CN103865471A

CN103865471A - 聚酰亚胺胶粘剂及其制备方法

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Publication number: CN103865471A
Application number: CN201210548934.XA
Authority: CN
Inventors: 范福庭; 沈晓成; 颜春兵
Original assignee: SHANGHAI INST OF SYNTHETIC RESIN
Current assignee: SHANGHAI INST OF SYNTHETIC RESIN
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2014-06-18

Abstract

本发明提供了一种聚酰亚胺胶粘剂的制备方法、所述方法制备的聚酰亚胺胶粘剂。芳香族二胺和芳香族二酐单体首先反应生成聚酰胺酸溶液，然后进行化学亚胺化制成PI粉。本发明通过上述方法制备出了具有良好溶解性和粘结性能的、亚胺化的聚酰亚胺胶粘剂，大大降低胶粘剂的固化温度（只需170~200℃），并提高了耐温等级（210-230℃），并且粘接强度高，与铜、铝、不锈钢、铂等金属箔有良好的粘结性，能够在微电子工业等领域得到广泛应用。

Description

聚酰亚胺胶粘剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚酰亚胺胶粘剂、及其制备方法，尤其涉及一种具有良好附着力和耐高温性能、可低温固化的聚酰亚胺胶粘剂、及其制备方法和应用。

背景技术

聚酰亚胺（polyimide，简称PI）是一种在分子主链中含有酰亚胺环状结构的环链高聚物，是半梯形结构的杂环化合物，是一种综合性能最佳的有机高分子材料之一，具有优异的热稳定性和耐高温性，以及良好的力学性能、电性能、光学性能、耐辐照和耐溶剂等性能，因而备受人们的关注。

聚酰亚胺胶粘剂（polyimide adhesive）具有优良的综合性能，能够在-200~260℃之间维持优良的力学性能和电绝缘性能，并且可在这个温度范围内长期使用，还具有较好的耐磨、抗摩性能，以及优良的耐热性、耐辐射性、较高的耐尺寸稳定性（极低的线膨胀系数）。由于它具有的这些优良的性能，使得它能够以各种形态存在，并得到广泛地应用。

目前聚酰亚胺胶粘剂一般是由芳香四酸二酐和芳香二胺缩聚生成可溶的聚酰胺酸，然后用物理或化学方法脱水环化生成聚酰亚胺，作为胶黏剂使用时必须将聚酰胺酸(PAA)溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲基亚砜(DMSO)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)等高沸点极性溶剂中，以聚酰胺酸胶液的形式贮存、加工。

但是由于聚酰胺酸是溶解性很大的高分子电解质，其溶液对温度、湿度都比较敏感，贮存稳定性较差，在贮藏过程中易发生水解造成黏度下降，一般要求在0~5℃冷藏。

作为胶粘剂使用时，聚酰胺酸溶液必须在很高的温度才能固化（完全亚胺化），往往需要230℃（稍高于玻璃化转变温度Tg）以上的高温处理，耐温等级比PI材料的Tg低30℃左右。另外聚酰胺酸溶液在固化过程中有水和溶剂等小分子放出，因此在粘接大面积制品时易在胶层内产生气泡或形成空隙，致使粘接强度降低从而影响粘接效果。

二苯醚四甲酸二酐(ODPA)是常用的合成聚亚胺的单体，但是多数情况下，以ODPA为单体合成的聚酰亚胺粘结强度不高，多用于亚胺薄膜和塑料的成型，很少用于胶粘剂方面。1994年，发明人在研究直接法聚酰亚胺覆铜箔时，意外发现2,2-双[4-（4-氨基苯氧基）苯基]丙烷(BAPP)和ODPA合成的聚酰亚胺对金属材料具有较高的粘结强度，可以制备聚酰亚胺胶粘剂。

随后，上海合成树脂研究所成功开发出2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐（a-ODPA）单体。由于二酐结构异构化，给以a-ODPA为单体合成的聚酰亚胺带来许多独特的性能优势：（1）可溶可熔性；（2）Tg比ODPA为单体合成的PI高10℃左右；（3）粘结强度比ODPA为单体合成的PI高。

但是与其它芳香族二酐不同的是，在制备PI膜过程中，以a-ODPA为单体合成的聚酰胺酸在高温亚胺化过程中降解非常严重，很难得高分子量的聚酰亚胺膜，因此，限制了该单体在聚酰亚胺胶粘剂中的应用。

发明内容

针对一般聚酰亚胺胶粘剂在使用过程中需要高温固化、胶层内易产生气泡或形成空隙影响粘接效果，本发明提供了一种可以低温(170-200℃)固化、耐温等级达210-230℃、胶层内不易产生气泡或形成空隙、具有良好附着力的聚酰亚胺胶粘剂的制备方法、以及该方法制备的聚酰亚胺胶粘剂。

本发明的第一个目的是提供一种聚酰亚胺胶粘剂的制备方法，步骤包括：

步骤1，将二胺单体溶解于反应溶剂中，并冷却至5~7℃；所示二胺单体包括具有结构式（I）所示结构的单体；

Figure 201210548934X100002DEST_PATH_IMAGE002

（I）

（III）

步骤2，加入结构式（III）所示的芳香族二酐单体，搅拌条件下反应至粘度不再增加，制备得到聚酰胺酸溶液；

步骤3，加入亚胺化试剂将聚酰胺酸进行化学亚胺化，生成聚酰亚胺，并在亚胺化过程中将固体捣碎。

将捣碎的聚酰亚胺粉末包装，使用时溶于溶剂中；或者直接溶于溶剂中制成聚酰亚胺胶粘剂溶液。所述溶剂包括环己酮、γ-丁内酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮等。

所述亚胺化试剂包括酸酐和叔胺类化合物的混合物，如醋酐、三乙胺、吡啶。

其中，所述二胺单体与所述芳香族二酐单体的摩尔比优选为1:0.99~0.995。

其中，结构式（I）与结构式（II）所示二胺单体摩尔比优选为1:0~2。

其中，所述反应溶剂优选为非质子极性溶剂，如N-甲基吡咯烷酮（NMP）、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲基亚砜(DMSO)等。

根据本发明上述制备方法一种优选实施方式，所述二胺单体还包括结构式（II）所示单体。

Figure 201210548934X100002DEST_PATH_IMAGE006

（II）

其中，结构式（I）所示二胺单体占二胺单体总质量的百分比优选为50%~100%。

本发明所述捣碎可以是搅拌捣碎，搅拌速度为3000~4000转/分钟，也可以是具有同样捣碎效果的其它捣碎方法。

本发明的第二个目的是提供一种上述方法制备的聚酰亚胺胶粘剂。

其中，所述聚酰亚胺由上述任意（权利要求1~6任意一项）所述的方法制备；还包括溶剂。

本发明上述的聚酰亚胺胶粘剂中，所述聚酰亚胺数均分子量优选为30000~50000。

所述溶剂包括环己酮、γ-丁内酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮等

本发明的第三个目的是提供一种上述聚酰亚胺胶粘剂的应用方法，方法如下：在基材表面涂胶，然后加热进行固化。

其中，所述基材可以是金属、半导体材料、高分子材料，最优选为金属和半导体材料，如铜、铝、不锈钢、铂等金属。

本发明制备的聚酰亚胺胶粘剂粘附性更好，不均匀扯离强度大，综合性能更为优异。尤其是于金属之间的粘结强度高，与铜、铝、不锈钢、铂等金属之间的良好的粘结性能，是其他聚酰亚胺胶粘剂不具备的特性。

具体实施方式

本发明提供了一种聚酰亚胺胶粘剂的制备方法、该方法制备的聚酰亚胺胶粘剂、以及所述胶粘剂的应用方法。

下面通过具体实施例对本发明上述的制备聚酰亚胺胶粘剂的方法、所述方法制备的胶粘剂、以及所述胶粘剂的应用进行详细的介绍和描述，以使更好地理解本发明，但是应当理解的是，下述实施例并不限制本发明范围。

实施例1

2,2-双[4-（4-氨基苯氧基）苯基]丙烷（二胺单体）45g加入到1000ml烧瓶中，再加入二甲基乙酰胺400g，使二胺单体完全溶解，然后冷水浴冷却至5~7℃，10分钟后加入2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐30g，搅拌反应。

随着二酐单体的溶解，树脂粘度逐渐增大，继续搅拌至树脂粘度不再增加，终止反应，得到固含量15%的聚酰胺酸溶液。

转移到高速组织捣碎机中，加入甲苯、醋酐和三乙胺进行化学亚胺化，高速捣碎成PI粉，将烘干的PI粉溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，得到固含量为20%、棕黄色透明、中等粘度的聚酰亚胺胶粘剂。

该聚酰亚胺胶粘剂特性粘度≥100ml/g，Tg为237℃。铝合金试片搭接，170℃固化2小时，室温剪切强度≥14.0MPa，210℃剪切强度≥8.0MPa，室温不均匀扯离强度≥18.0N/mm。

实施例2

将二胺单体2,2-双[4-（4-氨基苯氧基）苯基]丙烷15g和4,4-二氨基二苯基醚13g加入到1000ml烧瓶中，再加入二甲基乙酰胺350g，使二胺单体完全溶解，然后冷水浴冷却至5~7℃，10分钟后加入2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐30g，搅拌反应。

该聚酰亚胺胶粘剂特性粘度≥100ml/g，Tg为262℃。铝合金试片搭接，200℃固化2小时，室温剪切强度≥12.0MPa，210℃剪切强度≥8.0MPa，室温不均匀扯离强度≥14.0N/mm。

对比例1

将二胺单体2,2-双[4-（4-氨基苯氧基）苯基]丙烷24g加入到400ml烧瓶中，再加入二甲基乙酰胺170g，使二胺单体完全溶解，然后冷水浴冷却至5~7℃，10分钟后加入2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐16g，搅拌反应。

随着二酐单体的溶解，树脂粘度逐渐增大，继续搅拌反应至粘度不再增加，终止反应，得到固含量20%的淡黄色透明、高粘度聚酰亚胺胶粘剂，0~5℃保藏。

该聚酰亚胺胶粘剂特性粘度≥110ml/g，需要的固化温度约为240℃，固化后Tg为234℃。铝合金试片搭接，室温剪切强度约10.0MPa，210℃剪切强度约5.5MPa，室温不均匀扯离强度约10.0N/mm。

对比例2

将二胺单体2,2-双[4-（4-氨基苯氧基）苯基]丙烷10g和4,4-二氨基二苯基醚9g加入到400ml烧瓶中，再加入二甲基乙酰胺160g，使二胺单体完全溶解，然后冷水浴冷却至5~7℃，10分钟后加入2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐20g，搅拌反应。

该聚酰亚胺胶粘剂特性粘度≥110ml/g,需要的固化温度约为260℃，固化后Tg为256℃。铝合金试片搭接，室温剪切强度约9.0MPa，230℃剪切强度约4.5MPa，室温不均匀扯离强度约10.0N/mm。

将上述实施例和对比例中制备的聚酰亚胺胶粘剂，铝合金试片搭接，进行性能测试，对比例按照传统聚酰亚胺胶粘剂的使用方法实施，本发明实施例中聚酰亚胺胶粘剂直接涂膜干燥，测试结果如表1所示。

表1，上述实施例和对比例制备的聚酰亚胺胶粘剂性能对比

Figure 201210548934X100002DEST_PATH_IMAGE008

通过表1的对比可以看出，本发明在高速捣碎条件下进行亚胺化，得到的聚酰亚胺胶粘剂的物理性能有了明显的改善；并且固化温度明显下降，有利于加工使用；由于本发明制备的胶粘剂，是以聚酰亚胺的形式存在，因此，还具有良好的储存稳定性。

综上所述，本发明提供的聚酰亚胺胶粘剂的制备方法、以及制备的胶粘剂，为聚酰亚胺胶粘剂的推广使用开辟了新的途径。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims

1.一种聚酰亚胺胶黏剂的制备方法，其特征在于，步骤包括：

Figure 201210548934X100001DEST_PATH_IMAGE002

（I）

Figure 201210548934X100001DEST_PATH_IMAGE004

（III）

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二胺单体与所述芳香族二酐单体摩尔比为1:0.99~0.995。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应溶剂为非质子极性溶剂。

4.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述反应溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二胺单体还包括结构式（II）所示单体，

Figure 201210548934X100001DEST_PATH_IMAGE006

（II）。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，结构式（I）与结构式（II）所示二胺单体摩尔比为1:0~2。

7.一种如上述任意一项权利要求所述方法制备的聚酰亚胺胶黏剂，其特征在于，

所述聚酰亚胺由权利要求1~6中任意一项所述的方法制备，

还包括溶剂。

8.根据权利要求7所述的聚酰亚胺胶黏剂，其特征在于，所述聚酰亚胺数均分子量为30000~50000。

9.根据权利要求7所述的聚酰亚胺胶黏剂，其特征在于，所述溶剂为环己酮、γ-丁内酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮。