TWI707880B - 低玻璃轉移溫度複合材料 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種低玻璃轉移溫度複合材料，包括丙烯腈、丙烯酸酯以及含羧基單元、含環氧基單元、含胺基單元或含羥基單元，具有-50至25℃之間的璃轉移溫度，且分子量為200,000至1,000,000之間。本發明的複合材料主要是利用丙烯酸酯當作主要基材，並利用適當比例的丙烯腈以提升玻璃轉移溫度，提供類似於橡膠的韌性，避免後續處理時發生破裂而影響預設的電氣絕緣特性、機械強度特性，同時所包含的特定官能基可進一步修飾整體的耐熱性、耐油性、抗藥性、耐摩性。

Description

低玻璃轉移溫度複合材料
本發明係有關於一種低玻璃轉移溫度複合材料，尤其是利用丙烯酸酯當作主要基材，並利用適當比例的丙烯腈以提升玻璃轉移溫度，提供類似於橡膠的韌性，避免後續處理時發生破裂而影響預設的電氣絕緣特性、機械強度特性，同時所包含的特定官能基可進一步修飾整體的耐熱性、耐油性、抗藥性、耐摩性。
一般而言，玻璃轉移溫度高於室溫的高分子材料具有相 當的硬度及脆性，而硬度可提供適當機械強度，但是脆性會導致在受到外力而產生微小形變時會發生破裂而降低整體強度的問題。
習用技術中，常使用包含高玻璃轉移溫度(Tg)材料及低玻璃轉移溫度材料的複合材料提供足夠的韌性強度，藉以承受外力的擠壓而不會破裂。例如，利用低玻璃轉移溫度的丙烯酸酯當作主體材料，並利用高玻璃轉移溫度的丙烯腈提供優良的耐油性。已知，丙烯腈的Tg約為97℃，丙烯酸酯中的丙烯酸乙酯具有-22℃的Tg，所以依據一般計算通式，1/Tg=W1/Tg1+W2/Tg2，其中Tg1為丙烯腈的Tg，W1為丙烯腈的總重量百分比，Tg2為丙烯酸乙酯的Tg，W2丙烯酸乙酯的總重量百分比。一般使用此種材料，為了提供其優異的機械性質，並提供其良好的成膜性質，所使用的其材料需要有極大的分子量(約20~100萬)，故造成於複合材料配方中不易相容，而造成分項的狀態，因此，提出一在保有大分子量與低玻璃轉移溫度得特性下，於高分子側鏈修飾官能基，使其能有效分散相容於配方中。
因此，非常需要一種創新的複合材料，具有低玻璃轉移溫度的特性，提供類似於橡膠的韌性且在保有大分子量良好成膜性的條件下，有效提升系統相容性，避免後續處理時發生破裂而影響預設的電氣絕緣特性、機械強度特性，藉以解決上述習用技術的所有問題。
本發明之主要目的在於提供一種低玻璃轉移溫度複合材料，具有低於室溫或接近室溫的玻璃轉移溫度，亦即-50至250℃之間，並具有化學式A xB yCz，其中A為丙烯腈，B為丙烯酸酯，而C為含羧基單元、含環氧基單元、含胺基單元或含羥基單元，此外，x、y及z是正整數，並滿足以下二條件：[A]x佔低玻璃轉移溫度複合材料的總重量百分比為5-40%，以及[C]z佔低玻璃轉移溫度複合材料的總重量百分比為0-10%。
具體而言，上述的丙烯酸酯可包含丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯，且含羧基單元包含丙烯酸(Acrylate Acid，AA)，含環氧基單元包含丙烯酸縮水甘油酯(Glycidyl Acylate，GA)或甲基丙烯酸縮水甘油酯(Glycidyl Methacylate，GMA)，含胺基單元包含甲基丙烯酸二甲胺乙酯(N-dimethylamino Methacylate，DMAEMA)，以及含羥基單元包含丙烯酸羥乙酯(2-Hydroxyethl Acylate，HEA)或丙烯酸羥丙酯(Hydroxypropyl Acylate，HPA)。尤其，璃轉移溫度為-50至25℃之間，且低玻璃轉移溫度複合材料的分子量為200,000至1,000,000之間。
本發明利用丙烯酸酯當作主要基材，並利用適當比例的丙烯腈以提升玻璃轉移溫度，因而提供類似於橡膠的韌性，避免後續處理時發生破裂而影響預設的電氣絕緣特性、機械強度特性。此外，還利用特定的官能基以修飾耐熱性、耐油性、抗藥性、耐摩性，並改善與溶劑之間的溶解度以及溶解速率，縮短與溶劑的溶解、混合時間。
Tg:玻璃轉移溫度
第一圖顯示依據本發明實施例低玻璃轉移溫度複合材料的玻璃轉移溫度隨成份而變化的示意圖。
以下配合圖示及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。
依據本發明實施例的低玻璃轉移溫度複合材料具有玻璃轉移溫(Glass Transition Temperature，Tg)，且璃轉移溫度是在-50至25℃之間，尤其，低玻璃轉移溫度複合材料具有化學式AxByCz，其中A為丙烯腈(Acrylonitrile，AN，CH2=CHCN)，B為丙烯酸酯(acrylate)，而C為含羧基(carboxyl group，-COOH)單元、含環氧基(epoxy group)單元、含胺基(amino group，-NH2)單元或含羥基(hydroxyl group，-OH)單元，此外，x、y及z是正整數，並滿足以下二條件：Ax佔低玻璃轉移溫度複合材料的總重量百分比為5-40%，以及By佔該低玻璃轉移溫度複合材料的總重量百分比為60-90%。
特別的是，本發明低玻璃轉移溫度複合材料的分子量為200,000至1,000,000之間。
具體而言，丙烯酸酯可包含丙烯酸乙酯(ethyl acrylate，EA)或丙烯酸丁酯(butyl acrylate，BA)，而且上述的含羧基單元包含丙烯酸(Acrylate Acid，AA)，含環氧基單元包含丙烯酸縮水甘油酯(Glycidyl Acylate，GA)或甲基丙烯酸縮水甘油酯(Glycidyl Methacylate，GMA)，含胺基單元包含甲基丙烯酸二甲胺乙酯(N-dimethylamino Methacylate，DMAEMA)，以及含羥基單元包含丙烯酸羥乙酯(2-Hydroxyethl Acylate，HEA)或丙烯酸羥丙酯(Hydroxypropyl Acylate，HPA。
進一步說明，本發明的低玻璃轉移溫度複合材料為具有三種獨立重複單元的共聚合物(copolymer)，亦即丙烯腈、丙烯酸酯以及含特定官能基的單元，比如羧基、環氧基、胺基或羥基，而由於丙烯腈本身的Tg約為97℃，丙烯酸酯中丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯的Tg分別約為-22℃、-56℃，所以在本發明的低玻璃轉移溫度複合材料在特定的配方下可得到-50至25℃的璃轉移溫度，同時利用特定官能基進一步修飾材料的特性，比如機械強度、硬度、耐熱性、耐油性、抗藥性、耐摩性。
由於本發明的玻璃轉移溫度低於或接近室溫，因此，能在常溫下表現出類似於橡膠的特性，具有適當的拉升強度及韌性(toughness)，同時應能降低脆性(brittleness)，容許發生適當的形變而不破裂，非常適合應用於需要具有電氣絕緣特性且在後續添加交聯啟始劑以促進交聯反應的領域，比如異方性導電膜(Anisotropic Conductive Film，ACF)，或當作建築用的填縫材料或修補材料。
為進一步說明本發明的特點，請參考第一圖，本發明低玻璃轉移溫度複合材料的玻璃轉移溫度的示意圖。如第一圖所示，是以AN-BA-AA共聚合 物為本發明的示範性實例，其中AN為丙烯腈，BA為丙烯酸丁酯，AA為丙烯酸且固定於5wt%，圖中清楚顯示出玻璃轉移溫度隨丙烯酸丁酯(BA)重量百分比的改變而變化，亦即當A含量越多，其Tg點越高，因而可藉由調整A與B之間比例來得到調控Tg之能力。
綜上所述，本發明的特點在於利用丙烯酸酯當作主要基材，並利用適當比例的丙烯腈以提升玻璃轉移溫度，提供類似於橡膠的韌性，避免後續處理時發生破裂而影響預設的電氣絕緣特性、機械強度特性，尤其利用特定的官能基進一步修飾耐熱性、耐油性、抗藥性、耐摩性。此外，為方便後續處理時需要與不同材料進行混合、反應，本發明複合材料中的特定官能基可改善與溶劑之間的溶解度以及溶解速率，比如丙酮、丁酮、甲苯、二甲苯。
以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。
Tg:玻璃轉移溫度

Claims (5)

  1. 一種低玻璃轉移溫度複合材料，具有一璃轉移溫度，且具有一化學式AxByCz，其中：A為丙烯腈(Acrylonitrile，-CH2=CHCN)，而x為一正整數；B為丙烯酸酯(acrylate)，包含丙烯酸乙酯(ethyl acrylate，EA)或丙烯酸丁酯(butyl acrylate，BA)，而y為一正整數；C為一含胺基(amino group，-NH2)單元或一含羥基(hydroxyl group，-OH)單元，而z為一正整數；且x、y及z是用以滿足Ax佔該低玻璃轉移溫度複合材料的總重量百分比為5-40%以及By佔該低玻璃轉移溫度複合材料的總重量百分比為60-90%；該璃轉移溫度為-50至-25℃之間；以及該低玻璃轉移溫度複合材料的一分子量為200,000至1,000,000之間。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之低玻璃轉移溫度複合材料，其中該含羧基單元包含丙烯酸(Acrylate Acid，AA)。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之低玻璃轉移溫度複合材料，其中該含環氧基單元包含丙烯酸縮水甘油酯(Glycidyl Acylate，GA)，或甲基丙烯酸縮水甘油酯(Glycidyl Methacylate，GMA)。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述之低玻璃轉移溫度複合材料，其中該含胺基單元包含甲基丙烯酸二甲胺乙酯(N-dimethylamiho Methacylate，DMAEMA)。
  5. 依據申請專利範圍第1項所述之低玻璃轉移溫度複合材料，其中該含羥基單元包含丙烯酸羥乙酯(2-Hydroxyethl Acylate，HEA)或丙烯酸羥丙酯(Hydroxypropyl Acylate，HPA)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1545539A (zh) * 2001-07-10 2004-11-10 Ips 粘接复合材料用的改进粘合剂
TW201533074A (zh) * 2013-10-30 2015-09-01 Lanxess Deutschland Gmbh 含有腈基團之官能化的共聚物橡膠

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