CN114085308B - 一种亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种亲油苯乙烯‑马来酸酐共聚物及其制备方法和应用,该亲油苯乙烯‑马来酸酐共聚物的制备原料包括以下组分:苯乙烯70~92%,马来酸酐5~25%,高玻璃化温度单体1~5%,引发剂0.15~1%;该亲油苯乙烯‑马来酸酐共聚物的数均分子量为4000~15000,分子量分布系数为1.5~2.0,玻璃化温度为100~150℃,酸值为80~300mgKOH/g。本发明采用无溶剂、管式反应连续法制备亲油苯乙烯‑马来酸酐共聚物,具有连续化停留时间短、传热传质效率高、可随时停止反应及控制反应量、环境友好等优点;该亲油苯乙烯‑马来酸酐共聚物具有分子量低、分子量分布较窄、酸值高、交替均匀的特点。

Description

一种亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料合成领域,具体涉及一种低分子量窄分布的亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物及其制备方法和应用。
背景技术
一般印刷电路板的最主要基板为覆铜板(Copper clad laminate,简称CCL),而覆铜板是以纤维纸或玻璃布等补强材料作基材,并在此基材中含浸酚醛树脂或环氧树脂,经烘烤、裁切、迭层、热压而成层积板,然后在此层积板的单面或双面覆上铜箔,在加热加压条件下成形而制得。在高频电路中,传统PCB基材的树脂基体、填料和纤维增强等各组分的化学机构和物理结构所决定的材料的介电性能无法满足高频信号传输质量要求,信号会因传输损耗过大而产生“失真”现象。苯乙烯-马来酸酐聚合物(Styrene maleic anhydride,以下简称:SMA)是近几年出现的一种热塑性工程塑料,由马来酸酐与苯乙烯进行共聚制得;由于SMA含有酸酐基团,与许多高分子有很好的相容性,用SMA作为新型固化剂来改性环氧树脂实现覆铜板的高性能化已进入应用,它可以使基材达到更高的玻璃化转变温度(Tg达180℃以上),同时降低覆铜板的介质损耗和介电常数,因而极有希望在电子材料领域获得重要应用。
目前,SMA的生产方法主要包括沉淀聚合法、本体聚合法、溶液聚合法。其中,溶液聚合法使用溶剂作为介质,容易传递反应热,有利于控制生产,得到的SMA产品结构较规整,分子量分布比较窄,有利于提高SMA产品的性能。因此,溶液聚合法是SMA合成中应用最广的方法。申请号为CN201310012012.1的中国专利公开了一种苯乙烯-马来酸酐共聚物的生产工艺,将苯乙烯、马来酸酐及引发剂分成至少两个组,分别溶于溶剂中得到至少两种反应液,按一定流速比分别通过不同进料管路连续加入高温溶剂中进行反应,制得苯乙烯-马来酸酐共聚物,使用该工艺得到的SMA数均分子量为5000~100000。申请号为CN201811509727.7的中国专利公开了一种低分子量苯乙烯马来酸酐共聚物及其制备方法,将第一溶剂加入反应容器中,通入氮气,升温;将单体、第二溶剂和引发剂混合得到混合液,在3~6h内均匀滴加到反应容器后,保温0.5~2h;继续加入引发剂和第二溶剂,保温1~3h,得到低分子量苯乙烯马来酸酐共聚物,耗时较长。但现有技术普遍存在以下问题:反应单体与引发剂同时溶于液体介质中进行反应,无法随时停止反应及控制反应量;由于电子络合效应,苯乙烯和马来酸酐共聚的速率很快,容易导致所得共聚物分子量偏大。
现有技术多采用反应釜进行聚合,聚合反应釜中单体量较大,容易出现爆聚,反应热难以撤出,反应不易控制,而且采用现有的釜式反应器进行聚合时,均为全返混式连续反应,难以保证分解产生的自由基在聚合过程中动力学链长相同或相近,会导致获得的聚合物中出现高分子量产品,以及分子量分布过宽的问题。降低分子量的方法主要有两种:一是在聚合过程中提高引发剂的用量,虽然能降低聚合物的分子量,但会使聚合反应放热剧烈,反应撤出困难,反应难以控制;引发剂用量较高时,还会导致在聚合过程中发生接枝、交联等副反应,在产品中残留有大量未分解的引发剂而影响最终产品的使用性能;且引发剂价格较高,提高用量的同时也会提高生产成本。二是大量使用分子量调节剂或链转移剂,通常为硫醇类物质,该类物质气味较大,且用量较大,在产品后处理过程中难以消除残余的分子量调节剂,会污染环境,影响操作人员的身体健康。
现有技术难以规模化制备低分子量窄分布的苯乙烯-马来酸酐共聚物;在覆铜板生产中,提供一种制备工艺简单、更低分子量和高酸值的亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物作为覆铜板环氧树脂的固化剂,是当前该领域的迫切需求。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明的目的在于提供一种亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物及其制备方法和应用;该制备方法采用无溶剂、管式反应连续法制备亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA),苯乙烯含量高,并加入少量高玻璃化温度单体降低分子量及提高玻璃化温度和亲油性,具有连续化停留时间短、传热传质效率高、可随时停止反应及控制反应量、环境友好等优点,且制备的亲油SMA具有分子量低、分子量分布较窄、酸值高、交替均匀的特点。
为实现上述技术目的,达到上述技术效果,本发明通过以下技术方案实现:
