專(zhuān)利名稱(chēng)：芳香聚碳化二亞胺和其薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型芳香聚碳化二亞胺。本發(fā)明的聚碳化二亞胺提供了具有各種優(yōu)良性質(zhì)比如高耐熱性的薄膜、粘合劑或模塑制品。
一些芳香聚碳化二亞胺通常由例如二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)或甲苯二異氰酸酯(TDI)作為單體聚合獲得。此類(lèi)聚碳化二亞胺由于其優(yōu)良的耐熱性被用作阻燃薄膜或耐熱粘合劑。
但是，由TDI或MDI獲得的聚碳化二亞胺具有差的溶解性，因而隨著分子量的增長(zhǎng)可能導(dǎo)致凝膠化或變成固體沉淀出來(lái)。因此不能獲得足夠高分子量的聚合物。另外，雖然即使暴露于400℃或更高的高溫下也不會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性氣體或分解的單體這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，聚碳化二亞胺薄膜具有耐熱性，但如果在200℃或更高的溫度下進(jìn)行熱處理，它將會(huì)失去自支撐性而變得發(fā)脆。因此薄膜不能被實(shí)際地應(yīng)用。而且薄膜在高溫和高壓下具有低的耐潮濕性，當(dāng)與被粘物比如銅箔熱粘結(jié)時(shí)也具有不足的粘合力。
本發(fā)明概述通過(guò)對(duì)各種芳香聚合物進(jìn)行各種試驗(yàn)以便解決普通聚碳化二亞胺的此類(lèi)缺點(diǎn)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些缺點(diǎn)可以被根據(jù)本發(fā)明的新型聚合物所克服。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠提供具有優(yōu)良性質(zhì)的各種產(chǎn)品的新型芳香聚碳化二亞胺。
根據(jù)本發(fā)明的芳香聚碳化二亞胺含有由下式(A)表示的結(jié)構(gòu)單元
其中R表示由下式(I)和(II)中的任一個(gè)表示的二價(jià)有機(jī)基團(tuán)，n是2-400的整數(shù)；
在上面的式(II)中，X1-X4獨(dú)立地表示氫原子或具有1-3個(gè)碳原子的烷基。
對(duì)于上述式(A)中的R由式(II)表示的一個(gè)具體例子，美國(guó)專(zhuān)利US5,109,097公開(kāi)了一種由下式(III)表示的芳族二異氰酸酯
然而，在美國(guó)專(zhuān)利中一點(diǎn)也沒(méi)有描述聚合芳族二異氰酸酯化合物和可由該化合物獲得聚碳化二亞胺。


圖1表示實(shí)施例1中獲得聚合物的紅外吸收光譜圖；和圖2表示實(shí)施例3中獲得聚合物的紅外吸收光譜圖。
根據(jù)本發(fā)明的聚合物由式(A)表示，其中n是2-400的整數(shù)。這一新型聚合物具有良好的溶解性還有相當(dāng)高的耐熱性。另外，聚合物具有良好的粘合性、低溫可加工性和耐潮濕性。根據(jù)本發(fā)明的聚碳化二亞胺是在磷催化劑存在下，用普通工藝由相應(yīng)于下式(IV)和(V)的二異氰酸酯作為單體聚合獲得的。
其中X1-X4獨(dú)立地表示氫原子或具有1-3個(gè)碳原子的烷基。
