CN115724757A - 二胺单体化合物及其制备方法、树脂、柔性薄膜及电子设备 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本申请涉及一种二胺单体化合物及其制备方法、应用该二胺单体化合物制得的聚酰亚胺树脂、以及应用该聚酰亚胺树脂的柔性薄膜和电子设备。
背景技术
印刷电路板中的信号传输损耗部分源于介电层引起的损失。介电层引起的损失通常与介电层材料的介电常数和介电损失因子有关。此外,介电层材料的极性会影响导线中电子传输的稳定性,若绝缘层材料中分子结构极性过大,电路板极化后,导线中的电子将会受到介电层的吸引,严重影响电子传输的稳定性。因此,如何有效设计介电层的高分子结构,降低介电层高分子材料的介电损失,达到良好的绝缘效果,将成为重要的课题。
目前,液晶高分子(Liquid-crystalline polymer,LCP)材料因其具有液晶结构,介电损耗较低,被广泛应用于印刷电路板中。但,因LCP材料具有高顺向排列的液晶结构,使得其成膜加工特性较差,成膜工艺限制多,而且成膜后与铜板压合制作成覆铜板的难度也较大。
发明内容
有鉴于此,为克服上述缺陷的至少之一,有必要提出一种二胺单体化合物。
另,本申请还提出一种制备该二胺单体化合物的方法、应用该二胺单体化合物制得的聚酰亚胺树脂、以及应用该聚酰亚胺树脂的柔性薄膜和电子设备。
本申请提供一种二胺单体化合物,所述二胺单体化合物的结构通式为:
其中,n1为>1的整数。
在一些可能的实施方式中,n1的取值为2,3或4。
本申请还提供一种聚酰亚胺树脂,所述聚酰亚胺树脂的结构通式为:
Y的结构式为:
其中,n1为>1的整数。
在一些可能的实施方式中,所述芳香族二酐残基或脂环族二酐残基X来自于以下化合物中的一种或多种:均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐、2,3,3',4'-联苯四甲酸二酐、2,3,5,6-萘四羧酸二酐、2,3,6,7-萘四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、2,6-二氯萘-1,4,5,8-四羧酸二酐、2,7-二氯萘-1,4,5,8-四羧酸二酐、2,3,6,7-四氯萘-1,4,5,8-四羧酸二酐、3,4,9,10-苝四羧酸二酐、吡嗪-2,3,5,6-四羧酸二酐、噻吩-2,3,4,5-四羧酸二酐、2,3,5,6-吡啶四羧酸二酐、1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酐、环丁烷-1,2,3,4-四羧酸二酐、环戊烷-1,2,3,4-四羧酸二酐、环己烷-1,2,4,5-四羧酸二酐、降莰烷-2,3,5,6-四羧酸二酐、双环[2.2.2]辛-7-烯-3,4,8,9-四羧酸二酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐、2,2',3,3'-二苯甲酮四羧酸二酐、2,3,3',4'-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3',4,4'-二苯基砜四羧酸二酐、2,2',3,3'-二苯基砜四羧酸二酐、2,3,3',4'-二苯基砜四羧酸二酐、3,3',4,4'-二苯基醚四羧酸二酐、2,2',3,3'-二苯基醚四羧酸二酐、2,3,3',4'-二苯基醚四羧酸二酐、2,2-[双(3,4-二羧基苯基)]六氟丙烷二酐、5-(2,5-二氧代四氢)-3-甲基-3-环己烯-1,2-二羧酸酐。