本发明提供了一种亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物,其制备原料按照质量百分比包括以下组分:
该亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物的数均分子量为4000~15000,分子量分布系数为1.5~2.0,玻璃化温度为100~150℃,酸值为80~300mgKOH/g。
优选地,所述高玻璃化温度单体选自α-甲基苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酰胺、带刚性环的芳香族烯烃、脂环族甲基丙烯酸酯中的至少一种。其中,带刚性环的芳香族烯烃优选为茚,脂环族甲基丙烯酸酯优选为甲基丙烯酸异冰片酯。
优选地,所述引发剂为高半衰期过氧化类引发剂。
进一步优选地,所述高半衰期过氧化类引发剂选自过叔丁基过氧化氢、异丙苯过氧化氢、氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基、过氧化苯甲酸叔丁酯中的至少一种。
本发明进一步提供了一种亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物的制备方法,其包括如下步骤:
S1:将苯乙烯、马来酸酐和引发剂分别控制进料流速加入反应器中,升温至180~220℃,进行聚合反应;
S2:再将高玻璃化温度单体和少量引发剂缓慢加入反应器中,加料时间为5-15分钟;
S3:混合物料在反应器中停留10-30分钟,反应结束后出料,冷却得到所述亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物。
在上述制备方法中,所述反应器为管式反应器。
进一步地,在步骤S1中,所述引发剂的质量为混合物料总质量的0.1~1%;在步骤S2中,所述引发剂的质量为混合物料总质量的0~0.15%。
本发明还提供了上述亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物在树脂固化剂上的应用;进一步地,该亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物用作高频覆铜板生产过程中的树脂固化剂。
进一步地,所述树脂为环氧树脂。
本发明的有益效果是:
本发明的制备方法是将原料在管式反应器中进行聚合反应,该方法连续化停留时间短,传热传质效率高,可随时停止反应及控制反应量,不会出现爆聚、返混等问题;本发明的方法采用无溶剂、管式反应连续法制备SMA,苯乙烯含量高,反应温度高,可以不用溶剂溶解,其中的单体和聚合物可在管式反应器中快速流动;本发明加入少量高玻璃化温度单体,在提高产物的玻璃化温度和亲油性的同时,也可代替硫醇类物质作为分子量调节剂或链转移剂降低苯乙烯-马来酸酐共聚物的分子量,大大减少了环境污染和人员健康伤害,也降低了引发剂的用量,使得反应易控制,副反应少,且降低了生产成本。
本发明通过无溶剂管式反应连续聚合制备亲油SMA,避免溶剂对产物的影响,也省去了后期除去溶剂的过程,避免了使用釜式反应器进行连续聚合时产生的返混问题,反应均匀且迅速。
本发明的亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物具有分子量低、分子量分布较窄、酸值高、交替均匀、玻璃化温度较高的优点。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物,其制备原料按照质量百分比包括以下组分:
该亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物的数均分子量为4000~15000,分子量分布系数为1.5~2.0,玻璃化温度为100~150℃,酸值为80~300mgKOH/g。
其中,所述高玻璃化温度单体优选为α-甲基苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酰胺、带刚性环的芳香族烯烃、脂环族甲基丙烯酸酯中的至少一种。其中,带刚性环的芳香族烯烃优选为茚,脂环族甲基丙烯酸酯优选为甲基丙烯酸异冰片酯。
其中,所述引发剂优选为高半衰期过氧化类引发剂;该高半衰期过氧化类引发剂优选为过叔丁基过氧化氢、异丙苯过氧化氢、氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基、过氧化苯甲酸叔丁酯中的至少一种。
本发明进一步提供了上述亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物的制备方法,其包括如下步骤:
S1:将苯乙烯、马来酸酐和引发剂分别控制进料流速加入反应器中,升温至180~220℃,进行聚合反应;
S2:再将高玻璃化温度单体和少量引发剂缓慢加入反应器中,加料时间(从加入到加完所用时间)为5-15分钟;
S3:混合物料在反应器中停留10-30分钟,反应结束后出料,冷却得到所述亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物。
在上述制备方法中,所述反应器为管式反应器。
在步骤S1中,所述引发剂的质量为混合物料总质量的0.1~1%;在步骤S2中,所述引发剂的质量为混合物料总质量的0~0.15%。
