搅拌速度下加入浓硝酸,在38℃下反应16min,然后加入甲醇进行沉淀,过滤、洗涤、真空干燥,得到硝基取代的聚苯醚,再将硝基取代聚苯醚溶于甲苯中,加入钯碳催化剂,加热至38℃,通入氢气将硝基还原为氨基,反应4h后过滤除去催化剂,采用乙醚沉淀,再经过滤、洗涤、真空干燥,制得氨基取代的聚苯醚;浓硝酸的质量浓度为70%;硝基取代聚苯醚制备原料的重量份为,聚苯醚5.5重量份、甲苯92重量份、浓硝酸2.5重量份;氨基取代聚苯醚制备原料的重量份为,硝基取代聚苯醚5.5重量份、甲苯94.1重量份、钯碳催化剂0.4重量份;氢气的通入速度为9L/min;
(3)将步骤(2)制得的氨基取代聚苯醚加入双酚A型液体环氧树脂中,搅拌50min,然后加入步骤(1)制得的柠檬酸修饰微米铜片、二月桂酸二丁基锡、邻苯二甲酸二乙酯、顺丁烯二酸酐,继续搅拌18min,再加入丙酮,搅拌35min,制得微米铜片-聚苯醚-环氧树脂导电胶;导电胶各组分的重量份为,氨基取代聚苯醚9重量份、双酚A型环氧树脂18重量份、柠檬酸修饰微米铜片52.5重量份、二月桂酸二丁基锡0.5重量份、邻苯二甲酸二乙酯2.7重量份、顺丁烯二酸酐1.8重量份、丙酮15.5重量份。
实施例4
(1)将微米铜片加入聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中,超声分散15min除去氧化层,过滤,然后加入盐酸和磷酸的混合水溶液中,加热至70℃反应5h,以实现对铜片表面的化学微刻蚀,过滤,无需洗涤,继续加入柠檬酸的水溶液中,加热至50℃,并超声4h,过滤、真空干燥,制得柠檬酸修饰的微米铜片;微米铜片的平均厚度为1μm;聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中,聚乙烯吡咯烷酮20重量份、乙醇80重量份;盐酸和磷酸的混合水溶液中,盐酸20重量份、磷酸15重量份、水65重量份;柠檬酸的水溶液中,柠檬酸30重量份、水70重量份;
(2)将聚苯醚溶于甲苯中,在200r/min的搅拌速度下加入浓硝酸,在30℃下反应20min,然后加入甲醇进行沉淀,过滤、洗涤、真空干燥,得到硝基取代的聚苯醚,再将硝基取代聚苯醚溶于甲苯中,加入钯碳催化剂,加热至30℃,通入氢气将硝基还原为氨基,反应4h后过滤除去催化剂,采用乙醚沉淀,再经过滤、洗涤、真空干燥,制得氨基取代的聚苯醚;浓硝酸的质量浓度为68%;硝基取代聚苯醚制备原料的重量份为,聚苯醚4重量份、甲苯94重量份、浓硝酸2重量份;氨基取代聚苯醚制备原料的重量份为,硝基取代聚苯醚4重量份、甲苯95.7重量份、钯碳催化剂0.3重量份;氢气的通入速度为5L/min;
(3)将步骤(2)制得的氨基取代聚苯醚加入双酚A型液体环氧树脂中,搅拌30min,然后加入步骤(1)制得的柠檬酸修饰微米铜片、二月桂酸二丁基锡、邻苯二甲酸二乙酯、顺丁烯二酸酐,继续搅拌10min,再加入丙酮,搅拌20min,制得微米铜片-聚苯醚-环氧树脂导电胶;导电胶各组分的重量份为,氨基取代聚苯醚7重量份、双酚A型环氧树脂15重量份、柠檬酸修饰微米铜片60.7重量份、二月桂酸二丁基锡0.3重量份、邻苯二甲酸二乙酯2重量份、顺丁烯二酸酐1重量份、丙酮14重量份。
实施例5
(1)将微米铜片加入聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中,超声分散30min除去氧化层,过滤,然后加入盐酸和磷酸的混合水溶液中,加热至80℃反应3h,以实现对铜片表面的化学微刻蚀,过滤,无需洗涤,继续加入柠檬酸的水溶液中,加热至60℃,并超声2h,过滤、真空干燥,制得柠檬酸修饰的微米铜片;微米铜片的平均厚度为2μm;聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中,聚乙烯吡咯烷酮30重量份、乙醇70重量份;盐酸和磷酸的混合水溶液中,盐酸30重量份、磷酸20重量份、水50重量份;柠檬酸的水溶液中,柠檬酸40重量份、水60重量份;
