CN113603723A - 磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物及其制备方法与固化物 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及一种寡聚物及其制备方法与固化物,且特别涉及一种磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物及其制备方法与固化物。
背景技术
五大工程塑料之一的聚(2,6-二甲基苯醚)(poly(2,6-dimethyl-1,4-phenyleneoxide),PPO)为非结晶性热塑性高分子,其高分子量且结构刚硬,具高的玻璃转移温度(glass transition temperature,Tg)、耐冲击与低膨胀系数的特性,更由于其不具备可水解键结与极性官能基,拥有优异的电气性质。但也因高分子量致使黏度高且溶解度不佳,限制聚(2,6-二甲基苯醚)的应用范围。
美国专利[1]揭露将高分子量聚(2,6-二甲基苯醚)改良为(2,6-二甲基苯醚)寡聚物,也称为聚苯醚寡聚物(oligo phenylene ether,OPE)。低分子量的聚(2,6-二甲基苯醚)(poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide),PPO)为现今高频通讯基板最被广泛应用的材料之一,因为低分子量的聚(2,6-二甲基苯醚)具有优异的有机溶解度、加工性、热稳定性等优势,因此,众多专利朝向低分子量的聚(2,6-二甲基苯醚)改质进行。然(2,6-二甲基苯醚)寡聚物耐热性不佳,需对末端进行修饰以形成具有可交联的末端基团结构,例如末端为压克力的市售商品SA9000(SABIC公司)。
美国专利[2]也针对聚(2,6-二甲基苯醚)进行改良且修饰其末端,例如末端为vinyl benzyl ether的市售商品OPE-2St(MGC公司)。
市售商品SA9000、OPE-2St的结构如下所示:
双环戊二烯(DCPD)为石油裂解C5副产物之一,由于沸点较高,分离容易,结构为刚硬脂肪族二环,因此其衍生物具有优异的热性质与介电性质。文献[3],合成含有双环戊二烯(DCPD)及柠烯(Dipentene)的双马来酰亚胺(bismaleimide),并与芳香族的双马来酰亚胺各自固化后做比较,含有双环戊二烯结构的固化物,具有最低的介电常数,显示在结构中导入非极性脂肪族结构,能有效降地材料的介电常数。文献[4],合成含有双环戊二烯(DCPD)结构的氧代氮代苯并环己烷树脂,其固化物相较于双酚A结构为基底的氧代氮代苯并环己烷树脂,具有更低的介电常数,因此,发展含双环戊二烯(DCPD)结构的聚(2,6-二甲基苯醚)将可获得低介电系数的电路板基材。
另一方面,聚(2,6-二甲基苯醚)具阻燃性质,依阻燃性量测(UL-94难燃测试)规范的测试仅达到V-1等级。若欲进一步达到V-0等级,须额外添加阻燃剂,例如是卤素阻燃剂或磷系阻燃剂,其中卤素阻燃剂于燃烧时会释放有毒物质,近年来多已改用磷系阻燃剂。现已知磷系阻燃剂在燃烧时会形成聚磷酸,促使材料碳化并形成致密的焦炭层隔绝氧气,且其气相时易抓取活性自由基,减少自由基传播反应,进而达到阻燃的效果。
王和林学者已在2001年[5]发表利用9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene 10-Oxide,DOPO)与市售环氧树酯进行开环加成反应,以得到不同含磷量的环氧树脂,接着与市售硬化剂DDS、PN与DICY进行共聚固化。依热性质实验结果可知,导入磷元素可大幅增加焦炭残余率,且在阻燃性量测(UL-94难燃测试)上,含磷量1.45重量%以上的固化物即能达到V-0等级,已证明磷系成份对材料的阻燃性扮演重要的角色。因此,开发一种磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物,有其必要性。
中国台湾专利[6]公开一种磷系聚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物,结构如下所示:
其中P1表示不存在或P2表示R1、R2、R3各彼此独立地表示氢或具有1至6个碳的直链或分支链烷基,较佳为氢、甲基或乙基;R4表示氢或具有1至10个碳及包含0至3个氧的烯基、芳基或其组合,较佳为m、n各彼此独立地表示0至30的整数,较佳为0至20的整数。但上述结构中,仅有一个磷元素,限制其阻燃特性。
美国专利[7]提出将磷系结构导入(2,6-二甲基苯醚)寡聚物末端的方法,包括:先将末端为酚基的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物(市售商品SA90)和dichloro-p-xylene反应形成末端为CH2Cl的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物,接着与含磷二酚的化合物反应,形成末端为磷化的酚基的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物,而后进行末端改质,形成末端为vinyl benzyl ether结构的树脂,结构如下所示:
然而,前述各项专利或文献记载所提及的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物,其合成反应步骤大多繁复。以上述美国专利[6]所合成的树脂为例,须经3步骤以上,另还须额外合成磷系双酚的2步骤,总共至少须经5步骤。再者,前述所提及的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的合成反应中,多为双边反应性单体,由于合成过程中须利用仅单边反应的中间物,对于双边发生反应的副产物,就须经分离纯化程序将其分离。因此,开发一种性能优异、用途广泛且制备方法更为简单的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物,是业界共同努力的目标。
参考文献
[1]US 6,627,704 B2
[2]US 6,995,195 B2
[3]Polym.Int.2006,55(11),1341-1349.
[4]Journal of Applied Polymer Science.2008,110(4),2413-2423.
[5]Polymer 2001,42(5),1869
[6]TW I537281B
[7]US 2017/0088669 A1
发明内容
本发明提供一种磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物及其制备方法与固化物,具有高玻璃转移温度、低介电性质、较佳的热稳定性以及良好的阻燃特性。
本发明的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物,具有式(1)所示的结构:
其中X为单键、-CH2-、-O-、-C(CH3)2-或R'0、R0、R1、R2以及R3各自独立为氢、C1-C6烷基或苯基。n与m各自独立为0至300的整数。p与q各自独立为1至4的整数。Y为氢、 U与V各自独立为脂肪族结构。
本发明的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的制备方法,包括以下步骤。首先,将式(2)所示的酚末端的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物与式(3)所示的苯酮化合物或苯醛化合物在碱性触媒催化下反应,得到式(4)所示的双官能(2,6-二甲基苯醚)寡聚物。接着,将双官能(2,6-二甲基苯醚)寡聚物、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物以及式(5)所示的含R3的苯酚在酸性触媒催化下反应,得到式(6)所示的磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物。最后,将磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物与醋酸酐或甲基压克力酸酐在含氮或碱性触媒催化下反应,或将磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物与3-氯苯乙烯或4-氯苯乙烯在碱性触媒催化下反应。
在本发明的一实施例中,式(3)所示的苯酮化合物包括4-氟苯乙酮及4-氯苯乙酮;式(3)所示的苯醛化合物包括4-氟苯甲醛及4-氯苯甲醛;式(4)所示的双官能(2,6-二甲基苯醚)寡聚物包括含双酮结构的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物或含双醛结构的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物,其中所述含双酮结构的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物是当所述式(4)中的R2为甲基时的化合物,且所述含双醛结构的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物是当所述式(4)中的R2为氢时的化合物。
在本发明的一实施例中,上述的碱性触媒包括碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸氢钠、醋酸钠或其组合。
在本发明的一实施例中,上述的酸性触媒包括氢氯酸、氢溴酸、氢碘酸、硫酸、甲基磺酸、甲基苯磺酸或其组合。
在本发明的一实施例中,上述的含氮触媒包括4-二甲氨基吡啶、吡啶、咪唑、二甲基咪唑或其组合。
本发明的固化物,其是使上述的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物与触媒混合并进行加热固化而得。
在本发明的一实施例中,上述的触媒包括过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化异丙苯或其组合。
在本发明的一实施例中,以磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的总重量计,触媒的含量为0.1重量%至1.0重量%。
本发明的固化物,其是使上述的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物与环氧树脂等当量混合后,再与触媒经加热共聚而得。触媒包括环氧树脂开环剂与双键起始剂。
在本发明的一实施例中,上述的环氧树脂开环剂包括4-二甲氨基吡啶、吡啶、咪唑、二甲基咪唑或其组合。
在本发明的一实施例中,以所述环氧树脂的总重量计,环氧树脂开环剂的含量为0.5重量%至2.0重量%。
在本发明的一实施例中,上述的双键起始剂包括过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化异丙苯、二叔丁基过氧化物或其组合。
在本发明的一实施例中,以磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的总重量计,双键起始剂的含量为0.1重量%至1.0重量%。
本发明的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的用途,其是用于基层板、铜箔基板或印刷电路版的制作材料。
此外,由于本实施例的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的分子量低,因而具有优异的有机溶解度。另外,由本实施例的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物所制备的固化物,可具有高玻璃转移温度、低介电性质、较佳的热稳定性以及良好的阻燃特性。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1至图6为本发明中实施例1至实施例7所合成的化合物的核磁共振光谱分析图。
具体实施方式
以下将藉由实施方式对本发明作进一步说明,但该等实施方式仅为例示说明之用,而非用以限制本发明的范围。
[磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物]
本实施例的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物,具有式(1)所示的结构:
其中X为单键、-CH2-、-O-、-C(CH3)2-或R'0、R0、R1、R2以及R3各自独立为氢、C1-C6烷基或苯基。n与m各自独立为0至300的整数。p与q各自独立为1至4的整数。Y为氢、 U与V各自独立为脂肪族结构。
[磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的制备方法]
本实施例的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的制备方法包括以下步骤。
首先,进行步骤1,将式(2)所示的酚末端的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物与式(3)所示的苯酮化合物或苯醛化合物在碱性触媒催化下反应,得到式(4)所示的双官能(2,6-二甲基苯醚)寡聚物。
在一实施例中,碱性触媒例如是碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸氢钠、醋酸钠或其组合。
在一实施例中,式(2)所示的酚末端的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物,是由实施一例中的双酚与2,6-二甲基酚氧化聚合所合成。
在一实施例中,式(3)所示的苯酮化合物或苯醛化合物例如是4-氟苯乙酮、4-氯苯乙酮、4-氟苯甲醛、4-氯苯甲醛等。
在一实施例中,式(4)所示的双官能(2,6-二甲基苯醚)寡聚物例如是含双酮结构的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物或含双醛结构的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物,其中含双酮结构的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物例如是当式(4)中的R2为甲基时的化合物,且含双醛结构的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物例如是当式(4)中的R2为氢时的化合物。