本发明还提供了上述亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物在树脂固化剂上的应用;进一步地,该亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物用作高频覆铜板生产过程中的树脂固化剂。更进一步地,所述树脂为环氧树脂,即该亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物用作高频覆铜板生产过程中的环氧树脂固化剂。
实施例1
将85.2kg苯乙烯、12.6kg马来酸酐、0.66kg异丙苯过氧化氢分别控制流量加入管式反应器中,缓慢升温至195℃,进行聚合反应;将1.5kgα-甲基苯乙烯和0.04kg异丙苯过氧化氢缓慢加入管式反应器中,加料时长为8分钟;混合物料在管式反应器中停留21分钟,出料冷却得到固体亲油SMA产物。经过测试,该亲油SMA产物的数均分子量为9500,分子量分布系数为1.58,玻璃化温度为121℃,酸值为210mgKOH/g。
实施例2
将76.8kg苯乙烯、19.4kg马来酸酐、0.45kg异丙苯过氧化氢、0.3kg过氧化二叔丁基分别控制流量加入管式反应器中,缓慢升温至195℃,进行聚合反应;将2.9kg甲基丙烯酸甲酯和0.15kg过氧化二叔丁基缓慢加入管式反应器中,加料时长为8分钟;混合物料在管式反应器中停留21分钟,出料冷却得到固体亲油SMA产物。经过测试,该亲油SMA产物的数均分子量为8700,分子量分布系数为1.77,玻璃化温度为118℃,酸值为132mgKOH/g。
实施例3
将90.1kg苯乙烯、7.6kg马来酸酐、0.57kg过叔丁基过氧化氢、0.12氧化苯甲酰分别控制流量加入管式反应器中,缓慢升温至195℃,进行聚合反应;将1.5kg丙烯酰胺和0.11kg氧化苯甲酰缓慢加入管式反应器中,加料时长为8分钟;混合物料在管式反应器中停留21分钟,出料冷却得到固体亲油SMA产物。经过测试,该固体亲油SMA产物的数均分子量为4600,分子量分布系数为1.65,玻璃化温度为104℃,酸值为85mgKOH/g。
实施例4
将80.0kg苯乙烯、15.3kg马来酸酐、0.66kg异丙苯过氧化氢分别控制流量加入管式反应器中,缓慢升温至195℃,进行聚合反应;将4.0kg茚和0.04kg异丙苯过氧化氢缓慢加入管式反应器中,加料时长为8分钟;混合物料在管式反应器中停留21分钟,出料冷却得到固体亲油SMA产物。经过测试,该亲油SMA产物的数均分子量为12100,分子量分布系数为1.80,玻璃化温度为136℃,酸值为184mgKOH/g。
实施例5
将79.0g苯乙烯、15.3kg马来酸酐、0.66kg异丙苯过氧化氢分别控制流量加入管式反应器中,缓慢升温至195℃,进行聚合反应;将5kg甲基丙烯酸异冰片酯和0.04kg异丙苯过氧化氢缓慢加入管式反应器中,加料时长为8分钟;混合物料在管式反应器中停留21分钟,出料冷却得到固体亲油SMA产物。经过测试,该固体亲油SMA产物的数均分子量为14300,分子量分布系数为1.89,玻璃化温度为147℃,酸值为288mgKOH/g。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的修改或等效变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物,其特征在于,其制备原料按照质量百分比包括以下组分:
苯乙烯 70-79%;
马来酸酐 15.3-25%;
高玻璃化温度单体 5%;
引发剂 0.15-1%;
该亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物的数均分子量为4000-14300,分子量分布系数为1.5-1.89,玻璃化温度为147-150℃,酸值为288~300mgKOH/g,所述高玻璃化温度单体为甲基丙烯酸异冰片酯;
所述的亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物的制备方法包括如下步骤:
S1:将苯乙烯、马来酸酐和引发剂分别加入反应器中,所述反应器为管式反应器,升温至180~220℃,进行聚合反应;
S2:再将高玻璃化温度单体和少量引发剂缓慢加入反应器中,加料时间为5-15分钟;
S3:混合物料在反应器中停留10-30分钟,反应结束后出料,冷却得到所述亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物;
在步骤S1中,所述引发剂的质量为混合物料总质量的0.1~1%;在步骤S2中,所述引发剂的质量为混合物料总质量的0~0.15%;
所述亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物应用于环氧树脂固化剂。
2.根据权利要求1所述的亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物,其特征在于,所述引发剂为高半衰期过氧化类引发剂。
3.根据权利要求2所述的亲油苯乙烯-马来酸酐共聚物,其特征在于,所述高半衰期过氧化类引发剂选自过叔丁基过氧化氢、异丙苯过氧化氢、过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基、过氧化苯甲酸叔丁酯中的至少一种。
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