只有上述單體可以被用作用于聚合反應(yīng)的單體。然而其它有機(jī)二異氰酸酯(例如4，4′-二苯基甲烷二異氰酸酯、2，6-甲苯二異氰酸酯、2，4-甲苯二異氰酸酯、1-甲氧基苯基-2，4-二異氰酸酯、3，3′-二甲氧基-4，4′-二苯基甲烷二異氰酸酯、4，4′-二苯基醚二異氰酸酯、3，3′-二甲基-4，4′-二苯基醚二異氰酸酯、鄰-甲苯二異氰酸酯)可以以不消弱上述單體性質(zhì)的量(約30wt％或更少)被共聚合。
聚合反應(yīng)中的反應(yīng)溫度優(yōu)選為40-150℃，更優(yōu)選50-140℃。當(dāng)反應(yīng)溫度低于40℃時(shí)，反應(yīng)時(shí)間將太長(zhǎng)。因此這樣的反應(yīng)溫度是不實(shí)用的。如果反應(yīng)溫度超過(guò)150℃，將很難選擇合適的溶劑。
在聚碳化二亞胺的合成中，二異氰酸酯單體的濃度是2-70％(重量)(在下文簡(jiǎn)稱(chēng)“％”)，優(yōu)選5-60％，更優(yōu)選15-50％。如果濃度低于2％，碳化二亞胺化反應(yīng)不可能進(jìn)行。另一方面，如果濃度超過(guò)70％，就可能難以控制反應(yīng)。
用于聚碳化二亞胺的合成和制備聚碳化二亞胺溶液中的有機(jī)溶劑可以是普通的有機(jī)溶劑。有機(jī)溶劑的例子包括鹵代烴，例如四氯乙烷、1，2-二氯乙烷或氯仿；酮類(lèi)溶劑，例如丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮或環(huán)己酮；醚類(lèi)溶劑，例如四氫呋喃和二噁烷；和芳香烴類(lèi)溶劑，例如甲苯、二甲苯或苯。它們可以單獨(dú)或以其混合物使用。
可以用于碳化二亞胺化反應(yīng)的催化劑是phosphorene氧化物(例如1-苯基-2-phosphorene-1-氧化物、3-甲基-2-phosphorene-1-氧化物、1-乙基-2-phosphorene-1-氧化物、3-甲基-1-phosphorene-1-氧化物或其3-phosphorene同分異構(gòu)體)。
在聚合反應(yīng)最后階段、中間階段或初始階段中的任一階段，或貫穿整個(gè)反應(yīng)中，可以將單異氰酸酯加入到反應(yīng)體系中進(jìn)行封端處理?？杀皇褂玫倪@樣一個(gè)單異氰酸酯是單異氰酸芳香酯，例如異氰酸苯酯、異氰酸對(duì)-硝基苯酯、異氰酸對(duì)-或間-甲苯酯或異氰酸對(duì)-甲酰苯酯。因此獲得的聚碳化二亞胺溶液具有良好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。
反應(yīng)完成后，反應(yīng)混合物可倒入不良溶劑中，例如甲醇、乙醇或己醇中，以沉淀出聚碳化二亞胺粉末，由此除去未反應(yīng)單體或催化劑。通過(guò)進(jìn)行這樣的操作，聚碳化二亞胺溶液的穩(wěn)定性可被進(jìn)一步提高。將聚碳化二亞胺沉淀成聚合物粉末后，根據(jù)預(yù)定程序進(jìn)行洗滌和干燥，并將所得到的聚碳化二亞胺再次溶解于有機(jī)溶劑中。于是，獲得了聚碳化二亞胺溶液。
聚合物溶液中含有的副產(chǎn)品可以用吸附劑吸收以?xún)艋芤??？捎玫奈絼┑睦邮茄趸X凝膠、二氧化硅凝膠、活性炭、沸石、活性氧化鎂、活性礬土、硅藻土、活性粘土、碳分子篩等等。它們可以單獨(dú)或以其任意結(jié)合的形式使用。
本發(fā)明的聚碳化二亞胺的分子量用數(shù)均分子量來(lái)表示是1,000-200,000，優(yōu)選4,000-100,000，式(A)中的R由式(I)表示。即式(A)中n是2-400且優(yōu)選7-200的整數(shù)。另外，本發(fā)明的聚碳化二亞胺的分子量用數(shù)均分子量來(lái)表示是1,000-100,000，優(yōu)選4,000-20,000，式(A)中的R由式(II)表示。即式(A)中n是2-280且優(yōu)選10-60的整數(shù)。
如果聚碳化二亞胺的分子量太大，即使讓其在常溫下靜置，在幾分鐘到幾小時(shí)之內(nèi)凝膠化也將很容易地發(fā)生。在實(shí)際應(yīng)用中這種現(xiàn)象是不希望看到的。另一方面，如果分子量太小，所得到的薄膜則不希望地缺乏強(qiáng)度。[薄膜和粘合薄片的制備]本發(fā)明的聚碳化二亞胺薄膜(或薄片)可根據(jù)慣用方法(例如流延、旋涂或輥涂)，通過(guò)把聚碳化二亞胺漆加工成薄膜制得。此薄膜在常被要求除去溶劑又不顯著地促進(jìn)硬化反應(yīng)的溫度下被適當(dāng)?shù)馗稍?。干燥溫度?0-350℃，且優(yōu)選50-250℃。如果干燥溫度太低，溶劑將存留于所得到的薄膜中，不希望地降低薄膜的強(qiáng)度。另一方面，如果干燥溫度太高，將促進(jìn)聚碳化二亞胺樹(shù)脂的交聯(lián)，在拉伸薄膜時(shí)會(huì)不希望地引起破裂或差的拉伸。
本發(fā)明的聚碳化二亞胺組合物可與細(xì)粒無(wú)機(jī)填料以不消弱其可加工性和耐熱性的量配合。另外，為了提供表面平滑度，根據(jù)需要可以加入各種添加劑例如光滑劑、均化劑、消泡劑。
通過(guò)以薄膜的形式模塑本發(fā)明聚合物獲得的模塑制品，可被用作耐熱粘合薄片。可被模塑成薄膜或粘合薄片的薄片厚度一般為1-200μm。但是厚度不局限于此且可根據(jù)應(yīng)用目的任意地選擇。薄片的形狀或大小也可根據(jù)被粘物例如鉛框架或半導(dǎo)體小片任意選擇。
在制造粘合薄片中，為了賦予導(dǎo)電性，提高熱傳遞性，控制彈性模量，特別是獲得高彈性，可以將例如金屬(例如鋁、銅、銀、金、鎳、鉻、鉛、錫、鋅、鈀或焊錫)，或其合金，陶瓷(例如氧化鋁、二氧化硅、氧化鎂或氮化硅)，以及其它各種含碳的無(wú)機(jī)粉末單獨(dú)或以其混合物復(fù)合。
此外，薄膜可在支撐物上成型以形成粘合薄片。為了制造具有如此結(jié)構(gòu)的粘合薄片，可在支撐物上涂漆。薄膜也可預(yù)先成型，然后通過(guò)壓機(jī)層壓在支撐物上。
使用的支撐物是金屬箔和絕緣薄膜。金屬箔的例子是金屬(例如鋁、銅、銀、金、鎳、鉻、鉛、錫、鋅或鈀)，或其合金。絕緣薄膜的例子是耐熱或耐化學(xué)藥品薄膜，例如聚酰亞胺、聚酯或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。
金屬箔和絕緣薄膜可被單獨(dú)使用或用作兩或多層產(chǎn)品，例如金屬箔/絕緣薄膜層壓制品的兩層基質(zhì)。兩層基質(zhì)是例如銅/聚酰亞胺兩層基質(zhì)。
本發(fā)明的薄片狀粘合劑通過(guò)熱處理被熱固化以提高強(qiáng)的粘合力，同時(shí)也形成具有低吸濕性的固化產(chǎn)品。為了進(jìn)行熱處理，可使用非必要的方法，例如加熱器、超聲波或紫外線。因此，本發(fā)明的粘合薄片適合用于各種材料的粘合處理。特別適合用于由半導(dǎo)體小片和鋁框架代表的、要求具有低吸濕性的電氣和電子元件的密封處理。本發(fā)明的粘合薄片在下面幾點(diǎn)上是優(yōu)秀的它是低吸濕的，它是高撓曲的使得它易于加工，它對(duì)半導(dǎo)體元件具有好的粘合力，且它具有所希望的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。另外，通過(guò)在其表面上涂覆本發(fā)明樹(shù)脂組合物漆制得的、于其上使用粘合劑的金屬箔，經(jīng)干燥后，對(duì)多層電路板的制造是特別有用的。