接着,进行步骤2,将双官能(2,6-二甲基苯醚)寡聚物、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物以及含式(5)所示的含R3的苯酚在酸性触媒催化下反应,得到式(6)所示的磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物。
在一实施例中,酸性触媒例如是氢氯酸、氢溴酸、氢碘酸、硫酸、甲基磺酸、甲基苯磺酸或其组合。
在一实施例中,含式(5)所示的含R3的苯酚例如是苯酚。
最后,进行步骤3,将磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物与醋酸酐或甲基压克力酸酐在含氮或碱性触媒催化下反应,或将磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物与3-氯苯乙烯或4-氯苯乙烯在碱性触媒催化下反应,得到式(1)所示的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物。
其中X为单键、-CH2-、-O-、-C(CH3)2-或R'0、R0、R1、R2以及R3各自独立为氢、C1-C6烷基或苯基。n与m各自独立为0至300的整数。p与q各自独立为1至4的整数。Y为氢、 U与V各自独立为脂肪族结构。
在一实施例中,含氮触媒例如是4-二甲氨基吡啶、吡啶、咪唑、二甲基咪唑或其组合。
[固化物]
本实施例的固化物,其是使式(1)所示的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物与触媒混合并进行加热固化而得。
在一实施例中,触媒例如是过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化异丙苯或其组合。
在一实施例中,以磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的总重量计,触媒的含量例如是0.1重量%至1.0重量%。
另一实施例的固化物,其是使式(1)所示的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物与环氧树脂等当量混合后,再与触媒经加热共聚而得。触媒例如是环氧树脂开环剂与双键起始剂。
在一实施例中,环氧树脂开环剂例如是4-二甲氨基吡啶、吡啶、咪唑、二甲基咪唑或其组合。
在一实施例中,以环氧树脂的总重量计,环氧树脂开环剂的含量例如是0.5重量%至2.0重量%。
在一实施例中,双键起始剂例如是过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化异丙苯、二叔丁基过氧化物或其组合。
在一实施例中,以磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的总重量计,双键起始剂的含量例如是0.1重量%至1.0重量%。
[磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的用途]
本实施例提供磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的用途,其例如是用于基层板、铜箔基板或印刷电路版的制作材料。
下文将参照实验范例,更具体地描述本发明。虽然描述了以下实验,但是在不逾越本发明范畴的情况下,可适当地改变所用材料、其量及比率、处理细节以及处理流程等等。因此,不应根据下文所述的实验对本发明作出限制性地解释。
[双官能(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的制备]
本发明的双官能(2,6-二甲基苯醚)寡聚物例如可由以下所示的反应步骤形成,此反应步骤仅为示例用,本发明不限于此。将前述式(2)所示的酚末端的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物与4-氟苯乙酮、4-氯苯乙酮、4-氟苯甲醛或4-氯苯甲醛等化合物,在碱性触媒催化下进行反应,得到含双酮结构的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物或含双醛结构的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物
[实施例1]“含双环戊二烯与2,6-二甲基酚”加成物结构的酚末端的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物(寡聚物A)的合成
取0.18克(1.818mmole)的氯化亚铜(CuCl)、1.2克(1.818*5.5mmole)的DMAP、18.6毫升的甲醇、1.5毫升的水置于250毫升三颈瓶中搅拌,并将氧气通于液面下持续搅拌15分钟。另外,将2.31克(6.141mmole)的DCPD-2,6-DP、3.00克(6.141*4mmole)的2,6-二甲基酚预溶在30毫升的甲醇中,接着倒入上述氯化亚铜(CuCl)溶液中,通入氧气反应4小时。反应结束后过滤取滤饼,并将滤饼以500毫升的甲醇与1毫升的盐酸水溶液清洗一次后再以500毫升的甲醇清洗数次后烘干得浅褐色粉体,产率80%。如下式所示。其中,n与m各自独立为0至300的整数,测定样品的1H NMR光谱图为图1-(a)。
[实施例2-1]含双酮结构的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物(寡聚物B-1)的合成
以下以R2为甲基为例,此反应步骤仅为示例用,本发明不限于此。在100毫升三颈反应器中,加入10.00克(3.35mmole)的“含双环戊二烯与2,6-二甲基酚”加成物结构的酚末端的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物、1.018克(7.37mmole)的4-氟苯乙酮、1.018克(7.37mmole)的碳酸钾(K2CO3)以及50毫升的二甲基甲酰胺(Dimethylformamide)。接着,在氮气环境下,升温至120℃,反应24小时。反应结束后,冷却至室温。将混合物倒入甲醇水中析出,并以甲醇水清洗数次。最后抽气过滤,将滤饼于60℃下真空干燥,得到褐色粉体,产率82%,如下式所示。其中,n与m各自独立为0至300的整数。
接着,测定样品的1H NMR光谱图。以高解析核磁共振光谱仪(400MHz NuclearMagnetic Resonance,NMR),型号:Varian Mercury 40,用于鉴定样品的结构,以氘代二甲基亚砜(DMSO-d6)或氘代氯仿(Chloroform-d)为溶剂,测定样品的1H NMR,化学位移(Chemical Shift)以百万分之一(ppm)为单位,偶合常数(J)单位为赫兹(Hz)。
由1H-NMR光谱图(图1-(b)),可以观察到在6.5ppm位置出现聚(2,6-二甲基苯醚)的苯环特征峰,2.10ppm位置出现聚(2,6-二甲基苯醚)的甲基特征峰,2.52ppm位置出现末端酮的甲基特征峰,7.32ppm和7.98ppm位置出现末端酮的苯环特征峰,且聚(2,6-二甲基苯醚)位于4.55ppm位置的羟基特征峰消失,证实末端羟基已反应且结构正确。经由凝胶渗透层析仪鉴定数目平均分子量为3785克/莫耳,重量平均分子量为4378克/莫耳。
[实施例2-2]含双酮结构的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物(寡聚物B-2)的合成
以下以R2为甲基为例,此反应步骤仅为示例用,本发明不限于此。在100毫升三颈反应器中,加入1克(0.625mmole)的SA90、0.2158克(1.5625mmole)的4-氟苯乙酮、0.2158克(1.5625mmole)的碳酸钾(K2CO3)以及10mL的二甲基甲酰胺(Dimethylformamide)。接着,在氮气环境下,升温至140℃,反应24小时。反应结束后,冷却至室温。将混合物倒入甲醇水中析出,并以甲醇水清洗数次。最后抽气过滤,将滤饼于60℃下真空干燥,得到米白色粉体,产率82%,如下式所示。其中,n与m各自独立为0至300的整数。
