一種低介電常數poss/聚氨酯復合材料薄膜及其制備方法
【專利摘要】本發明提供一種低介電常數POSS/聚氨酯復合材料薄膜及其制備方法，屬于高分子材料技術領域。該復合材料是由具有式Ⅰ結構的POSS和具有式Ⅱ結構的聚氨酯組成。本發明還提供一種低介電常數POSS/聚氨酯復合材料薄膜的制備方法。該方法先將八苯基POSS溶于溶劑中，得到八苯胺基POSS溶液；然后將聚氨酯加入到八苯胺基POSS溶液中攪拌，得到混合溶液，將混合溶液傾倒于玻璃板上，然后將玻璃板移入真空烘箱中烘干，得到低介電常數POSS/聚氨酯復合材料薄膜。本發明的復合材料具有較低的介電常數和較好的機械性能。
【專利說明】
一種低介電常數POSS/聚氨酯復合材料薄膜及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明屬于高分子材料技術領域，具體涉及一種低介電常數P0SS/聚氨酯復合材 料薄膜及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著電子工業的飛速發展，電子元器件呈小型化和高效化的趨勢，因而對電子元 器件的封裝材料提出了越來越高的要求。可用作封裝絕緣材料的高分子材料有許多種，如： 有機硅類、環氧樹脂類、聚酰胺類、聚芳醚類、聚氨酯類等，其中聚氨酯類高分子材料及其發 泡材料由于輕質、耐輻射、耐疲勞性好、抗沖擊強度高、絕緣性能優異等特點而受到了廣泛 的關注。利用溶液共混制備無機-有機復合材料的方法由于制備過程簡便，可操作性強，且 能夠結合無機材料和有機高分子材料的優勢，所制備的復合材料具有光學透明性、折光指 數和介電常數可調的特點而倍受矚目。多面體齊聚倍半硅氧烷(P0SS)是一類由無機硅氧烷 籠型空心結構結合外圍有機基團構成的納米粒子。其在與有機高分子聚合物材料溶液共混 的過程中能夠充分發揮外圍有機基團與高分子材料相容性好的優勢，同時結合內部籠型空 心結構介電常數低的優點，從而在保證其與聚合物基體材料相容性的同時賦予復合材料特 定的功能性。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供一種低介電常數P0SS/聚氨酯復合材料薄膜及其制備方法， 該復合材料具有較低的介電常數和較好的機械性能。
[0004] 本發明首先提供一種低介電常數P0SS/聚氨酯復合材料薄膜，該復合材料是由具 有式I結構的P0SS和具有式Π 結構的聚氨酯組成；
[0006] 式 Π 中，m= 1 ~10，n = 50~500。
[0007] 本發明還提供一種低介電常數P0SS/聚氨酯復合材料薄膜的制備方法，包括：
[0008] 步驟一：將八苯基P0SS溶于溶劑中，在60~90°C下攪拌2~4小時，得到八苯胺基 P0SS溶液；
[0009] 步驟二:將聚氨酯加入到步驟一得到的八苯胺基P0SS溶液中攪拌，得到混合溶液， 將混合溶液傾倒于玻璃板上，然后將玻璃板移入真空烘箱中，升溫至60°C烘干2-4小時，再 升溫至80°C烘干12-24小時，然后在真空條件下升溫至120°C烘干12-24小時，得到低介電常 數P0SS/聚氨酯復合材料薄膜。
[0010] 優選的是，所述步驟一溶劑為N-甲基吡咯烷酮。
[0011] 優選的是，所述八苯基P0SS的質量(g):溶劑的體積(ml)為(0.05~0.2): (10-15)。 [0012]優選的是，所述八苯基P0SS與聚氨酯的質量比為(0.05~0.2): 1。
[0013]優選的是，所述步驟二的攪拌溫度為室溫，攪拌時間為24~48小時。
[0014]本發明的有益效果
[0015] 本發明首先提供一種低介電常數P0SS/聚氨酯復合材料薄膜，該復合材料是由具 有式I結構的P0SS和具有式Π 結構的聚氨酯組成；該復合材料通過引入P0SS可以顯著地提 高材料的絕緣性能、機械性能和熱穩定性，并有效地降低材料的介電常數，實驗結果表明： 當P0SS添加量達到20wt%時，復合材料在1MHz時的介電常數可降至3.72。
[0016] 本發明還提供一種低介電常數P0SS/聚氨酯復合材料薄膜的制備方法，該制備方 法簡單、原料易得，制備得到的復合材料具有較低的介電常數和較好的機械性能，因此可有 望應用于電子封裝領域作為封裝用絕緣材料。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明實施例1制備的低介電常數P0SS/聚氨酯復合材料薄膜的掃描電鏡照 片。
[0018] 圖2為本發明實施例1備的低介電常數P0SS/聚氨酯復合材料薄膜在不同測試頻率 下的介電常數。
【具體實施方式】
[0019] 本發明首先提供一種低介電常數P0SS/聚氨酯復合材料薄膜，該復合材料是由具 有式I結構的P0SS和具有式Π 結構的聚氨酯組成；
[0021] 式 Π 中，m= 1 ~10，n = 50~500。
[0022] 本發明還提供一種低介電常數P0SS/聚氨酯復合材料薄膜的制備方法，包括：
[0023] 步驟一:將八苯基P0SS溶于溶劑中，在60~90°C下攪拌2~4小時，將得到的反應溶 液冷卻至室溫再繼續攪拌，所述的攪拌時間優選為24~48小時，得到八苯胺基P0SS溶液;所 述的溶劑沒有特殊限制，能夠溶解八苯基P0SS即可，優選為N-甲基吡咯烷酮(NMP);所述八 苯基P0SS的質量(g):溶劑的體積(ml)優選為(0.05~0.2): (10-15);
[0024]步驟二:將聚氨酯加入到步驟一得到的八苯胺基P0SS溶液中攪拌，所述的攪拌溫 度優選為室溫，攪拌時間優選為24~48小時，得到混合溶液，將混合溶液傾倒于放置的平整 玻璃板上，然后將玻璃板移入真空烘箱中，升溫至60 °C烘干2-4小時，再升溫至80 °C烘干12-24小時，然后在真空條件下升溫至120°C烘干12-24小時，得到低介電常數P0SS/聚氨酯復合 材料薄膜，所述八苯基P0SS與聚氨酯的質量比優選為(0.05~0.2): 1。
[0025]本發明的低介電常數P0SS/聚氨酯復合材料，通過引入P0SS可以顯著地提高材料 的絕緣性能、機械性能和熱穩定性，并有效地降低材料的介電常數，因此可有望應用于電子 封裝領域作為封裝用絕緣材料。
[0026]將得到的低介電常數P0SS/聚氨酯復合材料薄膜的微觀結構和介電常數分別通過 掃描電子顯微鏡(SEM)和介電常數儀測試得到。
[0027]下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細的說明，實施例中涉及到的原料均為 商購獲得。
[0028] 實施例1
[0029] 1)向錐形瓶中分別加入0.05克、0.1克、0.15克、0.2克八苯基P0SS，之后加入10毫 升N-甲基吡咯烷酮(NMP)，加熱至60°C攪拌2小時，然后將上述溶液冷卻至室溫繼續攪拌24 小時，使得八苯胺基P0SS充分溶解。
[0030] 2)向上述溶液中分別加入1克聚氨酯，室溫攪拌24小時后，將溶液分別傾倒于水平 放置平整玻璃板上。然后將玻璃板移入真空烘箱中，升溫至60°C烘干4小時，之后升溫至80 °C烘干24小時，然后在真空條件下升溫至120°C烘干24小時，即制得一系列P0SS質量分數分 另IJ為5%、10%、15%、20%的低介電常數POSS/聚氨酯復合材料薄膜。
[0031]圖1為本發明實施例1制備的低介電常數P0SS/聚氨酯復合材料薄膜的掃描電鏡照 片，其中(A)、（B)、（C)、（D)分別代表P0SS質量分數分別為5%、10%、15%、20%的薄膜照片， 圖1說明：隨著制備的P0SS/聚氨酯復合材料中P0SS添加量的增加，復合材料的掃描電鏡照 片中代表P0SS的微米尺度的白色小圓球逐步增多。
[0032]圖2為本發明實施例1制備的低介電常數P0SS/聚氨酯復合材料薄膜在不同測試頻 率下的介電常數。圖2說明：隨著制備的P0SS/聚氨酯復合材料中P0SS添加量的增加，復合材 料的介電常數呈逐步下降的趨勢；當P0SS添加量達到20wt%時，復合材料在1MHz時的介電 常數可降至3.72。說明具有空心結構的P0SS的引入能夠顯著降低復合材料的介電常數。
[0033] 將實施例1制備得到的低介電常數P0SS/聚氨酯復合材料薄膜進行機械性能和熱 性能測試，結果如表1和表2所示。
[0034] 表 1
[0035]
[0036]從表1可以看出，隨著制備的P0SS/聚氨酯復合材料中P0SS添加量的增加，復合材 料的拉伸強度和楊氏模量逐步提升，但復合材料的斷裂伸長率逐步下降，說明P0SS的引入 顯著提高了復合材料的強度和剛性。
[0037] 表 2
[0038]
[0040]從表2可以看出，隨著制備的P0SS/聚氨酯復合材料中P0SS添加量的增加，復合材 料的玻璃化轉變溫度(Tg)、5%熱失重溫度(DT5)及5 %熱失重溫度(DT1Q)均得到明顯提升。 說明POSS的引入顯著提高了復合材料的熱性能。
[0041 ] 實施例2
[0042] 1)向錐形瓶中分別加入0.05克、0.1克、0.15克、0.2克八苯基P0SS，之后加入15毫 升N-甲基吡咯烷酮(NMP)，加熱至80°C攪拌4小時，然后將上述溶液冷卻至室溫繼續攪拌48 小時，使得八苯胺基P0SS充分溶解。
[0043] 2)向上述溶液中分別加入1克聚氨酯，室溫攪拌48小時后，將溶液分別傾倒于水平 放置平整玻璃板上。然后將玻璃板移入真空烘箱中，升溫至60°C烘干4小時，之后升溫至80 °C烘干24小時，然后在真空條件下升溫至120°C烘干24小時，即制得一系列P0SS含量不同的 低介電常數P0SS/聚氨酯復合材料薄膜。
[0044] 實施例3
[0045] 1)向錐形瓶中分別加入0.05克、0.1克、0.15克、0.2克八苯基P0SS，之后加入15毫 升N-甲基吡咯烷酮(NMP)，加熱至90°C攪拌2小時，然后將上述溶液冷卻至室溫繼續攪拌24 小時，使得八苯胺基P0SS充分溶解。
[0046] 2、向上述溶液中分別加入1克聚氨酯，室溫攪拌24小時后，將溶液分別傾倒于水平 放置平整玻璃板上。然后將玻璃板移入真空烘箱中，升溫至60°C烘干2小時，之后升溫至80 °C烘干12小時，然后在真空條件下升溫至120°C烘干12小時，即制得一系列P0SS含量不同的 低介電常數P0SS/聚氨酯復合材料薄膜。
[0047] 實施例4
[0048] 1、向錐形瓶中分別加入0.05克、0.1克、0.15克、0.2克八苯基P0SS，之后加入10毫 升N-甲基吡咯烷酮(NMP)，加熱至70°C攪拌4小時，然后將上述溶液冷卻至室溫繼續攪拌48 小時，使得八苯胺基P0SS充分溶解。
[0049] 2、向上述溶液中分別加入1克聚氨酯，室溫攪拌48小時后，將溶液分別傾倒于水平 放置平整玻璃板上。然后將玻璃板移入真空烘箱中，升溫至60°C烘干2小時，之后升溫至80 °C烘干12小時，然后在真空條件下升溫至120°C烘干12小時，即制得一系列P0SS含量不同的 低介電常數P0SS/聚氨酯復合材料薄膜。
[0050] 實施例5
[0051 ] 1、向錐形瓶中分別加入0.05克、0.1克、0.15克、0.2克八苯基P0SS，之后加入12毫 升N-甲基吡咯烷酮(NMP)，加熱至80°C攪拌3小時，然后將上述溶液冷卻至室溫繼續攪拌36 小時，使得八苯胺基P0SS充分溶解。
[0052] 2、向上述溶液中分別加入1克聚氨酯，室溫攪拌36小時后，將溶液分別傾倒于水平 放置平整玻璃板上。然后將玻璃板移入真空烘箱中，升溫至60°C烘干3小時，之后升溫至80 °C烘干18小時，然后在真空條件下升溫至120°C烘干18小時，即制得一系列P0SS含量不同的 低介電常數P0SS/聚氨酯復合材料薄膜。
【主權項】
1. 一種低介電常數POSS/聚氨酯復合材料薄膜，其特征在于，該復合材料是由具有式I 結構的POSS和具有式Π 結構的聚氨酯組成；式Π 中，m=l~10，n = 50~500。2. 根據權利要求1所述的一種低介電常數POSS/聚氨酯復合材料薄膜的制備方法，其特 征在于，包括： 步驟一:將八苯基POSS溶于溶劑中，在60~90°C下攪拌2~4小時，得到八苯胺基POSS溶 液； 步驟二:將聚氨酯加入到步驟一得到的八苯胺基POSS溶液中攪拌，得到混合溶液，將混 合溶液傾倒于玻璃板上，然后將玻璃板移入真空烘箱中，升溫至60°c烘干2-4小時，再升溫 至80°C烘干12-24小時，然后在真空條件下升溫至120°C烘干12-24小時，得到低介電常數 POSS/聚氨酯復合材料薄膜。3. 根據權利要求1所述的一種低介電常數POSS/聚氨酯復合材料薄膜的制備方法，其特 征在于，所述步驟一溶劑為N-甲基吡咯烷酮。4. 根據權利要求1所述的一種低介電常數POSS/聚氨酯復合材料薄膜的制備方法，其特 征在于，所述八苯基POSS的質量(g):溶劑的體積(ml)為(0.05~0.2): (10-15)。5. 根據權利要求1所述的一種低介電常數POSS/聚氨酯復合材料薄膜的制備方法，其特 征在于，所述八苯基POSS與聚氨酯的質量比為(0.05~0.2): 1。6. 根據權利要求1所述的一種低介電常數POSS/聚氨酯復合材料薄膜的制備方法，其特 征在于，所述步驟二的攪拌溫度為室溫，攪拌時間為24~48小時。
【文檔編號】C08L75/04GK105885386SQ201610265122
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月26日
【發明人】耿直, 蘇忠民, 邵琛, 朱東霞, 孫海珠, 秦春生
【申請人】吉林省吉剛新材料科技開發有限公司