本發(fā)明聚碳化二亞胺的拉伸薄膜可以具有各種形狀，例如層狀或管狀。例如，拉伸薄膜可通過(guò)在一個(gè)方向(主軸方向)拉伸1.2-10倍、優(yōu)選2-6倍由上述方法獲得的薄膜來(lái)獲得。如果需要，可以在與上述拉伸方向(主軸方向)垂直的方向進(jìn)一步拉伸1-5倍、優(yōu)選1.1-1.6倍。上述拉伸的順序是任意的。通過(guò)沿著與如上所述主軸方向垂直的方向拉伸，提高了拉伸薄膜的沖擊性，沿一個(gè)方向容易撕裂的性質(zhì)被消弱了。如果沿著與上述拉伸方向(主軸方向)垂直的方向拉伸超過(guò)5倍，在與主軸方向垂直的方向上的熱收縮將變得太大以致于應(yīng)用熱收縮處理的成型表面呈波浪形。結(jié)果其表面變得不合需要的不均勻。
拉伸溫度優(yōu)選40-200℃以便在聚碳化二亞胺樹(shù)脂的固化反應(yīng)進(jìn)行到相當(dāng)程度之前被干燥。如果拉伸溫度低于40℃，則不能獲得足夠的拉伸率而且所得到的薄膜易于斷裂。另一方面，如果其超過(guò)200℃，聚碳化二亞胺樹(shù)脂的固化反應(yīng)會(huì)不完全進(jìn)行且因此其熱恢復(fù)性質(zhì)趨于降低。
拉伸方法沒(méi)有特別地限制。例如一些慣用方法，比如輥拉伸方法、長(zhǎng)間隔拉伸方法、拉幅拉伸方法或管式拉伸方法都可使用。
如此制得的聚碳化二亞胺薄膜可用作耐熱絕緣材料和電氣和電子元件的粘合薄膜。另外，已受到拉伸處理的薄膜被用作例如各種制品的耐熱涂覆材料。在用拉伸薄膜涂覆制品時(shí)，被保護(hù)的被粘物(制品)用由含有聚碳化二亞胺樹(shù)脂作為主成分的模塑材料制得的熱收縮薄膜涂覆，然后熱處理涂覆的制品以固化薄膜。通過(guò)這一熱處理進(jìn)行聚碳化二亞胺的固化反應(yīng)，使得聚碳化二亞胺樹(shù)脂流入在被粘物表面形成的凹和凸的部分，以產(chǎn)生固定效果，與此同時(shí)在被粘物表面上的極性基團(tuán)和聚碳化二亞胺樹(shù)脂的累積多重鍵之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。于是可以得到化學(xué)和物理的粘合力。
被粘物沒(méi)有被特別限制，其例子是玻璃、金屬、樹(shù)脂、陶瓷薄片或板和環(huán)形制品。其特殊制品是電力電纜的電線、玻璃瓶和電子元件。[單體]由式(IV)表示的異氰酸酯化合物，即作為本發(fā)明芳香聚碳化二亞胺原材料的二異氰酸酯是一種新型芳香二異氰酸酯。下面將解釋其制備方法。
這種二異氰酸酯可通過(guò)用慣常方法將二異氰酸酯化合物的氨基前體異氰酸酯化制得。由下式(VI)表示的普通二胺化合物可以用作前體。
將此類(lèi)二胺化合物異氰酸酯化的方法是使光氣、碳酸二苯酯或羰基二咪唑反應(yīng)的方法。此外，使用鹵代甲酸酯將二胺化合物轉(zhuǎn)變成氨基甲酸酯中間體，然后在催化劑例如氯硅烷或兒茶酚硼烷的存在下，將氨基甲酸酯中間體異氰酸酯化。還有另一種可以使用的方法，是應(yīng)用由下式(VII)表示的二羧酸作為二異氰酸酯的前體，通過(guò)庫(kù)爾提斯分解將相同物異氰酸酯化的方法。應(yīng)該注意考慮到便于獲得原材料，優(yōu)選使用二胺。
這些制備方法中，用鹵代甲酸酯將二胺化合物轉(zhuǎn)變成氨基甲酸酯中間體，然后在氯硅烷作為催化劑存在下，將中間體異氰酸酯化的方法(G.Greber，etal.，Angew.Chem.Int.Ed.Vol.17，No.12，941(1968))或用兒茶酚硼烷作為催化劑的方法(V.L.K.Valli.etal.，J.Org.Chem，Vol.60，257(1995))，從回收率和安全性的觀點(diǎn)出發(fā)是優(yōu)選的。下文中將描述那些方法。
由式(V)表示的作為本發(fā)明聚碳化二亞胺原材料的9，9-雙(4-異氰酸根合苯基)芴，可用各種慣用方法將其氨基前體即9，9-雙(4-氨基苯基)芴異氰酸酯化來(lái)合成。[氨基甲酸酯中間體的合成]氨基甲酸酯中間體通過(guò)使鹵代烷基甲酸酯例如氯甲酸甲酯、氯甲酸乙酯、氯甲酸苯酯或氯甲酸對(duì)-硝基苯基酯，與相應(yīng)的二胺化合物反應(yīng)來(lái)合成。那些鹵代甲酸酯中，為了平穩(wěn)地進(jìn)行異氰酸酯化反應(yīng)，氯甲酸苯酯或氯甲酸對(duì)-硝基苯基酯是優(yōu)選的。但是，由于氯甲酸對(duì)-硝基苯基酯是高活性的且有引起副反應(yīng)的可能性，因此氯甲酸苯酯是最優(yōu)選的。
只要二胺可溶解于其中，反應(yīng)中使用的溶劑可以是任何溶劑。溶劑的例子是醚化合物(例如四氫呋喃(THF)、二噁烷或二乙基醚)，芳香烴化合物(例如甲苯、二甲苯或苯)，酮化合物(例如丙酮或甲基乙基酮)，酯化合物(例如乙酸乙酯)。這些溶劑可單獨(dú)或以其混合物使用。
反應(yīng)溫度是-40-100℃，優(yōu)選-20-80℃，最優(yōu)選0-60℃。如果反應(yīng)溫度低于-40℃，則反應(yīng)很難進(jìn)行。另一方面，如果溫度超過(guò)100℃，將會(huì)發(fā)生副反應(yīng)例如縮聚反應(yīng)。
用于捕集反應(yīng)產(chǎn)生的氯化氫的堿可以是任何堿，只要它們能溶解于所用溶劑且不抑制反應(yīng)即可。所用堿的例子是三乙基胺、吡啶、氫氧化鈉和二氮雜雙環(huán)十一碳烯(DBU)。這樣的堿的用量按每摩爾所用二胺計(jì)為1.5-4.0摩爾，優(yōu)選1.8-3.5摩爾。
所得到的氨基甲酸酯中間體可用通常方法純化，例如重結(jié)晶或柱氣相色譜法。另外如果需要可進(jìn)行蒸餾。(a)用氯硅烷異氰酸酯化為了將氨基甲酸酯中間體轉(zhuǎn)變成異氰酸酯，按每摩爾氨基甲酸酯計(jì)用1.5-4.6摩爾，優(yōu)選1.8-3.5摩爾氯硅烷作為催化劑進(jìn)行氨基甲酸酯的熱分解。氯硅烷的例子包括三甲基氯硅烷、三乙基氯硅烷、三甲氧基氯硅烷和四氯硅烷。從便于處理和費(fèi)用的的角度看，三甲基氯硅烷是優(yōu)選的。
溶劑可以是任何溶劑，只要它們能溶解或懸浮氨基甲酸酯即可。溶劑的例子除上述的醚化合物、芳香烴化合物、酮化合物和酯化合物外，還包括鹵代烴化合物，例如二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷或四氯乙烷。
這些溶劑可以單獨(dú)或以其混合物使用?？蛇x擇地，在反應(yīng)過(guò)程中，一部分或全部溶劑可以被替換，由此改變反應(yīng)溫度。
反應(yīng)溫度是從0℃到所用溶劑的沸點(diǎn)，優(yōu)選從室溫到沸點(diǎn)。如果反應(yīng)溫度太低，反應(yīng)將根本不能進(jìn)行。另一方面，如果反應(yīng)溫度太高或加熱太久，所得到的產(chǎn)品有時(shí)會(huì)分解。因此，在由IR示蹤反應(yīng)的同時(shí)逐漸升高溫度進(jìn)行反應(yīng)是合適的。
為了捕集反應(yīng)中產(chǎn)生的氯化氫，可在上述反應(yīng)中所用堿，如三乙胺。(b)使用鹵代兒茶酚硼烷進(jìn)行異氰酸酯化反應(yīng)對(duì)于氨基甲酸酯中間體的異氰酸酯化，可以使用其中替代上述氯硅烷而將鹵代兒茶酚硼烷用作催化劑的方法?？墒褂玫柠u代兒茶酚硼烷包括氯代兒茶酚硼烷和溴代兒茶酚硼烷。但是，從費(fèi)用和便于處理的角度看，氯代兒茶酚硼烷是優(yōu)選的。應(yīng)該注意由于兒茶酚硼烷具有比氯硅烷較高的熱分解的活性，除苯基氨基甲酸酯之外的氨基甲酸酯也可在本發(fā)明中用作氨基甲酸酯。
反應(yīng)中所用的溶劑可以與應(yīng)用氯硅烷的上述異氰酸酯化反應(yīng)中使用的溶劑相同。
當(dāng)使用苯氨基甲酸酯時(shí)，反應(yīng)溫度一般是-50-80℃，優(yōu)選-20-60℃，更優(yōu)選0-40℃。根據(jù)所用氨基甲酸酯的種類(lèi)改變反應(yīng)溫度是比較好的。如果反應(yīng)溫度落在范圍外或過(guò)度加熱，同上述(a)中一樣，反應(yīng)可能不能進(jìn)行或產(chǎn)物發(fā)生分解。因此，在由IR示蹤反應(yīng)的同時(shí)逐漸升高溫度進(jìn)行反應(yīng)是合適的。
用于捕集反應(yīng)中產(chǎn)生的氯化氫的堿可與上述的堿是相同的。
完成反應(yīng)后，除去溶劑并在減壓下用閃蒸塔、重結(jié)晶作用或蒸餾作用純化獲得的異氰酸酯單體。
二胺的上述氨基甲酸酯化、異氰酸酯化和碳化二亞胺化反應(yīng)可通過(guò)在相應(yīng)步驟中進(jìn)行分離和純化來(lái)逐步進(jìn)行。此外，這些步驟在作為一系列反應(yīng)的一個(gè)反應(yīng)釜中連續(xù)地進(jìn)行。
通過(guò)參考下面的實(shí)施例將更詳細(xì)地描述本發(fā)明，但是應(yīng)該明白本發(fā)明不能解釋成僅局限于此。如下文所述測(cè)試所得到的聚碳化二亞胺的性質(zhì)。IR使用FT/IR-230(由Nippon Denshi K.K.制造)測(cè)量。熱固化溫度使用DSC-200(由Seiko Denshi Kogyo K.K.制造)測(cè)量。測(cè)定三聚物的放熱峰作為熱固化溫度。玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)使用SEIKO SSC/560M(由Seiko Denshi Kogyo K.K.制造)測(cè)量，同時(shí)以10℃/分鐘的速度將溫度從室溫升高到400℃。熱分解起始溫度(Td)使用TG/DTA300(由Seiko Denshi Kogyo K.K.制造)測(cè)量。測(cè)定5％(重量)損失時(shí)的溫度作為T(mén)d。數(shù)均分子量使用HLC8120(由Toso K.K.制造)作為儀器，和GMHHR-H+GHRHR-H+G200HHR(由Toso K.K.制造)作為柱測(cè)量。粘合力使用Shimazu自動(dòng)繪圖儀AGS-100D(由Shimazu Seisakusho K.K.制造)測(cè)定180°剝離強(qiáng)度。實(shí)施例1將2g(3.5mmol)的1，1-雙[2′-甲基-4′-(對(duì)-氨基苯氧基)-5′叔丁基苯基]丁烷、20ml二氯甲烷和0.72g(7.1mmol)的三乙胺加入到一個(gè)50ml的茄形燒瓶中。燒瓶用冰冷卻，并將1.1g(7.1mmol)的氯甲酸苯酯加入其中。按現(xiàn)狀攪拌所得到的混合物幾分鐘，然后在室溫下攪拌一個(gè)晚上。0.65g(6.4mmol)的三乙胺和0.69g(6.4mmol)的三甲基氯硅烷在室溫下按順序加入到燒瓶中，攪拌所得到的混合物5分鐘，然后在50℃再攪拌30分鐘。
61mg(0.32mmol)的碳化二亞胺化反應(yīng)催化劑(3-甲基-1-苯基-2-phosphorene-1-氧化物)溶解于20ml甲苯中。所得到的混合物加入到燒瓶中，并在60℃攪拌1.5小時(shí)。再持續(xù)攪拌5.5小時(shí)，同時(shí)升溫至100℃。在攪拌過(guò)程中，二氯甲烷被蒸餾出來(lái)。碳化二亞胺化反應(yīng)由IR吸收光譜(見(jiàn)圖1)證實(shí)，之后，過(guò)濾出鹽酸三乙胺以獲得具有數(shù)均分子量Mn＝6,000(產(chǎn)率70％)的聚碳化二亞胺。
將該聚合物涂覆于一玻璃板上，然后在200℃干燥10分鐘，于是得到一個(gè)薄膜。該薄膜具有撓性，熱固化溫度為375℃，Tg＝172℃和Td＝351℃。即使在200℃干燥60分鐘后，該薄膜仍然具有撓性。實(shí)施例2將實(shí)施例1中獲得的聚碳化二亞胺溶解于四氫呋喃(THF)中，使得聚碳化二亞胺的濃度為40％(重量)，由此制備的漆涂覆于銅箔(厚35μm)上，并在200℃干燥10分鐘以獲得厚度為20μm的粘合薄片。由此獲得的粘合薄片被粘附在42合金(Ni-Fe合金)板上并在350℃ 50kg/cm2壓力下加壓1秒鐘使其互相粘合。粘合力的測(cè)量結(jié)果顯示980g/cm。此粘附制品放置于80℃/90％RH恒溫恒濕器中并在其中保持168小時(shí)。此后，測(cè)量粘合力，顯示為810g/cm。對(duì)比實(shí)施例1除了使用甲苯二異氰酸酯(TDI)作為異氰酸酯單體外，重復(fù)實(shí)施例1以獲得具有Mn＝9,600的聚碳化二亞胺。將由此獲得的聚碳化二亞胺溶解于THF中，使得聚碳化二亞胺的濃度為40％(重量)，由此制備的漆涂覆于一玻璃板上，并在90℃干燥30分鐘以獲得具有Tg為78℃的薄膜。此薄膜的熱固化溫度為350℃。當(dāng)薄膜在200℃熱處理1小時(shí)時(shí)，薄膜脫色并失去撓性，導(dǎo)致失去自支撐性。
此漆用同實(shí)施例2中相同的方法處理，以制備粘合薄片，并將粘合薄片粘附于42合金板上。通過(guò)粘合力的測(cè)量，其顯示600g/cm。此粘附制品放置于80℃/90％RH恒溫恒濕器中并在其中保持168小時(shí)。結(jié)果粘合薄片從42合金板上剝離下來(lái)。實(shí)施例3將10.0g(28.7mmol)的9，9-雙(4-氨基苯基)芴、240ml二氯甲烷和5.80g(57.4mmol)三乙胺加入到300ml三頸燒瓶中。8.98g(57.4mmol)氯甲酸苯酯加入到滴液漏斗中，并在冰浴中冷卻反應(yīng)釜到0℃。在幾秒鐘內(nèi)將氯甲酸苯酯加入到反應(yīng)釜中，然后攪拌一個(gè)晚上，同時(shí)反應(yīng)溫度恢復(fù)到室溫。
7.53g(74.6mmol)的三乙胺和8.09g(74.6mmol)的三甲基氯硅烷按順序加入到燒瓶中，所得到的混合物在其中回流2小時(shí)。100ml的THF和0.441g(2.30mmol)的碳化二亞胺化催化劑(3-甲基-1-苯基-2-phosphorene-1-氧化物)加入到其中，在55℃進(jìn)行攪拌2小時(shí)，同時(shí)蒸餾出二氯甲烷，之后回流5小時(shí)。通過(guò)過(guò)濾作用除去形成的鹽。另外，用1.75升正己烷進(jìn)行再沉淀。所得到的沉淀物在減壓下在30℃干燥8小時(shí)以獲得7.00g(19.7mmol，收率69％)的白色粉狀聚碳化二亞胺。聚碳化二亞胺具有Mn＝2,800。碳化二亞胺化反應(yīng)由IR吸收光譜證實(shí)(見(jiàn)圖2)。
上面獲得的白色粉末在有機(jī)溶劑例如THF、環(huán)己酮或氯仿中是可溶的。由將0.6g這種白色粉末溶解于1.8g環(huán)己酮中制備的漆涂覆于玻璃板上，然后在200℃干燥20分鐘，于是獲得了薄膜。即使在250℃干燥20分鐘和在300℃干燥20分鐘后，該薄膜仍具有撓性。測(cè)量所得到薄膜的性質(zhì)。結(jié)果，熱固化溫度是390℃，Td＝505℃和Tg＝185℃。對(duì)比實(shí)施例2在60mg(0.31mmol)的碳化二亞胺化催化劑(3-甲基-1-苯基-2-phosphorene-1-氧化物)存在下，在50mlTHF中使110g(40mmol)的二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)在60℃下反應(yīng)2小時(shí)。所得到的反應(yīng)溶液澆注于一玻璃板上以形成薄膜。
該薄膜具有熱固化溫度為350℃。當(dāng)薄膜在250℃熱處理1小時(shí)時(shí)變色并失去撓性，于是失去自支撐性。通過(guò)對(duì)上面的反應(yīng)溶液再沉淀獲得的白色粉狀聚碳化二亞胺，在有機(jī)溶劑例如環(huán)己酮、甲苯或丙酮中是不溶的。
根據(jù)本發(fā)明的聚碳化二亞胺在普通的有機(jī)溶劑中是易溶的且也容易被模塑和加工。另外，由于它具有約200℃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，因此容易進(jìn)行低溫加工。其薄膜對(duì)被粘物例如半導(dǎo)體元件具有好的粘結(jié)性，具有低的吸濕性，具有優(yōu)良的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，并能在常溫下被保存很長(zhǎng)一段時(shí)間。另外，通過(guò)熱處理固化該薄膜，薄膜顯示優(yōu)良的耐熱性和耐濕性，并因此可在電子元件制造的焊接工藝中被用作耐熱涂覆材料。
盡管本發(fā)明已詳細(xì)地并參照其具體實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但可在不超出本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍下進(jìn)行各種變化和替換，對(duì)本領(lǐng)域熟練人員是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.含有由下式(A)表示結(jié)構(gòu)單元的芳香聚碳化二亞胺
其中R表示由下式(I)和(II)中的任一個(gè)表示的二價(jià)有機(jī)基團(tuán)，n是2-400的整數(shù)，
其中X1-X4獨(dú)立地表示氫或具有1-3個(gè)碳原子的烷基。
2.一種聚碳化二亞胺溶液，包括溶解于有機(jī)溶劑中的權(quán)利要求1所述的芳族聚碳化二亞胺。
3.一種聚碳化二亞胺薄膜，含有如權(quán)利要求1的芳族聚碳化二亞胺。
4.如權(quán)利要求3的聚碳化二亞胺薄膜，至少在單軸方向上拉伸。
全文摘要
具有優(yōu)良耐熱性和耐濕性的聚碳化二亞胺,含有由右式(A)表示的結(jié)構(gòu)單元,其中R是由下式(Ⅰ)和(Ⅱ)中的任一個(gè)表示的二價(jià)有機(jī)基團(tuán),n是2－400的整數(shù),其中X
文檔編號(hào)C08G18/02GK1196359SQ9810703
公開(kāi)日1998年10月21日 申請(qǐng)日期1998年2月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月12日
發(fā)明者板本亨枝, 望月周, 吉岡昌宏, 福岡孝博 申請(qǐng)人:日東電工株式會(huì)社