接着,测定样品的1H NMR光谱图。以高解析核磁共振光谱仪(400MHz NuclearMagnetic Resonance,NMR),型号:Varian Mercury 40,用于鉴定样品的结构,以氘代二甲基亚砜(DMSO-d6)或氘代氯仿(Chloroform-d)为溶剂,测定样品的1H NMR,化学位移(Chemical Shift)以百万分之一(ppm)为单位,偶合常數(J)单位为赫兹(Hz)。
由1H NMR光谱图,可以观察到在6.48ppm位置出现寡聚(2,6-二甲基苯醚)的苯环特征峰,2.10ppm位置出现寡聚(2,6-二甲基苯醚)的甲基特征峰,2.65ppm位置出现末端酮的甲基特征峰,6.97ppm和7.89ppm位置出现末端酮的苯环特征峰,且寡聚(2,6-二甲基苯醚)位于4.55ppm位置的羟基特征峰消失,证实末端羟基已反应且结构正确。经由凝胶渗透层析仪鉴定数目平均分子量为3613克/莫耳,重量平均分子量为5619克/莫耳。
[实施例3-1]含双醛结构的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物(寡聚物C-1)的合成
以下以R2为氢为例,此反应步骤仅为示例用,本发明不限于此。在100毫升三颈反应器中,加入10.00克(3.35mmole)的“含双环戊二烯与2,6-二甲基酚”加成物结构的酚末端的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物、1.036克(7.37mmole)的4-氯苯甲醛、1.018克(7.37mmole)的碳酸钾(K2CO3)以及50毫升的二甲基甲酰胺(Dimethylformamide)。接着,在氮气环境下,升温至140℃,反应24小时。反应结束后,冷却至室温。将混合物倒入甲醇水中析出,并以甲醇水清洗数次。最后抽气过滤,将滤饼于60℃下真空干燥,得到褐色粉体,产率75%,如下式所示。其中,n与m各自独立为0至300的整数。
由1H-NMR光谱图(图1-(c)),可以观察到在6.5ppm位置出现聚(2,6-二甲基苯醚)的苯环特征峰,2.10ppm位置出现聚(2,6-二甲基苯醚)的甲基特征峰,9.88ppm位置出现末端醛基特征峰,7.81ppm位置出现末端醛的苯环特征峰,且聚(2,6-二甲基苯醚)位于4.55ppm位置的羟基特征峰消失,证实末端羟基已反应且结构正确。经由凝胶渗透层析仪鉴定数目平均分子量为3552克/莫耳,重量平均分子量为4561克/莫耳。
[实施例3-2]含双醛结构的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物(寡聚物C-2)的合成
以下以R2为氢为例,此反应步骤仅为示例用,本发明不限于此。在100毫升三颈反应器中,加入1克(0.625mmole)的SA90、0.2196克(1.5625mmole)的4-氯苯甲醛、0.2191克(1.5625mmole)的碳酸钾(K2CO3)以及10mL的二甲基甲酰胺(Dimethylformamide)。接着,在氮气环境下,升温至130℃,反应24小时。反应结束后,冷却至室温。将混合物倒入甲醇水中析出,并以甲醇水清洗数次。最后抽气过滤,将滤饼于60℃下真空干燥,得到浅褐色粉体,产率69%,如下式所示。其中,n与m各自独立为0至300的整数。
由1H NMR光谱图,可以观察到在6.48ppm位置出现寡聚(2,6-二甲基苯醚)的苯环特征峰,2.10ppm位置出现寡聚(2,6-二甲基苯醚)的甲基特征峰,9.89ppm位置出现末端醛的氢特征峰,6.88ppm和7.80ppm位置出现末端醛的苯环特征峰,且寡聚(2,6-二甲基苯醚)位于4.55ppm位置的羟基特征峰消失,证实末端羟基已反应且结构正确。经由凝胶渗透层析仪鉴定数目平均分子量为3139克/莫耳,重量平均分子量为4214克/莫耳。
[磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的制备]
本发明的磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物例如可由以下所示的反应步骤形成,此反应步骤仅为示例用,本发明不限于此。将前述式(4)的双官能(2,6-二甲基苯醚)寡聚物、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物以及苯酚,在酸性触媒催化下进行反应,得到磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物,产物如下式所示:
[实施例4-1]“含双环戊二烯与2,6-二甲基酚”加成物结构的磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物(寡聚物D-1)的合成
以下以R2为甲基为例,此反应步骤仅为示例用,本发明不限于此。在100毫升三颈反应器中,加入10.00克(3.1mmole)的双酮(2,6-二甲基苯醚)寡聚物B-1、1.67克(7.75mmole)的9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、0.67克(DOPO含量的4wt%)的硫酸以及40.00克的苯酚。接着,在氮气环境下,升温至140℃,反应24小时。反应结束后,冷却至室温。将混合物倒入乙醇中析出,并以乙醇清洗数次。最后抽气过滤,将滤饼于60℃下真空干燥,得到褐色粉体,产率84%,如下式所示。其中,n与m各自独立为0至300的整数。
由1H-NMR光谱图(图1-(d)),可以观察到在6.5ppm位置出现聚(2,6-二甲基苯醚)的苯环特征峰,2.10ppm位置出现聚(2,6-二甲基苯醚)的甲基特征峰,6到8ppm位置出现DOPO苯环特征峰,且2.6ppm的末端酮的甲基特征峰消失,证实结构正确。经由凝胶渗透层析仪鉴定数目平均分子量为4088克/莫耳,重量平均分子量为5190克/莫耳。
[实施例4-2]磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物(寡聚物D-2)的合成
以下以R2为甲基为例,此反应步骤仅为示例用,本发明不限于此。在100毫升三颈反应器中,加入1克(0.5435mmole)的双酮(2,6-二甲基苯醚)寡聚物B-2、0.4670克(2.174mmole)的9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、0.0186克(DOPO含量的4重量%)的硫酸以及10克的苯酚。接着,在氮气环境下,升温至150℃,反应24小时。反应结束后,冷却至室温。将混合物倒入乙醇中析出,并以乙醇清洗数次。最后抽气过滤,将滤饼于60℃下真空干燥,得到米白色粉体,产率84%,如下式所示。其中,n与m各自独立为0至300的整数。
由1H NMR光谱图,可以观察到在6.48ppm位置出现寡聚(2,6-二甲基苯醚)的苯环特征峰,2.10ppm位置出现寡聚(2,6-二甲基苯醚)的甲基特征峰,6到8ppm位置出现9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)苯环特征峰,且2.65ppm的末端酮的甲基特征峰消失,证实结构正确。经由凝胶渗透层析仪鉴定数目平均分子量为3991克/莫耳,重量平均分子量为5845克/莫耳。
[实施例5-1]“含双环戊二烯与2,6-二甲基酚”加成物结构的磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物(寡聚物E-1)的合成
以下以R2为氢为例,此反应步骤仅为示例用,本发明不限于此。在100毫升三颈反应器中,加入10.00克(3.1mmole)的双醛(2,6-二甲基苯醚)寡聚物C-1、1.67克(7.75mmole)的9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、0.67克(DOPO含量的4wt%)的硫酸以及40.00克的苯酚。接着,在氮气环境下,升温至140℃,反应24小时。反应结束后,冷却至室温。将混合物倒入甲醇中析出,并以甲醇清洗数次。最后抽气过滤,将滤饼于60℃下真空干燥,得到浅褐色粉体,产率78%,如下式所示。其中,n与m各自独立为0至300的整数。
由1H-NMR光谱图(图1-(e)),可以观察到在6.5ppm位置出现聚(2,6-二甲基苯醚)的苯环特征峰,2.10ppm位置出现聚(2,6-二甲基苯醚)的甲基特征峰,6到8ppm位置出现DOPO苯环特征峰,且9.88ppm的末端醛的甲基特征峰消失,并在4.22ppm生成O=P-C-H结构氢的特征峰,在4.5到4.8ppm生成,证实结构正确。
[实施例5-2]磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物(寡聚物E-2)的合成
以下以R2为氢为例,此反应步骤仅为示例用,本发明不限于此。在100毫升三颈反应器中,加入1克(0.5525mmole)的双醛(2,6-二甲基苯醚)寡聚物C-2、0.358克(1.657mmole)的9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、0.0143克(DOPO含量的4重量%)的硫酸以及10克的苯酚。接着,在氮气环境下,升温至140℃,反应24小时。反应结束后,冷却至室温。将混合物倒入甲醇中析出,并以甲醇清洗数次。最后抽气过滤,将滤饼于60℃下真空干燥,得到灰色粉体,产率68%,如下式所示。其中,n与m各自独立为0至300的整数。
由1H NMR光谱图,可以观察到在6.48ppm位置出现寡聚(2,6-二甲基苯醚)的苯环特征峰,2.10ppm位置出现寡聚(2,6-二甲基苯醚)的甲基特征峰,6到8ppm位置出现9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)苯环特征峰,且9.89ppm的末端醛的氢特征峰消失,并在4.22ppm生成O=P-C-H结构氢的特征峰,证实结构正确。经由凝胶渗透层析仪鉴定数目平均分子量为3399克/莫耳,重量平均分子量为4524克/莫耳。
[含不饱和基团的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的制备]
本发明的含不饱和基团的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物F-1,例如可由以下所示的反应步骤形成,此反应步骤仅为示例用,本发明不限于此。对“含双环戊二烯与2,6-二甲基酚”加成物结构的磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物D-1进行末端官能化,在含氮或碱性触媒催化下加入甲基压克力酸酐(methacrylic anhydride),反应得到“含双环戊二烯与2,6-二甲基酚”加成物结构的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物F-1。产物结构式如下所示:
对“含双环戊二烯与2,6-二甲基酚”加成物结构的磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物D-1进行末端官能化,在碱性触媒催化下加入3-氯甲基苯乙烯或4-氯甲基苯乙烯(或者3,4取代混合物)(3 or 4-Vinylbenzyl chloride or mixture),反应得到“含双环戊二烯与2,6-二甲基酚”加成物结构的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物G-1。反应式如下所示:
[实施例6-1]含双环戊二烯结构与甲基丙烯酯基团的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物(寡聚物F-1)的合成
以下以R2为甲基为例,此反应步骤仅为示例用,本发明不限于此。在100毫升三颈反应器中,加入10.00克(2.63mmole)的“含双环戊二烯与2,6-二甲基酚”加成物结构的磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物D-1、0.93克(6.05mmole)的甲基丙烯酸酐(Methacrylicanhydride)、0.020克(甲基丙烯酸酐含量的1wt%)的醋酸钠(Sodium acetate)以及50毫升的二甲基乙酰胺(Dimethylacetamide)。接着,在氮气环境下,升温至85℃,反应24小时。反应结束后,冷却至室温。将混合物倒入甲醇中析出,并以甲醇清洗数次。最后抽气过滤,将滤饼于60℃下真空干燥,得到浅黄色粉体,产率81%,其中R2为甲基,如下式所示。其中,n与m各自独立为0至300的整数。
由1H-NMR光谱图(图2-(f)),可以观察到在6.5ppm位置出现聚(2,6-二甲基苯醚)的苯环特征峰,2.10ppm位置出现聚(2,6-二甲基苯醚)的甲基特征峰,6到8ppm位置出现DOPO苯环特征峰,末端压克力双键特征峰则在5.77和6.34ppm位置出现,证实结构正确。经由凝胶渗透层析仪鉴定数目平均分子量为4640克/莫耳,重量平均分子量为5382克/莫耳。
[实施例6-2]磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物(寡聚物F-2)的合成
以下以R2为甲基为例,此反应步骤仅为示例用,本发明不限于此。在100毫升三颈反应器中,加入1克(0.4132mmole)的磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物D-2、0.3376克(2.19mmole)的甲基丙烯酸酐(Methacrylic anhydride)、0.0034克(甲基丙烯酸酐含量的1重量%)的醋酸钠(Sodium acetate)以及10mL的二甲基乙酰胺(Dimethylacetamide)。接着,在氮气环境下,升温至80℃,反应24小时。反应结束后,冷却至室温。将混合物倒入甲醇中析出,并以甲醇清洗数次。最后抽气过滤,将滤饼于60℃下真空干燥,得到浅黄色粉体,产率81%,如下式所示。其中,n与m各自独立为0至300的整数。
由1H NMR光谱图(图3),可以观察到在6.48ppm位置出现寡聚(2,6-二甲基苯醚)的苯环特征峰,2.10ppm位置出现寡聚(2,6-二甲基苯醚)的甲基特征峰,6到8ppm位置出现DOPO苯环特征峰,末端压克力双键特征峰则在5.75和6.33ppm位置出现,证实结构正确。经由凝胶渗透层析仪鉴定数目平均分子量为4601克/莫耳,重量平均分子量为6004克/莫耳。
[实施例6-3]磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物(寡聚物F-3)的合成
以下以R2为氢为例,此反应步骤仅为示例用,本发明不限于此。在100毫升三颈反应器中,加入1克(0.4180mmole)的磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物E-2、0.1933克(1.254mmole)的甲基丙烯酸酐(Methacrylic anhydride)、0.0019克(甲基丙烯酸酐含量的1重量%)的醋酸钠(Sodium acetate)与10毫升的二甲基乙酰胺(Dimethylacetamide)。接着在氮气环境下,升温至50℃,反应12小时。反应结束后,冷却至室温。将混合物倒入甲醇中析出,并以甲醇清洗数次。最后抽气过滤,将滤饼于60℃下真空干燥,得到浅褐色粉体,产率70%,如下式所示。其中,n与m各自独立为0至300的整数。
由1H-NMR光谱图(图5),可以观察到在6.48ppm位置出现寡聚(2,6-二甲基苯醚)的苯环特征峰,2.10ppm位置出现寡聚(2,6-二甲基苯醚)的甲基特征峰,6到8ppm位置出现DOPO苯环特征峰,末端压克力双键特征峰则在5.74ppm位置出现,O=P-C-H结构的氢特征峰位移至4.31ppm,证实结构正确。
[实施例7-1]含双环戊二烯结构与苯乙烯基团的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物(寡聚物G-1)的合成
以下以R2为甲基为例,此反应步骤仅为示例用,本发明不限于此。在100毫升三颈反应器中,加入10.00克(2.63mmole)的“含双环戊二烯与2,6-二甲基酚”加成物结构的磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物D-1、0.92克(6.05mmole)的4-氯甲基苯乙烯(4-vinylbenzylchloride)、0.442克(5.52mmole)的20%氢氧化钠水溶液(NaOH(aq))以及50毫升的二甲基乙酰胺(Dimethylacetamide)。接着,在氮气环境下,升温至70℃,反应24小时。反应结束后,冷却至室温。将混合物倒入甲醇水中析出,并以甲醇水清洗数次。最后抽气过滤,将滤饼于60℃下真空干燥,得到浅黄色粉体,产率约86%,如下式所示。其中R2为甲基,如下式所示。其中,n与m各自独立为0至300的整数。
由1H-NMR光谱图(图2-(g)),可以观察到在6.5ppm位置出现聚(2,6-二甲基苯醚)的苯环特征峰,2.10ppm位置出现聚(2,6-二甲基苯醚)的甲基特征峰,6到8ppm位置出现DOPO苯环特征峰,末端苯乙烯双键特征峰则分别位于5.28ppm与5.79ppm,证实结构正确。经由凝胶渗透层析仪鉴定数目平均分子量为5281克/莫耳,重量平均分子量为6482克/莫耳。
[实施例7-2]磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物(寡聚物G-2)的合成
以下以R2为甲基为例,此反应步骤仅为示例用,本发明不限于此。在100毫升三颈反应器中,加入1克(0.4132mmole)的磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物D-2、0.3468克(2.2726mmole)的4-氯甲基苯乙烯(4-vinylbenzyl chloride)、0.2855克(2.066mmole)的碳酸钾(K2CO3)以及10毫升的二甲基乙酰胺(Dimethylacetamide)。接着,在氮气环境下,升温至100℃,反应24小时。反应结束后,冷却至室温。将混合物倒入甲醇水中析出,并以甲醇水清洗数次。最后抽气过滤,将滤饼于60℃下真空干燥,得到浅黄色粉体,产率约86%,结构如下式所示。其中,n与m各自独立为0至300的整数。
由1H NMR光谱图(图4),可以观察到在6.48ppm位置出现寡聚(2,6-二甲基苯醚)的苯环特征峰,2.10ppm位置出现寡聚(2,6-二甲基苯醚)的甲基特征峰,6到8ppm位置出现9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)苯环特征峰,末端苯乙烯双键特征峰则分别位于5.27ppm与5.78ppm,证实结构正确。经由凝胶渗透层析仪鉴定数目平均分子量为4768克/莫耳,重量平均分子量为6696克/莫耳。
[实施例7-3]磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物(寡聚物G-3)的合成
以下以R2为氢为例,此反应步骤仅为示例用,本发明不限于此。在100毫升三颈反应器中,加入1克(0.4180mmole)的磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物E-2、0.1914克(1.254mmole)的4-氯甲基苯乙烯(4-vinylbenzyl chloride)、0.1155克(0.4180mmole)的碳酸钾(K2CO3)与10毫升的二甲基乙酰胺(Dimethylacetamide)。接着,在氮气环境下,升温至80℃,反应12小时。反应结束后,冷却至室温。将混合物倒入甲醇中析出,并以甲醇清洗数次。最后抽气过滤,将滤饼于60℃下真空干燥,得到浅褐色粉体,产率73%,结构如下式所示。其中,n与m各自独立为0至300的整数。
由1H-NMR光谱图(图6),可以观察到在6.48ppm位置出现寡聚(2,6-二甲基苯醚)的苯环特征峰,2.10ppm位置出现寡聚(2,6-二甲基苯醚)的甲基特征峰,6到8ppm位置出现DOPO苯环特征峰,末端苯乙烯双键特征峰则分别位于5.26ppm与5.76ppm,O=P-C-H结构的氢特征峰位移至4.22ppm,证实结构正确。
[固化物的制备]
本发明的固化物例如可由以下所示的反应步骤形成,此反应步骤仅为示例用,本发明不限于此。将含不饱和基团的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物,以过氧化物作为起始剂,进行不饱合基的反应,或者将磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物与环氧树脂共聚合,可得到具有高玻璃转移温度、低介电常数、低损耗正切,且具备阻燃特性的固化物。
[实施例8-1]含双环戊二烯结构与甲基丙烯酯的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物F-1的自身交联固化物的制备
将实施例6-1的寡聚物F-1进行自身交联固化反应。添加寡聚物F-1,以1重量%的叔丁基过氧化异丙苯(TBCP)作为自由基起始剂,并以二甲苯配置成固含量20%的溶液。混合均匀后,倒入模具,在氮气环境下进行升温固化,升温条件为80℃(12小时)、120℃(2小时)、180℃(2小时)、200℃(2小时)、220℃(2小时)及240℃(2小时)。脱模后得到深咖啡色固化物,即实施例8-1的固化物。
[实施例8-2]含甲基丙烯酯的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物F-2的自身交联固化物的制备
将实施例6-2的寡聚物F-2进行自身交联固化反应。添加寡聚物F-2,以1重量%的叔丁基过氧化异丙苯(TBCP)作为自由基起始剂,并以二甲苯配置成固含量20%的溶液。混合均匀后,倒入模具,在氮气环境下进行升温固化,升温条件为80℃(12小时)、120℃(2小时)、180℃(2小时)、200℃(2小时)、220℃(2小时)及240℃(2小时)。脱模后得到深咖啡色固化物,即实施例8-2的固化物。
[实施例9-1]含双环戊二烯结构与甲基丙烯酯的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物F-1与环氧树脂共聚固化物的制备
将实施例6-1的寡聚物F-1与市售环氧树脂HP-7200(DIC公司)进行固化。使环氧树脂与含双环戊二烯结构与甲基丙烯酯的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的当量比为1:1,再加入叔丁基过氧化异丙苯(TBCP)作为自由基起始剂,及4-二甲氨基吡啶(DMAP)作为交联促进剂,并以二甲苯配置成固含量20%的溶液。其中,叔丁基过氧化异丙苯的含量为寡聚物F-1的1重量%,4-二甲氨基吡啶的含量为环氧树脂的0.5重量%。混合均匀后,倒入模具,在氮气环境下进行升温固化,升温条件为80℃(12小时)、120℃(2小时)、180℃(2小时)、200℃(2小时)、220℃(2小时)及240℃(2小时)。脱模后得到深咖啡色固化物,即为实施例9-1的固化物(由实施例6-1的寡聚物F-1与环氧树脂进行共聚而得)。
[实施例9-2]含甲基丙烯酯的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物F-2与环氧树脂共聚固化物的制备
将实施例6-2的寡聚物F-2与市售环氧树脂HP-7200(DIC公司)进行固化。使环氧树脂与含双环戊二烯结构与甲基丙烯酯的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的当量比为1:1,再加入叔丁基过氧化异丙苯(TBCP)作为自由基起始剂,及4-二甲氨基吡啶(DMAP)作为交联促进剂,并以二甲苯配置成固含量20%的溶液。其中,叔丁基过氧化异丙苯的含量为寡聚物F-2的1重量%,4-二甲氨基吡啶的含量为环氧树脂的0.5重量%。混合均匀后,倒入模具,在氮气环境下进行升温固化,升温条件为80℃(12小时)、120℃(2小时)、180℃(2小时)、200℃(2小时)、220℃(2小时)及240℃(2小时)。脱模后得到深咖啡色固化物,即为实施例9-2的固化物(由实施例6-2的寡聚物F-2与环氧树脂进行共聚而得)。
[实施例10-1]含双环戊二烯结构与苯乙烯基团的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物G-1的自身交联固化物的制备
将实施例7-1的寡聚物G-1进行自身交联。添加寡聚物G-1,以1重量%的叔丁基过氧化异丙苯(TBCP)作为自由基起始剂,并以二甲苯配置成固含量20%的溶液。其中,叔丁基过氧化异丙苯的含量为含双环戊二烯结构与苯乙烯的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的1重量%。混合均匀后,倒入模具,在氮气环境下进行升温固化,升温条件为80℃(12小时)、120℃(2小时)、180℃(2小时)、200℃(2小时)、220℃(2小时)及240℃(2小时)。脱模后得到深咖啡色固化物,即为实施例10-1的固化物(由实施例7-1的寡聚物G-1进行自身交联而得)。
[实施例10-2]含苯乙烯基团的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物G-2的自身交联固化物的制备
将实施例7-2的寡聚物G-2进行自身交联。添加寡聚物G-2,以1重量%的叔丁基过氧化异丙苯(TBCP)作为自由基起始剂,并以二甲苯配置成固含量20%的溶液。其中,叔丁基过氧化异丙苯的含量为含双环戊二烯结构与苯乙烯的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的1重量%。混合均匀后,倒入模具,在氮气环境下进行升温固化,升温条件为80℃(12小时)、120℃(2小时)、180℃(2小时)、200℃(2小时)、220℃(2小时)及240℃(2小时)。脱模后得到深咖啡色固化物,即为实施例10-2的固化物(由实施例7-2的寡聚物G-2进行自身交联而得)。
[比较例1]
依据实施例8的实验步骤,将末端为甲基丙烯酯的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的市售商品SA9000进行自身交联,脱模后得到深咖啡色固化物(比较例1)。
[比较例2]
依据实施例9的实验步骤,将末端为甲基丙烯酯的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的市售商品SA9000与市售环氧树脂HP-7200进行共聚固化,脱模后得到深咖啡色固化物(比较例2)。
[比较例3]
依据实施例8的实验步骤,将末端为苯乙烯的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的市售商品OPE-2St进行自身交联,脱模后得到深咖啡色固化物(比较例3)。
[磷系寡聚物官能化后的产物溶解度分析]
表一整理为市售商品SA90、市售商品OPE-2St、市售商品SA9000、实施例6-1、实施例6-2、实施例7-1以及实施例7-2的分子量测定及溶解度测试结果。
在本实施例中,使用凝胶透渗层析仪(Gel Permeation Chromatography,GPC)(厂牌及型号:Hitachi L2400)来测定分子量:管柱恒温40℃,流速设定为1.0mL/min,接着,将待测样品以1:99的比例溶于N-甲基吡咯烷酮(1-Methyl-2-pyrrolidone),并将溶液以0.22μm的过滤头过滤后,取25μL注入仪器中,藉此得知样品的数目平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)以及分子量分布(polydispersity index,PDI)。
由表一的结果可知,实施例6-1、实施例6-2、实施例7-1以及实施例7-2的数目平均分子量(Mn)皆小于7000,且分子量分布(PDI)皆小于2。此外,于溶解度测试中,实施例6-1、实施例6-2、实施例7-1以及实施例7-2皆可在室温下完全溶解于二甲基乙酰胺、四氢呋喃、氯仿和甲苯中,具有非常优异的有机溶解度。
表一、分子量及溶解度测试
a++澄清
[固化物的热性质分析]
表二整理为比较例1、比较例2、比较例3、实施例8-1、实施例8-2、实施例9-1、实施例9-2、实施例10-1以及实施例10-2的热性质评估结果。
在本实施例中,热性质的评估方式包括:(1)使用动态机械分析仪(DynamicMechanical Analyzer,DMA)(厂牌及型号:Perkin-Elmer Pyris Diamond)测量玻璃转移温度(Tg):以薄膜样品裁切2.0cm×1.0cm,使用方法为tension,升温速率为5℃/min,频率1Hz,振幅25μm,温度范围从40℃~350℃以测定储存模数(Storage Modulus)及Tanδ曲线,并求得玻璃转移温度(Tg)。
(2)使用热机械分析仪(Thermo-mechanical Analyzer,TMA)(厂牌及型号:SIITMA/SS6100)测量玻璃转移温度(Tg)以及热膨胀系数(Coefficient of thermalexpansion,CTE):将样品置入仪器中量其长度(薄膜),薄膜设置为tension,升温速率为5℃/min,热膨胀系数测量范围为50-150℃。
(3)使用热重损失分析仪(Thermo-gravimetric Analyzer,TGA)(厂牌及型号:PerkinElmer Pyris 1TGA)量测样品的5%热重损失温度(Td5%)以及800℃的焦炭残余率(Char yield,CY(%)):取3~5mg的待测物置于白金盘中,通入氮气(或空气),以20℃/min的升温速率,由40℃升至800℃,藉热分解曲线求其热分解温度,及在800℃时的残余重量百分比即焦炭残余率。其中,5%热重损失温度是指样品的重量损失达5%的温度,其中5%热重损失温度愈高代表样品的热稳定性愈佳。800℃的焦炭残余率是指加热温度达800℃时的样品的残余重量比率,其中800℃的残余重量比率愈高代表样品的热稳定性愈佳。
(4)阻燃性量测(UL-94难燃测试):先制备样品,即将大小为8in.×2in.的薄膜缠绕于直径为0.5in.的圆柱状支撑物,并且移动支撑物使得5in.的薄膜缠绕于支撑物上,未于支撑物上的薄膜将其撑开为一圆锥状,以完成样品的制备。接着,将上述制备的样品,以火焰燃烧3秒钟,移开火源记录火焰燃烧时间为t1,接着等待样品冷却再进行第二次的燃烧,燃烧时间一样为3秒,移开火源纪录燃烧时间为t2。在上述燃烧的过程中,于样品下方12in.处置放棉花,并且观察是否有垂滴的情形。以五件样品,重复上述测试方法并且记录t1与t2。当测试结果为平均t1+t2介于10至30秒之间,五组t1+t2时间不得大于50秒,并且没有观察到任何垂滴的情况,则此样品即为UL-94VTM-0等级。当测试结果为平均t1+t2时间介于10至30秒之间,并且没有观察到任何垂滴的情况,则此样品即为UL-94VTM-1等级。
表二、固化物的热性质分析
a利用DMA在5℃/min的加热速率下测量
b利用TMA在5℃/min的加热速率下测量
c记录在50℃至150℃之间的热膨胀系数
d利用TGA在20℃/min的加热速率下测得的5%热重损失温度
e在800℃下的焦炭残余重量
[固化物的热性质分析]
表二的自身交联固化物为比较例1的固化物、比较例3的固化物、实施例8-1、实施例8-2、实施例10-1及实施例10-2的固化物。由表二的结果可知,根据DMA量测玻璃转移温度的结果,相较于比较例2的固化物的玻璃转移温度(221℃)以及比较例3的固化物的玻璃转移温度(229℃),实施例8-1的固化物以及实施例9-1的固化物皆具有较高的玻璃转移温度(260、248℃)。接着,根据TGA分析材料热稳定性的结果,相较于比较例2的固化物的5%热重损失温度(433℃)、焦炭残余率(16%)以及比较例3的固化物的5%热重损失温度(394℃)、焦炭残余率(27%),实施例8-1的固化物的5%热重损失温度(425℃)、焦炭残余率(35%)以及实施例10-1的固化物的5%热重损失温度(431℃)、焦炭残余率(35%)皆接近或较高。因此,可得知本实施例将磷系结构导入于(2,6-二甲基苯醚)寡聚物中,可进一步提升固化物的热性质,以具有较佳的热稳定性。此外,经UL-94难燃测试的结果可知,所有磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的自身交联固化物、与环氧树脂的共聚固化物(实施例8-1、实施例8-2、实施例10-1及实施例10-2的固化物)皆可达到VTM V-0等级,反之,商品的固化物(比较例2的固化物与比较例3的固化物)皆为V-1等级,再次显示导入含磷结构可以有效提升热稳定性与阻燃性。
[固化物的电气性质分析]
表三整理为比较例1、比较例2、比较例3、实施例8-1、实施例8-2、实施例9-1、实施例9-2、实施例10-1以及实施例10-2的电气性质评估结果。
在本实施例中,电气性质的评估方式包括:(1)以介电常数仪(Dielectricconstant Analysis)(厂牌及型号:台湾罗德史瓦兹)在10GHz下测量固化薄膜的介电常数及损耗正切:将薄膜样品裁切成9cm x 13cm,于恒温环境下测量。(2)以阻抗分析仪(厂牌及型号:Keysight E4991A)用于量测样品材料介电常数与损耗正切:将200~400um的厚膜放入金属共振腔,确实压住无缝隙后开始检测,检测频率为10GHz。
表三、固化物的电气性质
由表三的结果可知,在共聚固化物(比较例2的固化物)中,相较于比较例2的固化物的介电常数为2.85,实施例8-1的固化物的介电常数为2.68,皆具有相似的介电常数。相较于比较例2的固化物的损耗正切为0.003,实施例8-1的固化物的损耗正切为0.004,皆具有相似的损耗正切。因此,即使将磷系结构导入于(2,6-二甲基苯醚)寡聚物中,仍能维持良好的介电性质。此外,经UL-94难燃测试的结果可知,本实施例的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物与环氧树脂的共聚固化物(实施例8-1的固化物)可达到VTM V-0等级。
由表三的结果可知,在自身交联固化物(比较例3的固化物、实施例10-1的固化物)中,相较于比较例3的固化物的介电常数为2.69,实施例10-1的固化物的介电常数为2.71,皆具有相似的介电常数。相较于比较例3的固化物的损耗正切为0.007,实施例10-1的固化物的损耗正切为0.004(10GHz),皆具有相似的损耗正切。因此,即使将磷系结构导入于(2,6-二甲基苯醚)寡聚物中,仍能维持良好的介电性质。
综上所述,在本实施例的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物及其制备方法中,可仅需藉由3个步骤而制备得到磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物,使得本实施例所提供的制备方法可具有简化步骤、降低生产成本的效果。此外,由于本实施例的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的分子量低,因而具有优异的有机溶解度。另外,由本实施例的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物所制备的固化物,可具有高玻璃转移温度、低介电性质、较佳的热稳定性以及良好的阻燃特性。
虽然本发明已以实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许的更动与润饰,故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
Claims (15)
2.一种具有如权利要求1所述的式(1)所示的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的制备方法,其特征在于,包括:
将式(2)所示的酚末端的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物与式(3)所示的苯酮化合物或苯醛化合物在碱性触媒催化下反应,得到式(4)所示的双官能(2,6-二甲基苯醚)寡聚物;
将式(4)所示的双官能(2,6-二甲基苯醚)寡聚物、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物以及式(5)所示的含R3的苯酚在酸性触媒催化下反应,得到式(6)所示的磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物;以及
将式(6)所示的磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物与醋酸酐或甲基压克力酸酐在含氮或碱性触媒催化下反应,或将式(6)所示的磷系双酚(2,6-二甲基苯醚)寡聚物与3-氯苯乙烯或4-氯苯乙烯在所述碱性触媒催化下反应,得到式(1)所示的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物,
其中
R'0、R0、R1、R2以及R3各自独立为氢、C1-C6烷基或苯基,
Z为氟或氯,
n与m各自独立为0至300的整数,
p与q各自独立为1至4的整数。
3.如权利要求2所述的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的制备方法,其特征在于,式(3)所示的苯酮化合物包括4-氟苯乙酮及4-氯苯乙酮;式(3)所示的苯醛化合物包括4-氟苯甲醛及4-氯苯甲醛;式(4)所示的双官能(2,6-二甲基苯醚)寡聚物包括含双酮结构的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物或含双醛结构的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物,其中所述含双酮结构的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物是当所述式(4)中的R2为甲基时的化合物,且所述含双醛结构的(2,6-二甲基苯醚)寡聚物是当所述式(4)中的R2为氢时的化合物。
4.如权利要求2所述的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的制备方法,其特征在于,所述碱性触媒包括碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸氢钠、醋酸钠或其组合。
5.如权利要求2所述的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的制备方法,其特征在于,所述酸性触媒包括氢氯酸、氢溴酸、氢碘酸、硫酸、甲基磺酸、甲基苯磺酸或其组合。
6.如权利要求2所述的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的制备方法,其特征在于,所述含氮触媒包括4-二甲氨基吡啶、吡啶、咪唑、二甲基咪唑或其组合。
7.一种固化物,其特征在于,其是使如权利要求1所述的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物与触媒混合并进行加热固化而得。
8.如权利要求7所述的固化物,其特征在于,其中所述触媒包括过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化异丙苯或其组合。
9.如权利要求7所述的固化物,其特征在于,其中以所述的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的总重量计,所述触媒的含量为0.1重量%至1.0重量%。
10.一种固化物,其特征在于,其是使如权利要求6所述的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物与环氧树脂等当量混合后,再与触媒经加热共聚而得,其中所述触媒包括环氧树脂开环剂与双键起始剂。
11.如权利要求10所述的固化物,其特征在于,所述环氧树脂开环剂包括4-二甲氨基吡啶、吡啶、咪唑、二甲基咪唑或其组合。
12.如权利要求10所述的固化物,其特征在于,以所述环氧树脂的总重量计,所述环氧树脂开环剂的含量为0.5重量%至2.0重量%。
13.如权利要求10所述的固化物,其特征在于,所述双键起始剂包括过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化异丙苯、二叔丁基过氧化物或其组合。
14.如权利要求10所述的固化物,其特征在于,以所述的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的总重量计,所述双键起始剂的含量为0.1重量%至1.0重量%。
15.一种如权利要求1所述的磷系(2,6-二甲基苯醚)寡聚物的用途,其特征在于,其用于基层板、铜箔基板或印刷电路版的制作材料。
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