CN101235200B - 热固性树脂改质的聚酰亚胺树脂组成物 - Google Patents
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Abstract
本发明有关一种热固性树脂改质的聚酰亚胺树脂组成物，其包括(a)聚酰亚胺树脂、(b)氰酸酯、(c)双马来酰亚胺、以及(d)纳米填充剂。依据本发明的热固性树脂改质的聚酰亚胺树脂组成物，可解决热塑性聚酰亚胺热膨胀系数过高的问题，并可改善耐热性增加树脂的热稳定性，并可使用于与铜箔低温贴合而制造印刷电路板。
Description
技术领域
本发明有关一种热固性树脂改质的聚酰亚胺树脂组成物。
背景技术
聚酰亚胺薄膜显现良好高温抗性、良好化学性质、高绝缘性及高机械强度，因此广泛用于各种技术领域。例如，聚酰亚胺薄膜有利地以连续聚酰亚胺薄膜/金属薄膜复合片的形式使用，用以制造软性印刷板(FPC)、用于胶带自动黏合的承载胶带(TAB)及晶片表面引脚(LOC)结构胶带，尤其软性印刷电路板已广泛应用于笔记型电脑、消费性电子产品、行动电话通讯设备材料等。
在制造印刷电路板中，主要使用高温接着剂涂布于聚酰亚胺绝缘薄膜上，再与金属箔例如铜箔压合，而制成软性印刷电路板，而可应用于笔记型电脑、消费性电子产品、行动电话通讯设备材料等。
目前所使用的接着剂为热塑性聚酰亚胺系统，其热膨胀系数高、耐热性不佳且尺寸安定性亦不佳，况且在使聚酰亚胺绝缘薄膜与金属箔压合时，需在高温进行。
鉴于上述介以热塑性黏着剂制造软板的缺点，需要有一种可解决热塑性聚酰亚胺热膨胀系数过高的问题，同时改善耐热性及尺寸安定性且不需高温即可与金属箔贴合的接着剂。
为此本发明人对聚酰亚胺树脂构造进行进一步研究，而发展出可克服上述问题的聚酰亚胺树脂组成物，因而完成本发明。
发明内容
本发明有关一种热固性树脂改质的聚酰亚胺树脂组成物，其包括(a)聚酰亚胺树脂、(b)氰酸酯、(c)双马来酰亚胺、以及(d)纳米填充剂。
依据本发明的热固性树脂改质的聚酰亚胺树脂组成物，可解决热塑性聚酰亚胺热膨胀系数过高的问题，并可改善耐热性增加树脂的热稳定性，并可使用于与铜箔低温贴合而制造印刷电路板。
据此，本发明提供一种热固性树脂改质的聚酰亚胺树脂组成物，包括下列成份：(a)聚酰亚胺树脂、(b)氰酸酯、(c)双马来酰亚胺、以及(d)纳米填充剂，其中以组成物总重计，上述成份(a)聚酰亚胺树脂为60～95重量％；成份(b)氰酸酯重量为 0.1～10重量％；成份(c)双马来酰亚胺为0.1～10重量％；且成份(d)纳米填充剂为1～40重量％。
依据本发明的热固性树脂改质的聚酰亚胺树脂组成物，藉由双马来酰亚胺及氰酸酯在加热条件下，其自身以及彼此间产生热交联，得以降低聚酰亚胺的热膨胀系数以及增加树脂的热稳定性，且可于低温下进行与金属箔的贴合获得软性印刷电路板。
具体实施方式
依据本发明的成份(a)聚酰亚胺树脂由下式(I)的二胺：
H2N-R1-NH2(I)
[其中R1为(i)共价键；(ii)C2-12脂族烃基；(iii)C4-30脂环族基；(iv)C6-30芳族基；(v)式-Ph-O-R2-O-Ph-基(其中R2代表亚苯基(-Ph-)或-Ph-X-Ph-基且X代表共价键、可经卤素取代的C1-4亚烷基、-O-苯基-O-、-O-、-CO-、-S-、-SO-或-SO2-基)；或(v)-R3-(SiR4 2-O)m-SiR4 2-R3-(其中R3为-(CH2)s-、-(CH2)s-Ph-、-(CH2)s-O-Ph-或-Ph-，m为1至100的整数；s为1至4的整数；R4为C1-6烷基、苯基或C1-6烷基苯基)]；
与下式(II)的二酸酐反应所得：
[其中Y代表含2至12个碳原子的四价脂族基、含4至8个碳原子的四价环脂族基、C6-14单环或多环稠合四价芳族基、＞Ph-X-Ph＜基(其中X代表共价键、可经卤素取代的C1-4亚烷基、-O-苯基-O-、-O-、-CO-、-S-、-SO-或-SO2-基)]。
本发明中用以制备聚酰胺酸的二酸酐实例可举例如(但不限于)苯均四酸二酐(PMDA)、4，4’-氧基二酞酸酐(ODPA)、3，3’，4，4’-联苯四羧酸二酐(BPDA)、3，3’，4，4’-二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)、亚乙基四羧酸二酐、丁烷四羧酸二酐、环戊烷四羧酸二酐、2，2’，3，3’-二苯甲酮四羧酸二酐、2，2’，3，3’-联苯四羧酸二酐、2，2-双(3，4-二羧基苯基)丙烷二酐、2，2-双(2，3-二羧基苯基)丙烷二酐、双(3，4-二羧基苯基)醚二酐、双(3，4-二羧基苯基)砜二酐、1，1-双(2，3-二羧基苯基)乙烷二酐、双(2，3-二羧基苯基)甲烷二酐、双(3，4-二羧基苯基)甲烷二酐、 4，4’-(对-苯二氧基)二酞酸二酐、4，4’-(间-苯二氧基)二酞酸酐、2，3，6，7-萘四羧酸二酐、1，4，5，8-萘四羧酸二酐、1，2，5，6-萘四羧酸二酐、1，2，3，4-苯四羧酸二酐、3，4，9，10-二萘嵌苯四羧酸二酐、2，3，6，7-蒽四羧酸二酐及1，2，7，8-菲四羧酸二酐等。该等二酸酐可单独使用一种或以多种的混合物使用。其中较好为苯均四酸二酐(PMDA)、4，4’-氧基二酞酸酐(ODPA)、3，3’，4，4’-联苯四羧酸二酐(BPDA)、3，3’，4，4’-二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)、3，3’，4，4’-联苯基砜四羧酸二酐(DSDA)。
本发明中制备聚酰胺酸的二胺实例可举例如(但不限于)对-苯基二胺(PDA)、4，4’-二胺基二苯基醚、4，4’-二胺基二苯基甲烷、4，4’-二胺基二苯基砜、4，4’-二胺基二苯基硫醚、4，4’-二(间-胺基苯氧基)二苯基砜、4，4’-二(对-胺基苯氧基)二苯基砜、邻-亚苯基二胺、间-亚苯基二胺、对-亚苯基二胺、联苯胺、2，2’-二胺基二苯甲酮、4，4’-二胺基二苯甲酮、4，4’-二胺基二苯基-2，2’-丙烷、1，5-二胺基萘、1，8-二胺基萘、三亚甲基二胺、四亚甲基二胺、六亚甲基二胺、4，4-二甲基七亚甲基二胺、2，11-十二烷二胺、双(对-胺基苯氧基)二甲基硅烷、1，4-双(3-胺基丙基二甲基硅烷基)苯、1，4-二胺基环己烷、邻-二甲苯二胺、间-二甲苯二胺、乙胍(acetoguanamine)、苯胍、1，3-双(3-胺基苯氧基)苯(APB)、双[4-(3-胺基苯氧基)苯基]甲烷、1，1-双[4-(3-胺基苯氧基)苯基]乙烷、1，2-双[4-(3-胺基苯氧基)苯基]乙烷、1，2-双[4-(3-胺基苯氧基)苯基]乙烷、2，2-双[4-(3-胺基苯氧基)苯基]丙烷、2，2-双[4-(3-胺基苯氧基)苯基]丁烷、2，2-双[4-(3-胺基苯氧基)苯基]-1，1，1，3，3，3-六氟丙烷、4，4’-双(3-胺基苯氧基)联苯、双[4-(3-胺基苯氧基)苯基]甲酮、双[4-(3-胺基苯氧基)苯基]硫醚、双[4-(3-胺基苯氧基)苯基]亚砜、双[4-(3-胺基苯氧基)苯基]砜、双[4-(3-胺基苯氧基)苯基]醚等。上述双胺可单独使用一种或以多种混合使用。
该二酸酐与二胺的反应可在非质子极性溶剂中进行，非质子极性溶剂的种类并无特别限制，只要不与反应物及产物反应即可。具体实例可举例如N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)、二噁烷、氯仿(CHCl3)、二氯甲烷等。其中较好使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)及N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)。
该二酸酐与二胺的反应一般在室温至90℃，较好30至75℃的温度范围内进行，且该芳族双胺及芳族双酐的当量比(芳族双胺/芳族双酐)介于0.5至2.0的范围，较好在0.75～1.25的范围。
依据本发明的成份(b)氰酸酯系以下式(III)表示：
其中n为至少为2且不大于5的整数，且R5为：
(i)具有至少2价且衍生自C6-16芳族烃基，例如衍生自苯、萘、蒽或芘(pyrene)基；
(ii)由多个芳族环直接键结或经由桥接原子或基键结的有机基，例如衍生自下式(1)所示的有机基：
其中o为0或1且R6为二价脂族、芳族或芳脂族烃基、氧原子、硫原子、羰基、磺酰基、亚磺酰基、亚烷氧基亚烷基、亚胺基；
此有机基可举例如衍生自联苯、二苯基甲烷、α，α-二甲基苯基甲烷、二苯基醚、二苯基二亚甲基醚、二苯基硫醚、二苯基酮、二苯基胺、二苯基亚砜、二苯基砜、亚磷酸三苯酯及磷酸三苯酯基；
(iii)衍生自酚醛清漆型酚树脂(novolac-type phenol resin)基。
成分(b)的氰酸酯可藉本身已知方法制备或由商业上获得例如购自Ciba公司的商品名AroCy B-10、AroCy M-10、AroCy L-10；该等商业获得的氰酸酯结构式以及其他实例结构如下：
其中p为0～20的整数。
根据本发明的成份(c)的双马来酰亚胺是由下式(IV)所示的化合物：
其中R7为(i)含6至16个碳原子的二价芳族或脂环族有机基，如亚苯基、亚萘基、亚二甲苯基(xylylene)、亚环己基或亚六氢二甲苯基(hexahydroxylylene)；(ii)下式(1)所示的基：
其中o及R6如前述定义。
上述式(IV)中的R7基所示的有机基当为芳族有机基或脂环族有机基时，在该芳族环或该脂环族上可含有不参与反应的有机基，如含1至4个碳原子的烷基(如甲基或乙基)或含1至4个碳原子的烷氧基(如甲氧基或乙氧基)。
本发明的成份(c)的双马来酰亚胺可藉本身已知方法制备，包括使马来酸酐与二胺类反应，接着使所得双马来酰胺酸脱氢环化而获得。该二胺由反应性的观点而言，较好为一级二胺，但亦可使用二级二胺。适宜二胺实例为间-苯二胺、间-或对-亚二甲苯二胺、1，4-环己烷二胺、六氢亚二甲苯二胺、4，4’-双胺基苯基甲烷、4，4’-双胺基苯基砜、双(4-胺基-3-甲基苯基)甲烷(MDT)、双(4-胺基-3，5-二甲基苯基)甲烷(MDX)、4，4’-双胺基苯基环己烷、4，4’-双胺基苯基醚、2，2-双(4’-胺基苯基)丙烷、2，2-双(4-胺基-3-甲基苯基)甲烷及α，α-双(4-胺基苯基)苯基甲烷。
该双马来酰亚胺可使用一种或多种，且其实例可举例如N，N’-亚乙基-双马来酰亚胺、N，N’-亚丁基-双马来酰亚胺、N，N’-亚苯基-双马来酰亚胺、N，N’-六亚甲基-双马来酰亚胺、N，N’-4，4’-二苯基甲烷-双马来酰亚胺、N，N’-4，4’-二苯基醚-双马来酰亚胺、N，N’-4，4’-二苯基砜-双马来酰亚胺、N，N’-4，4’-二环己基甲烷-双马来酰亚胺、N，N’-亚二甲苯-双马来酰亚胺、N，N’-二苯基环己烷-双马来酰亚胺等。
依据本发明的成份(d)纳米填充剂为经硅烷改质的有机粉体或无机粉体或其混合物，且其粒径约10nm～10μm，其实例可包含(但不限于)氧化铝、硅酸铝、氧化硅氧化铝、碱金属铝硅酸盐、硼硅酸盐玻璃、二氧化钛、氧化锌、氮化硼、氮化硅、霞石(nepheline)、黑花岗石(syenite)、异性石(eudialyte)、ZrO2、Fe2O3、NiO、Cr2O3、3MgO.4SiO2.H2O、Al2O3.SiO2.xH2O、FeOOH、滑石、CaCO3，以及购自日本NISSAN的商品编号MT-ST、MEK-ST、MIBK-ST以及购自Clariant的HIGHLINK OG，MEK-ST及MIBK-ST为含有30％纳米氧化硅的分散液，内含的纳米氧化硅经过表面处理，使其能良好地分散于非-OH系的溶剂。
本发明的热固性树脂改质的聚酰亚胺树脂组成物可藉由刮刀、线棒等涂布于基材上，接着在温度例如为150至220℃下加热去除溶剂后，与金属箔例如铜箔在升温及加压下例如在280至340℃的温度，在80至120Kgf的压力下贴合，随后于氮气烘箱中在例如260至300℃的温度进行固化，可获得高耐热性、高尺寸安定性的软性印刷电路板。
本发明将以下列实施例更进一步详细说明，惟该等实施例目的仅用以说明本发明而非用以限制本发明的范围。
实施例
A.合成例1-聚酰胺酸的合成
于附有搅拌机及氮气导管的四颈反应瓶中，在氮气流量为20cc/分钟吹拂下，于反应瓶中置入41克(0.1莫耳)的2，2-双[4-(4-胺基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)并以302克N-甲基吡咯烷酮(NMP)进行溶解，搅拌溶解后维持在15℃。取三个分别具有搅拌子的烧瓶，各烧瓶中分别加入2.94克(0.01莫耳)的3，3’，4，4’-联苯四羧酸二酐(BPDA)以及10克NMP，第二烧瓶加入22.54克(0.07莫耳)的3，3’，4，4’-二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)，第三烧瓶加入6.2克(0.02莫耳)的双(3，4-二羧基
TPE-R：1，4-双(3-胺基苯氧基)苯
APB：1，3-双(3-胺基苯氧基)苯
B.聚酰亚胺树脂清漆之调制
将上述各合成例反应所得的各聚酰亚胺树脂粉末15克分别置于150毫升烧杯中，加入85克NMP搅拌使其溶解，调制成固成份15％的聚酰亚胺树脂清漆。
C.纳米填充剂的调制
使Degussa股份有限公司生产销售的Nano SiO2(平均粒径为200纳米)2克置入30克NMP中，利用高速均质机以转速4000rpm分散，获得含2.5％层状氧化硅的溶液。
D.热固性树脂改质的聚酰亚胺树脂组成物的调制
如下表2所示的组成调制热固性树脂改质的聚酰亚胺树脂组成物，其中百分比系以重量计。亦即，在室温下，使AroCy B-10(2，2-双(4-异氰酸基苯基)丙烷)0.6克先与5克NMP搅拌10分钟，倒入上述步骤(a)制备的固成份15％的聚酰亚胺树脂清漆中搅拌1小时，随后另将N，N-4，4’-二苯基甲烷-双马来酰亚胺(BMI)2.4克溶于15克NMP后，添加至上述混合物中，接着添加步骤(b)所制备的填充剂分散液(32克)，获得最终组成物，其固成份为12.9％，黏度为2300cp。
Claims (3)
1.一种热固性树脂改质的聚酰亚胺树脂组成物，包括下列成份：(a)聚酰亚胺树脂、(b)氰酸酯、(c)双马来酰亚胺、以及(d)纳米填充剂，其中以组成物总重计，上述成份(a)聚酰亚胺树脂为60～95重量％；成份(b)氰酸酯重量为0.1～10重量％；成份(c)双马来酰亚胺为0.1～10重量％；且成份(d)纳米填充剂为1～40重量％；
其中所述成份(a)聚酰亚胺树脂是由下式(I)的二胺：
H2N-R1-NH2 (I)
其中R1为(i)共价键；(ii)C2-12脂族烃基；(iii)C4-30脂环族基；(iv)C6-30芳族基；(v)式-Ph-O-R2-O-Ph-基，其中R2代表亚苯基或-Ph-X-Ph-基且X代表共价键、可经卤素取代的C1-4亚烷基、-O-苯基-O-、-O-、-CO-、-S-、-SO-或-SO2-基；或(vi)-R3-(SiR4 2-O)m-SiR4 2-R3-，其中R3为-(CH2)s-、-(CH2)s-Ph-、-(CH2)s-O-Ph-或-Ph-，m为1至100的整数；s为1至4的整数；R4为C1-6烷基、苯基或C1-6烷基苯基；
与下式(II)的二酸酐反应所得：
其中Y代表含2至12个碳原子的四价脂族基、含4至8个碳原子的四价环脂族基、C6-14单环或多环稠合四价芳族基、＞Ph-X-Ph＜的基，其中X代表共价键、可经卤素取代的C1-4亚烷基、-O-苯基-O-、-O-、-CO-、-S-、-SO-或-SO2-基；
所述成份(b)氰酸酯是选自具下列结构式之氰酸酯：
其中p为0～20的整数；且
所述成份(c)的双马来酰亚胺选自N，N’-亚乙基-双马来酰亚胺、N，N’-亚丁基-双马来酰亚胺、N，N’-亚苯基-双马来酰亚胺、N，N’-六亚甲基-双马来酰亚胺、N，N’-4，4’-二苯基甲烷-双马来酰亚胺、N，N’-4，4’-二苯基醚-双马来酰亚胺、N，N’-4，4’-二苯基砜-双马来酰亚胺、N，N’-4，4’-二环己基甲烷-双马来酰亚胺、N，N’-亚二甲苯-双马来酰亚胺及N，N’-二苯基环己烷-双马来酰亚胺所组成的组群。
2.如权利要求1所述的聚酰亚胺树脂组成物，其中所述成份(d)纳米填充剂为无机粉体，且其粒径约10nm～10μm。
3.如权利要求2所述的聚酰亚胺树脂组成物，其中所述成份(d)选自氧化铝、硅酸铝、氧化硅氧化铝、碱金属铝硅酸盐、硼硅酸盐玻璃、二氧化钛、氧化锌、氮化硼、氮化硅、霞石(nepheline)、黑花岗石(syenite)、异性石(eudialyte)、ZrO2、Fe2O3、NiO、Cr2O3、3MgO.4SiO2.H2O、Al2O3.SiO2.xH2O、FeOOH、滑石及CaCO3所组成的组群。
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