在一些可能的实施方式中,所述芳香族二胺残基或脂环族二胺残基R来自于以下化合物中的一种或多种:4,4’-二氨基二苯醚、3,4’-二氨基二苯醚、1,4-双(4-氨基苯氧基)苯、邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺、1,5-萘二胺、2,6-萘二胺、双(4-氨基苯氧基苯基)砜、双(3-氨基苯氧基苯基)砜、双(4-氨基苯氧基)联苯、双{4-(4-氨基苯氧基)苯基}醚、4,4’-二氨基联苯、2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、2,2’-二乙基-4,4’-二氨基联苯、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、3,3’-二乙基-4,4’-二氨基联苯、2,2’,3,3’-四甲基-4,4’-二氨基联苯、3,3’,4,4’-四甲基-4,4’-二氨基联苯、2,2’-双(三氟甲基)联苯胺、2,6,2’,6’-四(三氟甲基)联苯胺、2,2-双[4-(3-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-双(4-苯胺基)六氟丙烷、2,2-双(3-苯胺基)六氟丙烷和2,2-双(3-氨基-4-甲苯甲酰基)六氟丙烷、1,6-己二胺、1,4-环己二胺、1,3-环己二胺、1,4-双(氨基甲基)环己烷、1,3-双(氨基甲基)环己烷、4,4’-二氨基二环己基甲烷和4,4’-二氨基-3,3’-二甲基环己基甲烷。
在一些可能的实施方式中,所述聚酰亚胺树脂为所述的二胺单体化合物与其他的芳香族二胺单体或脂环族二胺单体、以及芳香族二酐单体或脂环族二酐单体聚合形成。
在一些可能的实施方式中,所述的二胺单体化合物与其他的芳香族二胺单体或脂环族二胺单体的总二胺单体的摩尔数之比为1:9-3:7。
在一些可能的实施方式中,所述的二胺单体化合物与其他的芳香族二胺单体或脂环族二胺单体的总摩尔数与所述的芳香族二酐单体或脂环族二酐单体的总摩尔数之比为0.9-1.1。
本申请还提供一种柔性薄膜,所述柔性薄膜包括如上所述的聚酰亚胺树脂。
本申请还提供一种电子设备,所述电子设备包括电路板,所述电路板包括如上所述的柔性薄膜。
相较于现有技术,本发明的二胺单体化合物引入了长偶数碳链和液晶单元,长偶数碳链使分子链具有柔性,相较于传统液晶材料可以有效的降低分子链的规整度和刚性,使聚酰亚胺树脂便于成膜加工;主链中引入长偶数碳链和液晶单元,液晶单元具有刚性且顺向排列,从而使得聚酰亚胺树脂具有高顺向排列的液晶形态,可进行退火处理进而提升结晶度,提高尺寸稳定性,使材料具有优良的机械性能和热性能,同时能有效降低材料的损耗因子(Df)和热膨胀系数(CET),另外,长偶数碳链结构具有疏水性,且能增加分子链的柔性,并搭配液晶单元结构,能有效降低材料的介电常数(Dk)和热膨胀系数(CET)。
附图说明
图1是本申请一实施例提供的二胺单体的偏光显微镜照片。
图2是本申请另一实施例提供的中间体I’的氢谱图。
图3是本申请另一实施例提供的中间体I’的红外光谱图。
图4是本申请另一实施例提供的中间体II’的氢谱图。
图5是本申请另一实施例提供的中间体II’的红外光谱图。
图6是本申请另一实施例提供的二胺单体的氢谱图。
图7是本申请另一实施例提供的二胺单体的红外光谱图。
图8是本申请另一实施例提供的二胺单体的DSC谱图。
图9是本申请另一实施例提供的二胺单体的偏光显微镜照片。
图10是本申请又一实施例提供的中间体I”的氢谱图。
图11是本申请又一实施例提供的中间体II”的氢谱图。
图12是本申请又一实施例提供的二胺单体的氢谱图。
图13是本申请又一实施例提供的二胺单体的DSC谱图。
图14是本申请又一实施例提供的二胺单体的偏光显微镜照片。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的技术手段的名称只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。
在不冲突的情况下,下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
为了制备得到具有优异的综合性能的聚酰亚胺,一般都采用刚性的芳香二酐和二胺结构进行制备,以增强分子内和分子间的相互作用。但也使得聚酰亚胺薄膜的成膜加工性较差。为了得到综合性能优异,且易于成膜的聚酰亚胺,通常在聚酰亚胺的主链或侧链中引入长碳链或柔性基团(例如:C=O、-O-、-S-、-SO2-、-CH2-、-C(CH3)2-)来降低主链的刚性,从而降低聚酰亚胺的玻璃化转变温度(Tg)和熔点(Tm)。而上述长碳链或柔性基团通常通过合成聚酰亚胺的单体(二胺单体、二酐单体)引入。
本申请实施例提供了一种二胺单体化合物,所述二胺单体化合物的分子结构中引入了液晶单元和长碳链,其可用于制备具有良好的介电性质、机械性能和热性能且易于成膜加工的聚酰亚胺树脂。
所述二胺单体化合物的结构通式为:
其中,n1为>1的整数。
一些实施例中,n1的取值为2,3或4。
二胺单体中引入长碳链,通过长碳链的结构不对称性来降低聚酰亚胺高分子的对称性和分子链的规则性,从而降低聚酰亚胺的Tg和Tm。而二胺单体中长碳链的碳数选择,尤其是奇数碳和偶数碳的选择会影响分子排列,进而会影响所形成液晶的结构形式,此现象称为奇偶效应。奇数碳链将使得分子更为弯曲、拥有较大的乱度、需要更高温度才可形成液晶相,此外,形成的液晶型态为弯曲状液晶(也可称为香蕉状液晶),此弯曲状液晶大多拥有铁电性,而铁电材料容易受到电场极化而产生分子反转的现象,因此,含有奇数碳链的材料大多应用于储存元件或电容器。而偶数碳链能够使分子易于形成液晶相,通常形成常见的层状液晶或相列形液晶。因此,本申请所述二胺单体化合物中引入的长碳链结构包含偶数个碳,同时偶数碳链两端引入具有酯基的液晶单元,可以有效的降低分子链的规整度,降低分子链的刚性,增加分子链的柔性,有利于降低材料的热膨胀系数,提升尺寸稳定性。
本申请实施例还提供一种聚酰亚胺树脂,所述聚酰亚胺树脂为上述的二胺单体化合物与其他不同于上述的二胺单体化合物的芳香族或脂环族二胺单体、以及芳香族或脂环族二酐单体聚合而成。
所述聚酰亚胺树脂的结构通式为:
本申请中,芳香族或脂环族二酐单体、芳香族或脂环族二胺单体、上述二胺单体化合物是聚合形成所述聚酰亚胺树脂的单体,芳香族或脂环族二酐单体、芳香族或脂环族二胺单体在聚合后形成的聚酰亚胺树脂的结构式中的呈现,不再是一个单体化合物,而是一个基团,定义为残基。
所述聚酰亚胺树脂包括n2个重复单元,每一个重复单元包括m1个和m2个,本申请对中所述m1个和m2个在所述聚酰亚胺树脂的主链上无规排列,呈随机分布。
所述芳香族二酐残基或脂环族二酐残基X来自于以下化合物中的一种或多种:均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐、2,3,3',4'-联苯四甲酸二酐、2,3,5,6-萘四羧酸二酐、2,3,6,7-萘四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、2,6-二氯萘-1,4,5,8-四羧酸二酐、2,7-二氯萘-1,4,5,8-四羧酸二酐、2,3,6,7-四氯萘-1,4,5,8-四羧酸二酐、3,4,9,10-苝四羧酸二酐、吡嗪-2,3,5,6-四羧酸二酐、噻吩-2,3,4,5-四羧酸二酐、2,3,5,6-吡啶四羧酸二酐、1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酐、环丁烷-1,2,3,4-四羧酸二酐、环戊烷-1,2,3,4-四羧酸二酐、环己烷-1,2,4,5-四羧酸二酐、降莰烷-2,3,5,6-四羧酸二酐、双环[2.2.2]辛-7-烯-3,4,8,9-四羧酸二酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐、2,2',3,3'-二苯甲酮四羧酸二酐、2,3,3',4'-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3',4,4'-二苯基砜四羧酸二酐、2,2',3,3'-二苯基砜四羧酸二酐、2,3,3',4'-二苯基砜四羧酸二酐、3,3',4,4'-二苯基醚四羧酸二酐、2,2',3,3'-二苯基醚四羧酸二酐、2,3,3',4'-二苯基醚四羧酸二酐、2,2-[双(3,4-二羧基苯基)]六氟丙烷二酐、5-(2,5-二氧代四氢)-3-甲基-3-环己烯-1,2-二羧酸酐。
所述芳香族二胺残基或脂环族二胺残基R来自于以下化合物中的一种或多种:4,4’-二氨基二苯醚、3,4’-二氨基二苯醚、1,4-双(4-氨基苯氧基)苯、邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺、1,5-萘二胺、2,6-萘二胺、双(4-氨基苯氧基苯基)砜、双(3-氨基苯氧基苯基)砜、双(4-氨基苯氧基)联苯、双{4-(4-氨基苯氧基)苯基}醚、4,4’-二氨基联苯、2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、2,2’-二乙基-4,4’-二氨基联苯、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、3,3’-二乙基-4,4’-二氨基联苯、2,2’,3,3’-四甲基-4,4’-二氨基联苯、3,3’,4,4’-四甲基-4,4’-二氨基联苯、2,2’-双(三氟甲基)联苯胺、2,6,2’,6’-四(三氟甲基)联苯胺、2,2-双[4-(3-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-双(4-苯胺基)六氟丙烷、2,2-双(3-苯胺基)六氟丙烷和2,2-双(3-氨基-4-甲苯甲酰基)六氟丙烷、1,6-己二胺、1,4-环己二胺、1,3-环己二胺、1,4-双(氨基甲基)环己烷、1,3-双(氨基甲基)环己烷、4,4’-二氨基二环己基甲烷和4,4’-二氨基-3,3’-二甲基环己基甲烷。
所述聚酰亚胺树脂的结构中通过上述二胺单体化合物引入了长偶数碳链,长偶数碳链使分子链具有柔性,相较于传统液晶材料可以有效的降低分子链的规整度和刚性,使聚酰亚胺树脂便于成膜加工;主链中引入长偶数碳链和液晶单元(例如酯类液晶元),液晶单元具有刚性且顺向排列,从而使得聚酰亚胺树脂具有高顺向排列的液晶形态,可进行退火处理进而提升结晶度,提高尺寸稳定性,使材料具有优良的机械性能和热性能,同时能有效降低材料的损耗因子(Df)和热膨胀系数(CTE),另外,长偶数碳链结构具有疏水性,且能增加分子链的柔性,搭配液晶单元结构,能有效降低材料的介电常数(Dk)和热膨胀系数(CTE)。
本申请还提供一种柔性薄膜,包括如上所述的聚酰亚胺树脂。
本申请还提供一种电子设备,所述电子设备包括电路板,所述电路板包括如上所述的柔性薄膜。
所述电路板包括一基材,柔性薄膜附着于基材的表面,采用上述聚酰亚胺树脂的分子量柔性提高,极性降低,成膜性提升,制备的柔性薄膜与基材之间的界面结合力强,制备的电路板具有优良的机械性能和电性能;且所述聚酰亚胺树脂的热膨胀系数低,因此制备电路板时,所述柔性薄膜不会出现剥离、开裂、翘曲等问题。
本申请还提供一种二胺单体化合物的制备方法,所述方法包括:
制备含有偶数碳链和液晶单元的二硝基化合物
所述二硝基化合物(B-2)通过氢化反应,得到
上述聚酰亚胺树脂的制备方法,包括:
制备二胺单体化合物,所述二胺单体化合物的结构通式为
将所述二胺单体化合物与其他的芳香族二胺单体或脂环族二胺单体、以及芳香族二酐单体或脂环族二酐单体聚合反应,得到
一些实施例中,制备聚酰亚胺树脂的过程中,总的二胺单体和总的二酐单体的摩尔数之比为0.9-1.1,摩尔数之比优选为1。即,所述的二胺单体化合物与其他的芳香族二胺单体或脂环族二胺单体的总摩尔数与所述的芳香族二酐单体或脂环族二酐单体的总摩尔数之比为0.9-1.1。
一些实施例中,所述的二胺单体化合物与其他的芳香族二胺单体或脂环族二胺单体总的二胺单体的摩尔数之比为1:9-3:7,即上述二胺单体化合物的摩尔数与其他二胺单体总摩尔数的比为1:9-3:7。
下面通过具体实施例对本申请实施例进行进一步的说明。
单体实施例一
单体的制备:
第一步,将对苯二酚(10.19g,9.26*10mmol)和K2CO3(2.56g,9.26*2mmol)溶于N,N-二甲基乙酰胺(DMAc,15g)中并加入100mL的三颈反应器中,再将1,4-二溴丁烷(2g,9.26mmol)缓慢滴入三颈反应器中,于55℃,氮气环境下反应24h。反应结束后,将产物倒入水中析出、洗涤并进行抽气过滤以取滤饼,将滤饼于70℃真空环境下进行干燥,得到中间产物I。
第二步,取中间产物I(0.898g,3.645mmol)和三乙胺(1.106g,3.645mmol*3)溶于四氢呋喃(THF,20mL)并加入100ml三颈反应器中,将4-硝基苯甲酰氯(2.029g,3.645mmol*3)缓慢滴入上述三颈反应器中,于55℃氮气环境下反应24h,反应过程中三乙胺的盐类自然析出,反应结束后采用抽气过滤以去除三乙胺的盐类,并收集滤液,将滤液倒入水中析出产物,并将产物采用热乙醇清洗并过滤得到滤饼,将滤饼于60℃真空环境下进行干燥,得到中间产物II。
第三步,取中间产物II(1g,1.837mmol)加入100mL高压反应器中,加入DMF(20ml)和钯碳(Pd/C,0.04g),反复通入氮气三次,最后于50℃及140pa的氢气压力下反应直到氢气压力不再下降,氢气压力达到恒压,即表示反应已结束。反应结束后将硅藻土置于陶瓷漏斗上铺平以抽气过滤移除钯碳,并收集滤液倒入去离子水中析出,并以50℃乙醇清洗,抽气过滤取滤饼并于60℃真空条件下干燥,得到二胺单体化合物A。
图1为二胺A的偏光显微镜(POM)图,其中二胺A的升温速率为10℃/min,在室温条件下二胺A并无任何液晶相,当温度达到305℃后,二胺A会熔融成液态,之后随着温度的降低(冷却速率为3℃/min),在280℃时开始长出晶体,有液晶相形成,随着温度下降液晶相大量出现,当温度达到室温后,维持液晶相;再次升温,当温度达到320℃时,结晶逐渐瓦解,液晶相逐渐消失,当温度达到315℃后,液晶相可缓慢流动;再次冷却至室温,重新结晶,液晶相出现。由图1可观察到含有四个碳的长碳链的二胺A在反复加热冷却过程中仍可形成液晶相,同时,即使在环化温度下仍保有液晶态,可知聚酰氨酸环化形成聚酰亚胺后具有偶数碳链的二胺残基仍具有规则排列的液晶型态。
单体实施例二
单体(结构不同于实施例一的单体)的制备:
第一步,将对苯二酚(10.19g,9.26*10mmol)和K2CO3(2.56g,9.26*2mmol)溶于N,N-二甲基乙酰胺(DMAc,15g)中并加入100mL的三颈反应器中,再将1,6-二溴己烷(2.26g,9.26mmol)缓慢滴入三颈反应器中,于55℃,氮气环境下反应24h。反应结束后,将产物倒入水中析出、洗涤并进行抽气过滤以取滤饼,将滤饼于70℃真空环境下进行干燥,得到中间产物I’。
由图2的氢谱1H-NMR(ppm,DMSO-d6)可看出,δ=1.40(4H,H1)、1.65(4H,H2)、3.82(4H,H3)、6.67(4H,H8,H9)、6.73(4H,H5,H6)、8.86(2H,H10)。由图3的红外光谱可见,在3384cm-1处出现-OH的信号峰,氢谱和红外光谱结果证明双酚结构成功合成。
第二步,取中间产物I’(0.985g,3.645mmol)和三乙胺(1.106g,3.645mmol*3)溶于四氢呋喃(THF,20mL)并加入100ml三颈反应器中,将4-硝基苯甲酰氯(2.029g,3.645mmol*3)缓慢滴入上述三颈反应器中,于55℃氮气环境下反应24h,反应过程中三乙胺的盐类自然析出,反应结束后采用抽气过滤以去除三乙胺的盐类,并收集滤液,将滤液倒入水中析出产物,并将产物采用热乙醇清洗并过滤得到滤饼,将滤饼于60℃真空环境下进行干燥,得到中间产物II’。
由图4的氢谱1H-NMR(ppm,DMSO-d6)可看出,δ=1.49(4H,H1)、1.74(4H,H2)、4.00(4H,H3)、7.00(4H,H5,H9)、7.23(4H,H6,H8)、8.37(8H,H11,H12,H14,H15)。由图5的红外光谱(FITR)可见,-OH的信号峰消失,在1348cm-1、1528cm-1产生了-NO2信号峰。结合氢谱和红外光谱可判断已成功合成中间产物II’。
第三步,取中间产物II’(1g,1.759mmol)加入100mL高压反应器中,加入DMF(20ml)和钯碳(Pd/C,0.04g),反复通入氮气三次,最后于50℃及140Pa的氢气压力下反应直到氢气压力不再下降,氢气压力达到恒压,即表示反应已结束。反应结束后将硅藻土置于陶瓷漏斗上铺平以抽气过滤移除钯碳,并收集滤液倒入去离子水中析出,并以乙醇清洗,抽气过滤取滤饼并于110℃真空条件下干燥,得到二胺单体化合物B。
由图6的氢谱1H-NMR(ppm,DMSO-d6)可看出,δ=1.50(4H,H1)、1.85(4H,H2)、4.05(4H,H3)、6.16(4H,H16)、6.61(4H,H12,H14)、6.92(4H,H5,H9)、7.06(4H,H6,H8)、7.81(4H,H11,H15)。由图7的红外光谱(FITR)可见,1348cm-1和1528cm-1处的-NO2信号峰消失,产生了位于3356cm-1和3469cm-1的-NH2的伸缩振动峰。结合氢谱和红外光谱可判断已成功合成二胺B。由图8的差式扫描热分析(DSC)图中的吸热峰可判断熔点范围为260℃至283℃,焓值(DeltaH)为109.94J/g。其中图9为二胺B的偏光显微镜(POM)图,其中二胺B的升温速率为10℃/min,其中二胺B的升温速率为10℃/min,在室温条件下二胺B并无任何液晶相,继续升温使二胺B熔融成液态,之后随着温度的降低(冷却速率为3℃/min),在267℃时开始长出晶体,有液晶相形成,随着温度下降液晶相大量出现,当温度达到室温后,维持液晶相;再次升温,当温度达到320℃左右时,结晶逐渐瓦解,液晶相逐渐消失,当温度达到315℃后,液晶相可缓慢流动;再次冷却至室温,重新结晶,液晶相出现。通过DSC及POM的对照,可观察到含有四个碳的长碳链的二胺B在反复加热冷却过程中仍可形成液晶相,同时,即使在环化温度下仍保有液晶态,可知聚酰氨酸环化形成聚酰亚胺后具有偶数碳链的二胺残基仍具有规则排列的液晶型态。
单体实施例三
单体(结构不同于实施例一和实施例二的单体)的制备:
第一步,将对苯二酚(10.19g,9.26*10mmol)和K2CO3(2.56g,9.26*2mmol)溶于N,N-二甲基乙酰胺(DMAc,15g)中并加入100mL的三颈反应器中,再将1,8-二溴辛烷(2.26g,9.26mmol)缓慢滴入三颈反应器中,于55℃,氮气环境下反应24h。反应结束后,将产物倒入水中析出、洗涤并进行抽气过滤以取滤饼,将滤饼于70℃真空环境下进行干燥,得到中间产物I”。
由图10的氢谱1H-NMR(ppm,DMSO-d6)可看出,δ=1.33(4H,H1,H2)、1.66(2H,H3)、3.80(2H,H4)、6.65(4H,H6,H7,H9,H10)、8.84(2H,H11),双酚结构成功合成。
第二步,取中间产物I”(1.07g,3.645mmol)和三乙胺(1.106g,3.645mmol*3)溶于四氢呋喃(THF,20mL)并加入100ml三颈反应器中,将4-硝基苯甲酰氯(2.029g,3.645mmol*3)缓慢滴入上述三颈反应器中,于55℃氮气环境下反应24h,反应过程中三乙胺的盐类自然析出,反应结束后采用抽气过滤以去除三乙胺的盐类,并收集滤液,将滤液倒入水中析出产物,并将产物采用热乙醇清洗并过滤得到滤饼,将滤饼于60℃真空环境下进行干燥,得到中间产物II”。
由图11的氢谱1H-NMR(ppm,DMSO-d6)可看出,δ=1.40(4H,H1,H2)、1.72(2H,H3)、3.97(2H,H4)、6.99(4H,H6,H10)、7.22(4H,H7,H9)、8.36(8H,H12,H13,H15,H16)。由图11可判断已成功合成中间产物II”。
第三步,取中间产物II’(1g,1.688mmol)加入100mL高压反应器中,加入DMF(20ml)和钯碳(Pd/C,0.4g),反复通入氮气三次,最后于50℃及140Pa的氢气压力下反应直到氢气压力不再下降,氢气压力达到恒压,即表示反应已结束。反应结束后将硅藻土置于陶瓷漏斗上铺平以抽气过滤移除钯碳,并收集滤液倒入去离子水中析出,并以乙醇清洗,抽气过滤取滤饼并于110℃真空条件下干燥,得到二胺单体化合物C。
由图12的氢谱1H-NMR(ppm,DMSO-d6)可看出,δ=1.36(4H,H1,H2)、1.70(4H,H3)、3.93(4H,H4)、6.13(2H,H17)、6.60(4H,H13,H15),6.92(4H,H6,H10),7.05(4H,H7,H9)、7.75(4H,H12,H16)。由图13的差式扫描热分析(DSC)图中的吸热峰可判断熔点范围为239℃至267℃,熔融吸热峰为262℃,焓值(Delta H)为94.92J/g,升温速率为10℃/min,冷却速率为3℃/min。其中图14为二胺A的偏光显微镜(POM)图,其中二胺C的升温速率为10℃/min,在室温条件下二胺C并无任何液晶相,继续升温到300℃使二胺C熔融成液态,之后随着温度的降低(冷却速率为3℃/min),在280℃时开始长出晶体,有液晶相形成,随着温度下降液晶相大量出现,当温度达到室温后,维持液晶相;再次升温,当温度达到320℃左右时,结晶逐渐瓦解,液晶相逐渐消失,当温度达到315℃后,液晶相可缓慢流动;再次冷却至室温,重新结晶,液晶相出现。通过DSC及POM的对照,可观察到含有四个碳的长碳链的二胺C在反复加热冷却过程中仍可形成液晶相,同时,即使在环化温度下仍保有液晶态,可知聚酰氨酸环化形成聚酰亚胺后具有偶数碳链的二胺残基仍具有规则排列的液晶型态。
聚合物实施例
在氮气保护下,在反应瓶中加入二胺A、二胺B或二胺C和市售二胺单体(例如4,4'-二氨基二苯醚,ODA),加入溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)室温下搅拌至溶解后缓慢加入二酸酐单体(均苯四甲酸二酐PMDA),室温搅拌24h,得到聚酰胺酸组合物。
将上述聚酰胺酸组合物涂布于铜箔基材上,并于100-150℃条件下恒温10-15min,除溶剂并形成聚酰胺酸膜,然后在氮气环境及300℃条件下恒温30~60min,使聚酰胺酸环化形成聚酰亚胺薄膜,膜厚约12-50μm,并通过退火处理以提生结晶度。
通过上述DSC及POM的分析可知二胺A、二胺B和二胺C单体在280℃左右的温度条件下生成向列型液晶相,320℃结晶开始瓦解,在300℃左右仍保有液晶相,进一步将二胺A、二胺B或二胺C与ODA和PMDA经反应制备聚酰胺酸,将聚酰胺酸涂布于铜箔基材上,并于100-150℃条件下恒温10-15min,除溶剂并形成聚酰胺酸膜,然后在氮气环境及300℃温度下进行高温环化制备聚酰亚胺(PI)薄膜,制备的PI薄膜仍具有液晶相。聚合物实施例中采用了本申请实施例合成的二胺A、二胺B或二胺C单体,其中二胺A、二胺B或二胺C单体的分子结构中包含液晶单元和偶数碳的长碳链结构,分子链相较于纯液晶结构分子柔性增加,极性降低,有利于降低材料的损耗因子(Df)和介电常数(Dk),长偶数碳链的存在能有效降低材料的热膨胀系数(CTE),而且PI聚合物的成膜加工性优良,有利于降低具有液晶单元结构高分子材料的成膜加工难度。
综上所述,本发明的二胺单体化合物引入了长偶数碳链和液晶单元,长偶数碳链使分子链具有柔性,相较于传统液晶材料可以有效的降低分子链的规整度和刚性,使聚酰亚胺树脂便于成膜加工;主链中引入长偶数碳链和液晶单元(例如酯类液晶元),液晶单元具有刚性且顺向排列,从而使得聚酰亚胺树脂具有高顺向排列的液晶形态,可进行退火处理进而提升结晶度,提高尺寸稳定性,使材料具有优良的机械性能和热性能,同时能有效降低材料的损耗因子和热膨胀系数,另外,长偶数碳链结构具有疏水性,且能增加分子链的柔性并搭配液晶单元结构,能有效降低材料的介电常数和热膨胀系数。
Claims (11)
2.根据权利要求1所述的二胺单体化合物,其特征在于,n1的取值为2,3或4。
4.根据权利要求3所述的聚酰亚胺树脂,其特征在于,所述芳香族二酐残基或脂环族二酐残基X来自于以下化合物中的一种或多种:均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐、2,3,3',4'-联苯四甲酸二酐、2,3,5,6-萘四羧酸二酐、2,3,6,7-萘四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、2,6-二氯萘-1,4,5,8-四羧酸二酐、2,7-二氯萘-1,4,5,8-四羧酸二酐、2,3,6,7-四氯萘-1,4,5,8-四羧酸二酐、3,4,9,10-苝四羧酸二酐、吡嗪-2,3,5,6-四羧酸二酐、噻吩-2,3,4,5-四羧酸二酐、2,3,5,6-吡啶四羧酸二酐、1,2,3,4-环戊烷四羧酸二酐、环丁烷-1,2,3,4-四羧酸二酐、环戊烷-1,2,3,4-四羧酸二酐、环己烷-1,2,4,5-四羧酸二酐、降莰烷-2,3,5,6-四羧酸二酐、双环[2.2.2]辛-7-烯-3,4,8,9-四羧酸二酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐、2,2',3,3'-二苯甲酮四羧酸二酐、2,3,3',4'-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3',4,4'-二苯基砜四羧酸二酐、2,2',3,3'-二苯基砜四羧酸二酐、2,3,3',4'-二苯基砜四羧酸二酐、3,3',4,4'-二苯基醚四羧酸二酐、2,2',3,3'-二苯基醚四羧酸二酐、2,3,3',4'-二苯基醚四羧酸二酐、2,2-[双(3,4-二羧基苯基)]六氟丙烷二酐、5-(2,5-二氧代四氢)-3-甲基-3-环己烯-1,2-二羧酸酐。
5.根据权利要求3所述的聚酰亚胺树脂,其特征在于,所述芳香族二胺残基或脂环族二胺残基R来自于以下化合物中的一种或多种:4,4’-二氨基二苯醚、3,4’-二氨基二苯醚、1,4-双(4-氨基苯氧基)苯、邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺、1,5-萘二胺、2,6-萘二胺、双(4-氨基苯氧基苯基)砜、双(3-氨基苯氧基苯基)砜、双(4-氨基苯氧基)联苯、双{4-(4-氨基苯氧基)苯基}醚、4,4’-二氨基联苯、2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、2,2’-二乙基-4,4’-二氨基联苯、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、3,3’-二乙基-4,4’-二氨基联苯、2,2’,3,3’-四甲基-4,4’-二氨基联苯、3,3’,4,4’-四甲基-4,4’-二氨基联苯、2,2’-双(三氟甲基)联苯胺、2,6,2’,6’-四(三氟甲基)联苯胺、2,2-双[4-(3-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2-双(4-苯胺基)六氟丙烷、2,2-双(3-苯胺基)六氟丙烷和2,2-双(3-氨基-4-甲苯甲酰基)六氟丙烷、1,6-己二胺、1,4-环己二胺、1,3-环己二胺、1,4-双(氨基甲基)环己烷、1,3-双(氨基甲基)环己烷、4,4’-二氨基二环己基甲烷和4,4’-二氨基-3,3’-二甲基环己基甲烷。
6.根据权利要求3所述的聚酰亚胺树脂,其特征在于,所述聚酰亚胺树脂为所述的二胺单体化合物与其他的芳香族二胺单体或脂环族二胺单体、以及芳香族二酐单体或脂环族二酐单体聚合形成。
7.根据权利要求6所述的聚酰亚胺树脂,其特征在于,所述的二胺单体化合物与其他的芳香族二胺单体或脂环族二胺单体的总二胺单体的摩尔数之比为1:9-3:7。
8.根据权利要求6所述的聚酰亚胺树脂,其特征在于,所述的二胺单体化合物与其他的芳香族二胺单体或脂环族二胺单体的总摩尔数与所述的芳香族二酐单体或脂环族二酐单体的总摩尔数之比为0.9-1.1。
10.一种柔性薄膜,其特征在于,包括权利要求3至8中任一项所述的聚酰亚胺树脂。
11.一种电子设备,其特征在于,所述电子设备包括电路板,所述电路板包括权利要求10所述的柔性薄膜。
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