CN114195981B - 一种联苯型环氧树脂及其合成方法和应用 - Google Patents

一种联苯型环氧树脂及其合成方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种联苯型环氧树脂及其合成方法和应用，所述联苯型环氧树脂的合成方法包括以下步骤：S1：将联苯二酚类原料与环氧氯丙烷混合反应，然后与两亲性溶剂和碱液反应，得到粗品；S2：将所述粗品溶解沉淀，制得所述联苯型环氧树脂。本发明通过引入两亲性溶剂和分批次滴加不同质量浓度的碱液，从而实现提高脱氯效率，降低联苯型环氧树脂中有机氯含量的目的，使总氯含量低于400ppm，能够满足现有电子封装材料的要求。此外，本发明的合成方法合成的联苯型环氧树脂产率高、纯度高，方法可重复性强、简单可控，成本低、原料来源丰富，适用于大批量的工业生产。

Description

一种联苯型环氧树脂及其合成方法和应用
技术领域
本发明涉及化工领域，具体涉及一种联苯型环氧树脂及其合成方法和应用。
背景技术
目前，半导体集成电路技术正向超微细化方向发展，其中的封装技术也在适应超小规模集成电路的超高速、高放热、窄节距的要求。随着新的封装技术的出现，人们对电子封装材料的特性也有了更高的要求。环氧树脂塑封料作为目前最常用的电子封装材料主体，面临着巨大的发展和考验。由于联苯型环氧树脂熔融粘度低、吸水率低、耐热性好等特点，采用联苯型树脂是一个充满希望的发展方向。联苯型环氧树脂的韧性强、网络排列更紧密，从而可以提高封装材料的密封性、强韧性和粘接性，降低吸水性。
近年来，由于两步法(分为加成步骤和脱氯步骤)工艺具有操作简便、反应周期短、原料消耗低和污染较小等优点，成为合成联苯型环氧树脂的主要方法，但在生产过程中会引入氯，而氯含量的多少将直接影响环氧树脂质量的优劣，因此需要提高脱氯效率并优化提纯工艺从而降低氯含量。CN 106046318 A中公开了一种降低环氧树脂总氯的方法，通过向环氧树脂的甲醇溶液中加入硝酸银和L-抗坏血酸回流的方法纯化环氧树脂，但该方法需要用到昂贵的硝酸银和L-抗坏血酸等原料，不适用于实际工业生产。CN 102633985 A中提出了利用环氧树脂在不同溶剂中溶解性的差异进行提纯的方法，但该提纯方法在进行过滤前未进行良溶剂的去除，部分溶解在良溶剂中的产物会随之过滤去除，这会造成产率低的问题。现有联苯型环氧树脂的氯含量指标达不到IC封装原料所需标准，合成过程中环氧氯丙烷的引入不可避免地引入氯元素，并且反应为两相反应，有机相与无机相接触不完全，影响脱HCl的效率，造成粗产品氯含量过高，需要对粗产品进一步处理才能有效降低最终产品的氯含量，从而达到行业要求。现有提纯技术中，未去除良溶剂便直接进行过滤的工艺容易造成产率不够高的问题，不利于实际生产效益。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种联苯型环氧树脂的合成方法。
本发明的目的之二在于提供一种联苯型环氧树脂。
本发明的目的之三在于提供一种联苯型环氧树脂在电子封装材料中的应用。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
本发明第一方面提供了一种联苯型环氧树脂的合成方法，包括以下步骤：
S1：将联苯二酚类原料与环氧氯丙烷混合反应，然后与两亲性溶剂和碱反应，得到粗品；
S2：将所述粗品溶解沉淀，制得所述联苯型环氧树脂。本发明中的两亲性溶剂是指同时亲有机相和水相的溶剂。
优选地，所述步骤S1包括以下步骤：
S11：将所述联苯二酚类原料和环氧氯丙烷在催化剂四丁基溴化铵作用下反应，然后减压蒸馏除去未反应的环氧氯丙烷；
S12：向步骤S11中加入两亲性溶剂，依次缓慢滴加30～50wt％的碱液和5～15wt％的碱液反应；
S13：水洗步骤S12中的产物，过滤，然后干燥，制得所述联苯型环氧树脂粗品。
优选地，所述步骤S2包括以下步骤：
S21：将粗品溶解在良溶剂中，逐滴加入持续搅拌的不良溶剂中，使联苯型环氧树脂在不良溶剂中析出；
S22：减压旋蒸除去良溶剂；
S23：依次进行过滤、水洗、干燥步骤，制得所述联苯型环氧树脂。利用提前去除良溶剂的工艺提高溶解沉淀方法的产率，并且有效降低粗品的氯含量。本发明合成过程与提纯过程的可复制性强，可实现工业生产。
优选地，所述步骤S22中的减压旋蒸的真空度小于-0.09Mpa，温度为50～60℃。
优选地，所述两亲性溶剂为乙二醇单丁醚、乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单乙醚、丙二醇单丁醚、丙二醇单乙醚、二丙二醇单丁醚、二丙二醇单乙醚中的至少一种；进一步优选地，所述两亲性溶剂为乙二醇单丁醚、丙二醇单乙醚、二乙二醇单乙醚中的至少一种。引入两亲性溶剂可以提高脱氯过程的脱氯效率，降低联苯型环氧树脂中有机氯含量。
优选地，所述两亲性溶剂与联苯二酚类原料的质量比为(2～5)：1。
优选地，所述步骤S1还包括加入催化剂的步骤；进一步优选地，所述步骤S1还包括加入四丁基溴化铵催化剂的步骤。
优选地，所述溶解沉淀步骤具体为：将良溶剂溶解的粗品在不良溶剂中沉淀。
优选地，所述良溶剂包括甲苯、丙酮、乙酸乙酯、甲醇中的至少一种；所述不良溶剂的沸点高于良溶剂的沸点。良溶剂为低沸点、高溶解度的溶剂。进一步优选地，所述良溶剂为甲醇、丙酮中的至少一种。
优选地，所述不良溶剂对联苯型环氧树脂的溶解度低于良溶剂对联苯型环氧树脂的溶解度；为了节约成本，进一步优选地，所述不良溶剂为水、水与甲醇的混合液、水与乙醇的混合液中的至少一种；再进一步优选地，所述不良溶剂为水。
优选地，所述粗品与良溶剂的重量比为1：(5～15)；进一步优选地，所述粗品与良溶剂的重量比为1：(5～10)；或，所述粗品与良溶剂的重量比为1：(10～15)。
优选地，将粗品溶解于良溶剂中形成粗品溶液。
优选地，所述粗品溶液与不良溶剂的重量比为1：(10～30)；进一步优选地，所述粗品溶液与不良溶剂的重量比为1：(10～20)；
优选地，所述与两亲性溶剂和碱反应的步骤具体为：加入两亲性溶剂，然后依次滴加30～50wt％的碱液和5～15wt％碱液。
优选地，所述碱液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液中的至少一种。
优选地，所述联苯二酚类原料包括联苯二酚、四甲基联苯二酚中的至少一种。
优选地，所述粗品中总氯含量为900～1050ppm；进一步优选地，所述粗品中总氯含量为900～983ppm；更进一步优选地，所述粗品中总氯含量为900～927ppm。
优选地，所述联苯型环氧树脂中总氯含量低于400ppm；进一步优选地，所述联苯型环氧树脂中总氯含量为370～396ppm；更进一步优选地，所述联苯型环氧树脂中总氯含量为370～385ppm。
优选地，所述粗品产率为90％～93％；进一步优选地，所述粗品产率为90％～92％；更进一步优选地，所述粗品产率为91％～92％。
优选地，所述联苯型环氧树脂的产率为92％～96％；进一步优选地，所述联苯型环氧树脂的产率为92％～95％；更进一步优选地，所述联苯型环氧树脂的产率为94％～95％。
本发明第二方面提供了一种联苯型环氧树脂，采用本发明第一方面提供的合成方法制备，所述联苯型环氧树脂中总氯含量低于400ppm。
本发明第三方面提供了一种本发明第二方面提供的联苯型环氧树脂在电子封装材料中的应用。
本发明的有益效果是：本发明通过引入两亲性溶剂和分批次滴加不同质量浓度的碱液，从而实现提高脱氯效率，降低联苯型环氧树脂中有机氯含量的目的，使总氯含量低于400ppm，能够满足现有电子封装材料的要求。此外，本发明的合成方法合成的联苯型环氧树脂产率高、纯度高，方法可重复性强、简单可控，成本低、原料来源丰富，适用于大批量的工业生产。
具体而言：
(1)本发明溶解沉淀提纯过程中先去除混合液中的良溶剂，达到提高提纯过程产率的目的，并能降低氯含量。
(2)本发明合成的联苯型环氧树脂的产率高达94.2％，且总氯含量小于400ppm，达到IC封装原料标准。
(3)通过引入两亲性溶剂，提高脱氯效率，降低联苯型环氧树脂中的有机氯含量。
附图说明
图1为本发明实施例1中的联苯型环氧树脂的红外光谱图。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步详细说明，但本发明的实施和保护不限于此。需要指出的是，以下若为有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。
实施例1
准确称10g四甲基联苯二酚和50g环氧氯丙烷加入到配有磁力搅拌器和温度计的三颈烧瓶中，在油浴锅中搅拌加热至85℃，使其溶解，再往溶液中加入0.6g四丁基溴化铵，恒温搅拌反应3小时。反应完毕后，转移至单口烧瓶进行减压蒸馏，蒸馏至无溶剂蒸出时停止加热。重新转移至三口烧瓶中在油浴锅中升温至65℃，加入27g乙二醇单丁醚，缓慢滴加30g氢氧化钠水溶液(重量百分比30％)，1小时后滴加10g氢氧化钠水溶液(重量百分比15％)，反应2小时。多次水洗产物，过滤，干燥，得粗品。
常温下将粗品按质量比1：10完全溶解在丙酮中，逐滴加入质量为丙酮溶液10倍的水中并搅拌。将混合液在真空度为-0.09Mpa、温度为60℃中旋蒸至无溶剂蒸出以除去丙酮。过滤，多次水洗，干燥，得纯品。
合成的粗品产率达到92.0％(粗品产率计算公式为：粗品产率＝实际粗品质量/理论粗品质量*100％)，纯品产率达到94.2％(纯品产率计算公式为：纯品产率＝实际纯品质量/实际粗品质量*100％)，纯品氯含量小于400ppm，本例中粗品和纯品联苯型环氧树脂中的氯含量记录在表1中。本例制备的纯联苯型环氧树脂的红外光谱分析图见图1所示，由图1可以看出本发明成功合成了联苯型环氧树脂。
实施例2
准确称10g四甲基联苯二酚和50g环氧氯丙烷加入到配有磁力搅拌器和温度计的三颈烧瓶中，在油浴锅中搅拌加热至85℃，使其溶解，再往溶液中加入0.6g四丁基溴化铵，恒温搅拌反应3小时。反应完毕后，转移至单口烧瓶进行减压蒸馏，蒸馏至无溶剂蒸出时停止加热。重新转移至三口烧瓶中在油浴锅中升温至75℃，加入27g丙二醇单乙醚，缓慢滴加30g氢氧化钠水溶液(重量百分比40％)，1小时后滴加10g氢氧化钠水溶液(重量百分比5％)，反应2小时。多次水洗产物，过滤，干燥，得粗品。
将粗品按质量比1：5完全溶解在甲苯中，逐滴加入质量为甲苯溶液15倍的水中并搅拌。将混合液在真空度为-0.09Mpa、温度为50℃中旋蒸至无溶剂蒸出以除去甲苯。过滤，多次水洗，干燥，得纯品。
本例合成的粗品产率达到91.2％，纯品产率达到93.5％，纯品氯含量小于400ppm，本例中粗品和纯品联苯型环氧树脂中的氯含量记录在表1中。
实施例3
准确称10g四甲基联苯二酚和50g环氧氯丙烷加入到配有磁力搅拌器和温度计的三颈烧瓶中，在油浴锅中搅拌加热至85℃，使其溶解，再往溶液中加入0.6g四丁基溴化铵，恒温搅拌反应3小时。反应完毕后，转移至单口烧瓶进行减压蒸馏，蒸馏至无溶剂蒸出时停止加热。重新转移至三口烧瓶中在油浴锅中升温至65℃，加入27g二乙二醇单乙醚，缓慢滴加30g氢氧化钠水溶液(重量百分比50％)，1小时后滴加30g氢氧化钠水溶液(重量百分比15％)，反应2小时。多次水洗产物，过滤，干燥，得粗品。
将粗品按质量比1：15完全溶解在甲醇-丙酮混合液中，逐滴加入质量为甲醇-丙酮混合溶液30倍的搅拌水中。将混合液在真空度为-0.09Mpa、温度为55℃中旋蒸至无溶剂蒸出以除去甲醇-丙酮混合液。过滤，多次水洗，干燥，得纯品。
本例合成的粗品产率达到90.8％，纯品产率达到92.4％，纯品氯含量小于400ppm，本例中粗品和纯品联苯型环氧树脂中的氯含量记录在表1中。
对比例1
准确称10g四甲基联苯二酚和50g环氧氯丙烷加入到配有磁力搅拌器和温度计的三颈烧瓶中，在油浴锅中搅拌加热至85℃，使其溶解，再往溶液中加入0.6g四丁基溴化铵，恒温搅拌反应3小时。反应完毕后，转移至单口烧瓶进行减压蒸馏，蒸馏至无溶剂蒸出时停止加热。重新转移至三口烧瓶中在油浴锅中升温至65℃，缓慢滴加30g氢氧化钠水溶液(重量百分比30％)，1小时后滴加10g氢氧化钠水溶液(重量百分比15％)，反应2小时。多次水洗产物，过滤，干燥，得粗品。
本例合成的粗品产率达到90.4％，氯含量为1435ppm，明显高于实施例1～3中的粗品产物的氯含量。由下表1可以看出，本发明通过添加两亲性溶剂，从而降低了制备的粗产品中的总氯含量。
表1联苯型环氧树脂的总氯含量测试结果
样品 总氯含量(ppm)
对比例1粗品 1435
实施例1粗品 927
实施例1提纯 385
实施例2粗品 1046
实施例2提纯 396
实施例3粗品 983
实施例3提纯 378
上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (7)

1.一种联苯型环氧树脂的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：
S11：将所述联苯二酚类原料和环氧氯丙烷在催化剂四丁基溴化铵作用下反应，然后减压蒸馏除去未反应的环氧氯丙烷；
S12：向步骤S11中加入两亲性溶剂，依次缓慢滴加30～50wt％的碱液和5～15wt％的碱液反应；
S13：水洗步骤S12中的产物，过滤，然后干燥，制得所述联苯型环氧树脂粗品；
S21：将粗品溶解在良溶剂中，逐滴加入持续搅拌的不良溶剂中，使联苯型环氧树脂在不良溶剂中析出；
S22：减压旋蒸除去良溶剂；
S23：依次进行过滤、水洗、干燥步骤，制得所述联苯型环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的联苯型环氧树脂的合成方法，其特征在于：所述两亲性溶剂为乙二醇单丁醚、乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单乙醚、丙二醇单丁醚、丙二醇单乙醚、二丙二醇单丁醚、二丙二醇单乙醚中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的联苯型环氧树脂的合成方法，其特征在于：所述良溶剂包括甲苯、丙酮、乙酸乙酯、甲醇中的至少一种；所述不良溶剂的沸点高于良溶剂的沸点。
4.根据权利要求1至3任一项所述的联苯型环氧树脂的合成方法，其特征在于：所述联苯二酚类原料包括联苯二酚、四甲基联苯二酚中的至少一种。
5.根据权利要求1至3任一项所述的联苯型环氧树脂的合成方法，其特征在于：所述联苯型环氧树脂中总氯含量低于400ppm。
6.一种联苯型环氧树脂，其特征在于：采用权利要求1～5任一项所述的合成方法制备，所述联苯型环氧树脂中总氯含量低于400ppm。
7.权利要求6所述的联苯型环氧树脂在电子封装材料中的应用。
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