(2)将聚苯醚溶于甲苯中,在300r/min的搅拌速度下加入浓硝酸,在40℃下反应15min,然后加入甲醇进行沉淀,过滤、洗涤、真空干燥,得到硝基取代的聚苯醚,再将硝基取代聚苯醚溶于甲苯中,加入钯碳催化剂,加热至40℃,通入氢气将硝基还原为氨基,反应4h后过滤除去催化剂,采用乙醚沉淀,再经过滤、洗涤、真空干燥,制得氨基取代的聚苯醚;浓硝酸的质量浓度为70%;硝基取代聚苯醚制备原料的重量份为,聚苯醚6重量份、甲苯91重量份、浓硝酸3重量份;氨基取代聚苯醚制备原料的重量份为,硝基取代聚苯醚6重量份、甲苯93.5重量份、钯碳催化剂0.5重量份;氢气的通入速度为10L/min;
(3)将步骤(2)制得的氨基取代聚苯醚加入双酚A型液体环氧树脂中,搅拌60min,然后加入步骤(1)制得的柠檬酸修饰微米铜片、二月桂酸二丁基锡、邻苯二甲酸二乙酯、顺丁烯二酸酐,继续搅拌20min,再加入丙酮,搅拌40min,制得微米铜片-聚苯醚-环氧树脂导电胶;导电胶各组分的重量份为,氨基取代聚苯醚10重量份、双酚A型环氧树脂20重量份、柠檬酸修饰微米铜片48.5重量份、二月桂酸二丁基锡0.5重量份、邻苯二甲酸二乙酯3重量份、顺丁烯二酸酐2重量份、丙酮16重量份。
实施例6
(1)将微米铜片加入聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中,超声分散24min除去氧化层,过滤,然后加入盐酸和磷酸的混合水溶液中,加热至75℃反应4h,以实现对铜片表面的化学微刻蚀,过滤,无需洗涤,继续加入柠檬酸的水溶液中,加热至55℃,并超声3h,过滤、真空干燥,制得柠檬酸修饰的微米铜片;微米铜片的平均厚度为1.5μm;聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液中,聚乙烯吡咯烷酮25重量份、乙醇75重量份;盐酸和磷酸的混合水溶液中,盐酸25重量份、磷酸18重量份、水57重量份;柠檬酸的水溶液中,柠檬酸35重量份、水65重量份;
(2)将聚苯醚溶于甲苯中,在250r/min的搅拌速度下加入浓硝酸,在35℃下反应18min,然后加入甲醇进行沉淀,过滤、洗涤、真空干燥,得到硝基取代的聚苯醚,再将硝基取代聚苯醚溶于甲苯中,加入钯碳催化剂,加热至35℃,通入氢气将硝基还原为氨基,反应3.5h后过滤除去催化剂,采用乙醚沉淀,再经过滤、洗涤、真空干燥,制得氨基取代的聚苯醚;浓硝酸的质量浓度为69%;硝基取代聚苯醚制备原料的重量份为,聚苯醚5重量份、甲苯92.5重量份、浓硝酸2.5重量份;氨基取代聚苯醚制备原料的重量份为,硝基取代聚苯醚5重量份、甲苯94.6重量份、钯碳催化剂0.4重量份;氢气的通入速度为8L/min;
(3)将步骤(2)制得的氨基取代聚苯醚加入双酚A型液体环氧树脂中,搅拌45min,然后加入步骤(1)制得的柠檬酸修饰微米铜片、二月桂酸二丁基锡、邻苯二甲酸二乙酯、顺丁烯二酸酐,继续搅拌15min,再加入丙酮,搅拌30min,制得微米铜片-聚苯醚-环氧树脂导电胶;导电胶各组分的重量份为,氨基取代聚苯醚8重量份、双酚A型环氧树脂18重量份、柠檬酸修饰微米铜片54.6重量份、二月桂酸二丁基锡0.4重量份、邻苯二甲酸二乙酯2.5重量份、顺丁烯二酸酐1.5重量份、丙酮15重量份。
对比例1
制备过程中,未对聚苯醚进行氨基化改性,其他制备条件与实施例6一致。
对比例2
制备过程中,未对微米铜片进行柠檬酸修饰,其他制备条件与实施例6一致。
性能测试:
体积电阻率:首先将两条聚酰亚胺胶带以3mm的间距依次平行贴于干净的玻璃片上,将本发明制得的导电胶用刮刀均匀涂覆于聚酰亚胺胶带之间的玻璃板上,依次涂覆5条导电胶长条,将涂好的玻璃板样品在150℃的烘箱中固化3h,自然冷却后撕开胶带,得到固化好的导电胶长条,采用四探针电阻率测试仪在常温下测得导电胶的电阻,并计算得到体积电阻率:ρ=RS/L,其中R为电阻值,S为导电胶样条面积,L为导电胶样条长度,依次测试5条样品并计算平均值。
所得数据如表1所示。
表1: