CN117511233A - 一种聚苯醚改性碳氢树脂组合物及其在覆铜板中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚苯醚改性碳氢树脂组合物及其在覆铜板中的应用,原料包括:聚苯醚改性聚丁二烯,无机填料,过氧化物交联剂及阻燃剂;聚苯醚改性聚丁二烯由硅烷改性聚丁二烯与端羟基聚苯醚在催化剂作用下进行脱醇缩合反应得到;硅烷改性聚丁二烯由聚丁二烯链中通过巯基‑烯点击化学反应接枝巯基硅氧烷得到,巯基硅氧烷为3‑巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、3‑巯基丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或两种的混合物。本发明将聚苯醚和聚丁二烯进行化学键合,从根本上解决了二者的相容性问题,且体系中只需要添加过氧化物交联剂即可实现高效交联;本发明中的组合物具有优异的热稳定性和低介电损耗,在高频电路领域具有很大的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域,尤其是涉及一种聚苯醚改性碳氢树脂组合物及其在覆铜板中的应用。
背景技术
覆铜板是电子工业的基础材料,主要用于加工制造印制电路板。随着时代发展,5G通信、物联网、智能电动汽车产业发展迅速,对于覆铜板要求信息处理高速化,信号传输高频化,这就需要覆铜板的基材具有低介电常数和低介电损耗。碳氢聚合物基覆铜板具有低介电损耗、低热膨胀系数及较低吸水率等优异性能,被广泛用作高频电子通讯材料。但碳氢聚合物玻璃化转变温度较低,半固化片或粘结片表面粘性大,不宜收卷或储存,需要与聚苯醚复合解决这一问题。然而碳氢聚合物与聚苯醚相容性不佳,直接混合使用会使覆铜板热稳定性不足。
现有技术中有通过使带有特定官能团的聚苯醚与碳氢聚合物进行共交联的方式来提升二者相容性的方法,例如,CN113234242A公开了一种可应用于5G高频高速通讯的端双键聚苯醚与环氧化聚丁二烯树脂共交联聚合物及其制备方法,将10~40质量份端双键聚苯醚与100质量份环氧化聚丁二烯在固化剂、固化促进剂、过氧化物交联剂作用下进行共交联反应;该方法可使聚苯醚与聚丁二烯复合材料的热稳定性得到改善。
但以上技术并没有从根本上解决聚苯醚和碳氢树脂的相容性问题,同时,为了实现各组分树脂的充分固化,需要在树脂组合物体系中同时加入交联剂、固化剂及固化促进剂,增加了配方复杂性。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的覆铜板基材存在的上述问题,提供一种聚苯醚改性碳氢树脂组合物及其在覆铜板中的应用,将聚苯醚和聚丁二烯进行化学键合,从根本上解决了二者的相容性问题,且体系中只需要添加过氧化物交联剂即可实现高效交联;同时本发明中的组合物具有优异的热稳定性和低介电损耗,在高频电路领域具有很大的应用价值。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供了一种聚苯醚改性碳氢树脂组合物,以重量份计,原料包括:聚苯醚改性聚丁二烯45~65份,无机填料35~55份,过氧化物交联剂1~2.5份,阻燃剂8~12份;
所述聚苯醚改性聚丁二烯由硅烷改性聚丁二烯与端羟基聚苯醚在催化剂作用下进行脱醇缩合反应得到;所述硅烷改性聚丁二烯由聚丁二烯链中通过巯基-烯点击化学反应接枝巯基硅氧烷得到,所述巯基硅氧烷为3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯基丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或两种的混合物;所述端羟基聚苯醚的数均分子量为1500~2500,硅烷改性聚丁二烯与端羟基聚苯醚的质量比为100:20~36;硅烷改性聚丁二烯中巯基硅氧烷的含量为1.9~3.5wt%。
本发明以聚苯醚改性聚丁二烯为基体树脂,与无机填料、过氧化物交联剂及阻燃剂复合,构建了介电性能优异的碳氢树脂组合物。为了解决聚苯醚和聚丁二烯的相容性问题,本发明先将聚丁二烯与巯基硅氧烷进行巯基-烯点击化学反应,制得硅烷改性聚丁二烯;然后利用硅烷改性聚丁二烯中的烷氧基与端羟基聚苯醚中的羟基在催化剂作用下发生脱醇缩合反应,实现了聚丁二烯和聚苯醚的化学键键合,从根本上解决了二者的相容性问题。本发明制得的聚苯醚改性聚丁二烯中,聚丁二烯链段为碳氢树脂组合物提供了交联反应活性点,本发明的体系中只需添加过氧化物交联剂即可实现高效交联和固化,无需同时添加交联剂、固化剂或固化促进剂;同时,聚苯醚链段可提升基体树脂的热稳定性,并提供了优异的低介电性能,使得本发明中的碳氢树脂组合物具有显著的高交联密度、体系热稳定性和低介电损耗,在高频电路领域具有很大的应用价值。
作为优选,硅烷改性聚丁二烯与端羟基聚苯醚的脱醇缩合反应条件为:将硅烷改性聚丁二烯与端羟基聚苯醚加入二甲苯和甲苯的混合溶剂中,升温至100~110℃搅拌溶解后继续升温至140~150℃,加入催化剂反应18~24h,降温至室温,将所得产物加入至少3倍体积的甲醇中沉淀,将所得沉淀产物干燥后再以环己烷为抽提液在75~80℃下抽提48h以上,然后将抽提液加入到至少3倍体积的甲醇中沉淀、干燥,得到所述聚苯醚改性聚丁二烯。
作为优选,所述催化剂为磷酸,催化剂与硅烷改性聚丁二烯的质量比为0.03~0.1:50。
作为优选,混合溶剂中二甲苯和甲苯的质量比为1~2:1。
作为优选,所述硅烷改性聚丁二烯的制备方法为:
(1)制备聚丁二烯胶液:将丁二烯单体加入溶剂中,再依次加入四氢糠醇乙基醚和仲丁基锂溶液,在55~60℃下反应1~3h,以无水乙醇终止反应,得到聚丁二烯胶液;溶剂包括质量比为1~3:1的环己烷和四氢呋喃,丁二烯单体与溶剂的质量比为1:7~8;四氢糠醇乙基醚的添加量为丁二烯单体质量的0.05~0.1%,仲丁基锂溶液的浓度为1~2mol/L,丁二烯单体与仲丁基锂溶液的质量体积比为100g:1~2mL;
(2)巯基硅氧烷与聚丁二烯胶液进行巯基-烯点击化学反应:在75~85℃下,将巯基硅氧烷加入聚丁二烯胶液中,然后加入过氧化苯甲酰,过氧化苯甲酰的质量为丁二烯单体质量的0.04~0.05%;保温反应10~20h后降至室温,将所得产物置于至少3倍体积的乙醇中沉淀,将沉淀产物干燥后用丙酮抽提,得到所述硅烷改性聚丁二烯。
作为优选,所述的无机填料为球形二氧化硅、氮化硅、二氧化钛、空心玻璃微珠中的一种或多种。
作为优选,所述的过氧化物交联剂为过氧化二异丙苯、双叔丁基过氧化二异丙基苯中的一种或两种的混合物。
作为优选,所述的阻燃剂为溴化聚苯乙烯、溴化聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、溴化聚丁二烯的一种或多种。
第二方面,本发明提供了一种上述的聚苯醚改性碳氢树脂组合物在覆铜板中的应用,用于制备覆铜板用半固化片及层压板。
作为优选,覆铜板用半固化片及层压板的制备方法包括如下步骤:
S1:将聚苯醚改性碳氢树脂组合物的各原料按比例混合后加入有机溶剂中,搅拌均匀后得到树脂胶液;
S2:用树脂胶液对电子级玻纤布进行浸渍,干燥后得到所述覆铜板用半固化片;
S3:将若干覆铜板用半固化片进行层叠,然后在其一面或两面覆上铜箔,热压后得到所述层压板。
作为优选,S1中所述的有机溶剂为甲苯,树脂胶液中聚苯醚改性聚丁二烯与有机溶剂的质量比为43~233:100。
作为优选,S2中干燥温度为120~140℃,干燥时间10~20min。
作为优选,S3中热压时的压力为2~5MPa,温度为180~250℃,压制时间3~5h。
因此,本发明具有如下有益效果:
(1)利用巯基硅氧烷中的巯基和烷氧基,分别与聚丁二烯和端羟基聚苯醚进行巯基-烯点击化学反应和脱醇缩合反应,实现聚苯醚和聚丁二烯的化学键键合,从根本上解决了二者的相容性问题,使得到的碳氢树脂组合物可具有优异的热稳定性和低介电损耗;
(2)本发明的碳氢树脂组合物体系中只需添加过氧化物交联剂即可实现高效交联和固化,无需同时添加交联剂、固化剂或固化促进剂。
附图说明
图1是本发明实施例1中制得的硅烷改性聚丁二烯的GPC谱图;
图2是本发明实施例1中制得的聚苯醚改性聚丁二烯的GPC谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。
在本发明中,若非特指,所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的,下述实施例中的方法,如无特别说明,均为本领域常规方法。
本发明中使用的球形二氧化硅购自益新矿业科技有限公司,粒径为 5μm ;
氮化硅购自瓷兴新材料有限公司,粒径为5μm;
溴化聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)购自朗盛化学,牌号 Emerald Innovation™3000;
端羟基聚苯醚购自沙伯基础工业公司(SABIC),SA120,数均分子量2200,端羟基含量425μmol/g;
空心玻璃微珠购自郑州圣莱特空心微珠新材料有限公司,粒径10μm;
二氧化钛购自苏州锦艺新材料科技股份有限公司,粒径为7.5μm;
3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷购自阿拉丁生化科技股份有限公司;双叔丁基过氧化二异丙基苯、四氢糠醇乙基醚、过氧化苯甲酰、磷酸购自上海麦克林生化科技有限公司;仲丁基锂溶液购自上虞华伦化工有限公司,浓度1.3mol/L。
实施例1:
一种聚苯醚改性碳氢树脂组合物,以重量份计,原料包括:聚苯醚改性聚丁二烯50份,球形二氧化硅25份,氮化硅25份,双叔丁基过氧化二异丙基苯2份,溴化聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)10份;
其中,聚苯醚改性碳氢树脂组合物的制备方法包括如下步骤:
(1)在经过火焰烘烤,氮气反复吹扫置换的聚合瓶中加入环己烷和四氢呋喃质量比2:1的混合溶剂780g,丁二烯100g,四氢糠醇乙基醚0.1g,仲丁基锂溶液(1.3mol/L)1.4mL,在57℃下反应2h,以无水乙醇终止反应,得到聚丁二烯胶液;
(2)将聚合瓶加装冷凝回流装置,反应温度提高至80℃,在聚丁二烯胶液中加入3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷3.5g,过氧化苯甲酰0.045g,反应12h后降温至室温,将所得产物置于5倍体积的乙醇中沉淀,将沉淀物干燥后以丙酮抽提24h,得到硅烷改性聚丁二烯;
(3)在加装冷凝回流装置且氮气气氛的反应瓶中加入二甲苯:甲苯质量比为1:1的混合溶剂100g,加入上述硅烷改性聚丁二烯50g,端羟基聚苯醚17.5g,升温至100℃搅拌溶解,继续升温至145℃,加入磷酸0.07g反应19h,降温至室温,将所得产物加入到5倍体积的甲醇中沉淀,干燥;进一步将干燥后的产物以环己烷为抽提液在78℃下抽提48h,将抽提液加入到5倍体积甲醇中沉淀、干燥,得到聚苯醚改性聚丁二烯。
依据SH/T 1759-2007的检测方法,用凝胶渗透色谱法(GPC)检测所得硅烷改性聚丁二烯和聚苯醚改性聚丁二烯的分子量及分布,所得谱图如图1和图2中所示。由图1和图2所得GPC谱图计算可得本实施例制得的硅烷改性聚丁二烯及聚苯醚改性聚丁二烯的分子量及分布如下:
从GPC检测结果中可以看出,本实施例制得的硅烷改性聚丁二烯数均分子量为5.1万,峰位分子量为5.3万,分子量分布为1.05;聚苯醚改性聚丁二烯的数均分子量为6.3万,峰位分子量为6.9万,分子量分布为1.12,分子量增大且分子量分布变宽,可知端羟基聚苯醚与硅烷改性聚丁二烯成功发生了接枝反应。按称重法计算得到制得的聚苯醚改性聚丁二烯中,聚苯醚接枝率为25wt%。
聚苯醚接枝率计算方法为:称量反应前硅烷改性聚丁二烯的质量m0,称量反应后经提纯的聚苯醚改性聚丁二烯的质量m1,接枝率计算公式为:接枝率=[(m1-m0)/m0]×100%。
实施例2:
实施例2与实施例1的区别在于,步骤(2)中在聚丁二烯胶液中加入3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷2.4g,过氧化苯甲酰0.04g;步骤(3)中加入硅烷改性聚丁二烯50g,端羟基聚苯醚12g,磷酸0.049g;其余均与实施例1中相同;
按称重法计算得到制得的聚苯醚改性聚丁二烯中,聚苯醚接枝率为15wt%。
实施例3:
实施例3与实施例1的区别在于,步骤(2)中在聚丁二烯胶液中加入3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷3g,过氧化苯甲酰0.047g;步骤(3)中加入磷酸后反应22h;其余均与实施例1中相同;
按称重法计算得到制得的聚苯醚改性聚丁二烯中,聚苯醚接枝率为21wt%。
实施例4:
实施例4与实施例1的区别在于,聚苯醚改性碳氢树脂组合物的原料以重量份计包括:聚苯醚改性聚丁二烯50份,球形二氧化硅25份,空心玻璃微珠25份,双叔丁基过氧化二异丙基苯2份,溴化聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)10份;聚苯醚改性聚丁二烯的制备方法与实施例1中相同。
实施例5:
实施例5与实施例1的区别在于,聚苯醚改性碳氢树脂组合物的原料以重量份计包括:聚苯醚改性聚丁二烯50份,球形二氧化硅25份,二氧化钛25份,双叔丁基过氧化二异丙基苯2份,溴化聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)10份;聚苯醚改性聚丁二烯的制备方法与实施例1中相同。
实施例6:
实施例6与实施例1的区别在于,聚苯醚改性碳氢树脂组合物的原料以重量份计包括:聚苯醚改性聚丁二烯50份,球形二氧化硅50份,双叔丁基过氧化二异丙基苯2份,溴化聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)10份;聚苯醚改性聚丁二烯的制备方法与实施例1中相同。
实施例7:
实施例7与实施例1的区别在于,聚苯醚改性碳氢树脂组合物的原料以重量份计包括:聚苯醚改性聚丁二烯50份,二氧化钛50份,双叔丁基过氧化二异丙基苯2份,溴化聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)10份;聚苯醚改性聚丁二烯的制备方法与实施例1中相同。
实施例8:
实施例8与实施例1的区别在于,聚苯醚改性碳氢树脂组合物的原料以重量份计包括:聚苯醚改性聚丁二烯45份,二氧化钛55份,双叔丁基过氧化二异丙基苯2份,溴化聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)10份;聚苯醚改性聚丁二烯的制备方法与实施例1中相同。
实施例9:
实施例9与实施例1的区别在于,聚苯醚改性碳氢树脂组合物的原料以重量份计包括:聚苯醚改性聚丁二烯50份,球形二氧化硅25份,二氧化钛25份,双叔丁基过氧化二异丙基苯1份,溴化聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)10份;聚苯醚改性聚丁二烯的制备方法与实施例1中相同。
实施例10:
实施例10与实施例1的区别在于,聚苯醚改性碳氢树脂组合物的原料以重量份计包括:聚苯醚改性聚丁二烯50份,球形二氧化硅25份,二氧化钛25份,双叔丁基过氧化二异丙基苯1.5份,溴化聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)10份;聚苯醚改性聚丁二烯的制备方法与实施例1中相同。
实施例11:
实施例11与实施例1的区别在于,聚苯醚改性碳氢树脂组合物的原料以重量份计包括:聚苯醚改性聚丁二烯50份,球形二氧化硅25份,二氧化钛25份,双叔丁基过氧化二异丙基苯2.2份,溴化聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)10份;聚苯醚改性聚丁二烯的制备方法与实施例1中相同。
实施例12:
实施例12与实施例1的区别在于,聚苯醚改性碳氢树脂组合物的原料以重量份计包括:聚苯醚改性聚丁二烯50份,球形二氧化硅25份,二氧化钛25份,双叔丁基过氧化二异丙基苯2.5份,溴化聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)10份;聚苯醚改性聚丁二烯的制备方法与实施例1中相同。
对比例1:
一种聚苯醚改性碳氢树脂组合物,以重量份计,原料包括:聚丁二烯39份,端羟基聚苯醚11份,球形二氧化硅25份,氮化硅25份,双叔丁基过氧化二异丙基苯2份,溴化聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)10份;
其中,聚丁二烯的制备方法为:在经过火焰烘烤,氮气反复吹扫置换的聚合瓶中加入环己烷和四氢呋喃质量比2:1的混合溶剂780g,丁二烯100g,四氢糠醇乙基醚0.1g,仲丁基锂溶液(1.3mol/L)1.4mL,在57℃下反应2h,以无水乙醇终止反应,经凝聚、干燥得到聚丁二烯。
应用例:
分别用上述实施例和对比例中的聚苯醚改性碳氢树脂组合物制备覆铜板用半固化片及层压板,制备方法为:
S1:将聚苯醚改性碳氢树脂组合物的各原料按比例混合后加入50份甲苯中,搅拌均匀后得到树脂胶液;
S2:用树脂胶液对电子级玻纤布(NE型玻纤布,日本日东纺株式会社,NEA2116)进行浸渍,浸渍时间 4min;于130℃下干燥15min得到所述覆铜板用半固化片;
S3:将 2层半固化片叠合,在上下面覆上铜箔,在压力4MPa,温度 200℃下压制3h,得到层压板。
依据IPC-TM650的检测方法,对制得的各层压板的介电常数、介电损耗、剥离强度、288℃热分层时间(T288)进行测试,结果如表1中所示。
表1:聚苯醚接枝率及层压板性能测试结果
从表1中可以看出,实施例1~12中采用本发明中的聚苯醚改性碳氢树脂组合物制得的层压板具有优异的热稳定性和低的介电损耗;而对比例1中直接将聚丁二烯与端羟基聚苯醚混合,不将二者进行键合,层压板的热稳定性与实施例中相比显著降低。可见,采用本发明中的方法将聚苯醚与聚丁二烯进行键合,解决了现有技术因聚苯醚和碳氢树脂相容性差而导致的热稳定性差的问题。同时,本发明的固化体系只添加了过氧化物交联剂,解决了现有技术需在体系中同时加入交联剂、固化剂或固化促进剂的问题。
Claims (10)
1.一种聚苯醚改性碳氢树脂组合物,其特征是,以重量份计,原料包括:聚苯醚改性聚丁二烯45~65份,无机填料35~55份,过氧化物交联剂1~2.5份,阻燃剂8~12份;
所述聚苯醚改性聚丁二烯由硅烷改性聚丁二烯与端羟基聚苯醚在催化剂作用下进行脱醇缩合反应得到;所述硅烷改性聚丁二烯由聚丁二烯链中通过巯基-烯点击化学反应接枝巯基硅氧烷得到,所述巯基硅氧烷为3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯基丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或两种的混合物;
所述端羟基聚苯醚的数均分子量为1500~2500,硅烷改性聚丁二烯与端羟基聚苯醚的质量比为100:20~36;硅烷改性聚丁二烯中巯基硅氧烷的含量为1.9~3.5wt%。
2.根据权利要求1所述的聚苯醚改性碳氢树脂组合物,其特征是,硅烷改性聚丁二烯与端羟基聚苯醚的脱醇缩合反应条件为:将硅烷改性聚丁二烯与端羟基聚苯醚加入二甲苯和甲苯的混合溶剂中,升温至100~110℃搅拌溶解后继续升温至140~150℃,加入催化剂反应18~24h,降温至室温,将所得产物加入至少3倍体积的甲醇中沉淀,将所得沉淀产物干燥后再以环己烷为抽提液在75~80℃下抽提48h以上,然后将抽提液加入到至少3倍体积的甲醇中沉淀、干燥,得到所述聚苯醚改性聚丁二烯。
3.根据权利要求1或2所述的聚苯醚改性碳氢树脂组合物,其特征是,所述催化剂为磷酸,催化剂与硅烷改性聚丁二烯的质量比为0.03~0.1:50。
4.根据权利要求2所述的聚苯醚改性碳氢树脂组合物,其特征是,混合溶剂中二甲苯和甲苯的质量比为1~2:1。
5.根据权利要求1所述的聚苯醚改性碳氢树脂组合物,其特征是,所述的无机填料为球形二氧化硅、氮化硅、二氧化钛、空心玻璃微珠中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的聚苯醚改性碳氢树脂组合物,其特征是,所述的过氧化物交联剂为过氧化二异丙苯、双叔丁基过氧化二异丙基苯中的一种或两种的混合物。
7.根据权利要求1所述的聚苯醚改性碳氢树脂组合物,其特征是,所述的阻燃剂为溴化聚苯乙烯、溴化聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、溴化聚丁二烯的一种或多种。
8.一种如权利要求1~7任一所述的聚苯醚改性碳氢树脂组合物在覆铜板中的应用,其特征是,用于制备覆铜板用半固化片及层压板。
9.根据权利要求8所述的应用,其特征是,覆铜板用半固化片及层压板的制备方法包括如下步骤:
S1:将聚苯醚改性碳氢树脂组合物的各原料按比例混合后加入有机溶剂中,搅拌均匀后得到树脂胶液;
S2:用树脂胶液对电子级玻纤布进行浸渍,干燥后得到所述覆铜板用半固化片;
S3:将若干覆铜板用半固化片进行层叠,然后在其一面或两面覆上铜箔,热压后得到所述层压板。
10.根据权利要求9所述的应用,其特征是,S1中所述的有机溶剂为甲苯,树脂胶液中聚苯醚改性聚丁二烯与有机溶剂的质量比为43~233:100。
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