一种含氟低介电氰酸酯改性树脂及其制备方法与流程

文档序号:11097332阅读:732来源:国知局

本发明涉及一种低介电改性树脂,特别是一种含氟低介电氰酸酯改性树脂,还涉及这种含氟低介电氰酸酯改性树脂的制备方法。



背景技术:

氰酸酯(CE)树脂综合了双马来酰亚胺(BMI)树脂和聚酰亚胺(PI)树脂的耐高温性和环氧树脂(EP)的良好工艺性,在宽广的温度和频率范围内具有稳定的低介电常数(ε)和介质损耗角正切值(tanδ),且兼具优异的机械性能、耐热性能和热稳定性,低的吸湿性,良好的阻燃性及较高的尺寸稳定性等,广泛应用于航天航空及微电子工业领域,尤其是雷达天线罩和卫星天线系统等。

相比BMI、PI和EP而言,CE树脂的ε和tanδ更低,但距离理想全波段、高性能雷达罩的应用还存在很大的差距。目前,通常采用与低介电材料共混或与反应型低介电改性剂共聚来降低CE树脂的ε和tanδ。含氟聚合物因其较大的自由体积,小偶极子距和C-F键的低极化性而拥有较低的ε和tanδ。因此,将具有低ε和tanδ、优异耐热性的含氟化合物引入到氰酸酯树脂基体中,有望设计制备出低介电和耐高温的氰酸酯树脂。



技术实现要素:

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种含氟低介电氰酸酯改性树脂。该方法采用以间三氟甲基苯酚(mTFMP)和环氧氯丙烷(ECH)为原料,经烷基化反应合成低介电含氟化合物2-((3-(三氟甲基)苯氧基)甲基)环氧乙烷(mTFMPMO),共聚改性BADCy树脂基体,制备具有极优介电性能和突出力学性能的mTFMPMO-co-BADCy改性树脂。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种含氟低介电氰酸酯改性树脂,组份包括80~95重量份的的双酚A型氰酸酯树脂、5~20重量份的2-((3-(三氟甲基)苯氧基)甲基)环氧乙烷和0.1重量份的二月桂酸二丁基锡。

所述的2-((3-(三氟甲基)苯氧基)甲基)环氧乙烷的结构式为

本发明还提供一种上述含氟低介电氰酸酯改性树脂的制备方法,包括以下步骤:

(a)将质量比为16.2:16.6的间三氟甲基苯酚和碳酸钾在过量丙酮回流下于110~120℃反应30min;然后加入过量环氧氯丙烷继续在110~120℃下反应4~5h;所述环氧氯丙烷和间三氟甲基苯酚的质量比为46.3~64.8:16.2;反应结束后,用水和二氯甲烷对反应产物萃取10次,其中,水、二氯甲烷和间三氟甲基苯酚的质量比为500:150:16.2;再通过旋转蒸发浓缩并在硅胶柱上层析得到2-((3-(三氟甲基)苯氧基)甲基)环氧乙烷,将2-((3-(三氟甲基)苯氧基)甲基)环氧乙烷在60℃真空条件下干燥12h;

(b)取80~95重量份的双酚A型氰酸酯树脂于150℃下磁力搅拌30min至澄清液体;再加入5~20重量份的2-((3-(三氟甲基)苯氧基)甲基)环氧乙烷,在150℃下继续搅拌30~60min;再滴加0.1重量份的二月桂酸二丁基锡继续搅拌2~5min,得到混合均匀的混合液;

(c)将混合液置于150℃真空下脱泡20~40min,真空度低于-90kPa;随后倒入150℃的预热模具中,依次在180℃下保温2h、在200℃下保温6h进行固化,冷却至室温后在220℃下后固化处理2h,得到含氟低介电氰酸酯改性树脂。

本发明的有益效果是:采用低介电含氟化合物mTFMPMO对BADCy树脂进行共聚改性,使mTFMPMO-co-BADCy改性树脂的介电性能和力学性能得到很大程度的改善,其ε由现有技术的3.0降低到2.69~2.83;tanδ由现有技术的8.1×10-3降低到6.7×10-3~8.0×10-3;冲击强度由现有技术的11.4kJ/m2提升到11.9kJ/m2~18.5kJ/m2;弯曲强度由现有技术的112.9MPa提升到121.8MPa~142.5MPa。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明,本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明提供的含氟低介电氰酸酯改性树脂由80~95%重量的双酚A型氰酸酯(BADCy)树脂为基体,5~20%重量的2-((3-(三氟甲基)苯氧基)甲基)环氧乙烷(mTFMPMO)为低介电改性剂和0.1%重量的二月桂酸二丁基锡为固化促进剂制备而成,其中:

mTFMPMO以间三氟甲基苯酚(mTFMP)和环氧氯丙烷(ECH)为原料,经烷基化反应制备合成,其结构式为:

本发明还提供一种上述含氟低介电氰酸酯改性树脂的制备方法,包括下述步骤:

(a)将质量比为16.2:16.6的间三氟甲基苯酚(mTFMP)和碳酸钾(K2CO3)加入到配有冷凝器和搅拌器的三口烧瓶中,过量丙酮回流下于110~120℃反应30min。然后加入过量环氧氯丙烷(质量比,ECH:mTFMP=46.3~64.8:16.2)继续在110~120℃下反应4~5h。反应结束后,用水/二氯甲烷(质量比,水:二氯甲烷:mTFMP=500:150:16.2)萃取10次,再通过旋转蒸发浓缩并在硅胶柱上层析以得到2-((3-(三氟甲基)苯氧基)甲基)环氧乙烷(mTFMPMO),放入60℃真空烘箱干燥12h;

(b)取80~95%重量的双酚A型氰酸酯(BADCy)树脂置于烧杯中于150℃下磁力搅拌30min至澄清液体,再加入5~20%重量步骤(a)的mTFMPMO,150℃下继续搅拌30~60min,再滴加0.1%重量的二月桂酸二丁基锡继续搅拌2~5min,使之混合均匀;

(c)将步骤(b)的混合液置于150℃真空干燥箱(真空度低于-90kPa)中脱泡20~40min,随后倒入150℃的预热模具中,然后在烘箱中按180℃/2h+200℃/6h升温程序进行固化,冷却至室温后,再在220℃下后固化处理2h,得到mTFMPMO-co-BADCy改性树脂。

实施实例1,将16.2g的mTFMP和16.6g的K2CO3加入到配有冷凝器和搅拌器的三口烧瓶中,过量丙酮回流下于110℃反应30min。然后加入46.3g的ECH继续反应5h。反应结束后,用水/二氯甲烷(质量比,水:二氯甲烷:mTFMP=500:150:16.2)萃取10次,再通过旋转蒸发浓缩并在硅胶柱上层析以得到mTFMPMO,放入60℃真空烘箱干燥12h,备用。将76g BADCy树脂放入烧杯中,150℃下磁力搅拌30min至澄清液体,然后将4g mTFMPMO加入到烧杯中,继续搅拌30min至淡黄色透明液体,滴加0.08g二月桂酸二丁基锡搅拌2min,使之混合均匀;再置于150℃真空干燥箱中脱泡处理20min后倒入150℃的预热模具中,按180℃/2h+200℃/6h升温程序进行固化,冷却至室温后,再在220℃后固化处理2h,得mTFMPMO-co-BADCy改性树脂。

经测试,所制得mTFMPMO-co-BADCy改性树脂的ε和tanδ分别为2.77和8.0×10-3;冲击强度和弯曲强度分别为11.9kJ/m2和121.8MPa。

实施实例2,将16.2g的mTFMP和16.6g的K2CO3加入到配有冷凝器和搅拌器的三口烧瓶中,过量丙酮回流下于120℃反应30min。然后加入55.6g的ECH继续反应4h。反应结束后,用水/二氯甲烷(质量比,水:二氯甲烷:mTFMP=500:150:16.2)萃取10次,再通过旋转蒸发浓缩并在硅胶柱上层析以得到mTFMPMO,放入60℃真空烘箱干燥12h,备用。将76g BADCy树脂放入烧杯中,150℃下磁力搅拌30min至澄清液体,然后将4g mTFMPMO加入到烧杯中,继续搅拌30min至淡黄色透明液体,滴加0.08g二月桂酸二丁基锡搅拌2min,使之混合均匀;再置于150℃真空干燥箱中脱泡处理20min后倒入150℃的预热模具中,按180℃/2h+200℃/6h升温程序进行固化,冷却至室温后,再在220℃后固化处理2h,得mTFMPMO-co-BADCy改性树脂。

经测试,所制得mTFMPMO-co-BADCy改性树脂的ε和tanδ分别为2.83和7.1×10-3;冲击强度和弯曲强度分别为18.5kJ/m2和142.5MPa。

实施实例3,将16.2g的mTFMP和16.6g的K2CO3加入到配有冷凝器和搅拌器的三口烧瓶中,过量丙酮回流下于110℃反应30min。然后加入64.8g的ECH继续反应5h。反应结束后,用水/二氯甲烷(质量比,水:二氯甲烷:mTFMP=500:150:16.2)萃取10次,再通过旋转蒸发浓缩并在硅胶柱上层析以得到mTFMPMO,放入60℃真空烘箱干燥12h,备用。将76g BADCy树脂放入烧杯中,150℃下磁力搅拌30min至澄清液体,然后将4g mTFMPMO加入到烧杯中,继续搅拌30min至淡黄色透明液体,滴加0.08g二月桂酸二丁基锡搅拌2min,使之混合均匀;再置于150℃真空干燥箱中脱泡处理20min后倒入150℃的预热模具中,按180℃/2h+200℃/6h升温程序进行固化,冷却至室温后,再在220℃后固化处理2h,得mTFMPMO-co-BADCy改性树脂。

经测试,所制得mTFMPMO-co-BADCy改性树脂的ε和tanδ分别为2.69和8.0×10-3;冲击强度和弯曲强度分别为14.8kJ/m2和140.4MPa。

实施实例4,将16.2g的mTFMP和16.6g的K2CO3加入到配有冷凝器和搅拌器的三口烧瓶中,过量丙酮回流下于120℃反应30min。然后加入55.6g的ECH继续反应4h。反应结束后,用水/二氯甲烷(质量比,水:二氯甲烷:mTFMP=500:150:16.2)萃取10次,再通过旋转蒸发浓缩并在硅胶柱上层析以得到mTFMPMO,放入60℃真空烘箱干燥12h,备用。将76g BADCy树脂放入烧杯中,150℃下磁力搅拌30min至澄清液体,然后将4g mTFMPMO加入到烧杯中,继续搅拌30min至淡黄色透明液体,滴加0.08g二月桂酸二丁基锡搅拌2min,使之混合均匀;再置于150℃真空干燥箱中脱泡处理20min后倒入150℃的预热模具中,按180℃/2h+200℃/6h升温程序进行固化,冷却至室温后,再在220℃后固化处理2h,得mTFMPMO-co-BADCy改性树脂。

经测试,所制得mTFMPMO-co-BADCy改性树脂的ε和tanδ分别为2.75和6.7×10-3;冲击强度和弯曲强度分别为15.4kJ/m2和141.0MPa。

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