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聚苯醚的官能化改性与性能研究文献综述

 2020-04-15 09:04  

1.目的及意义

随着信息产业化的不断发展,对信号传输速度和传递损失要求越来越高,低介电、低损耗覆铜板的开发成为目前研究的热点。聚四氟乙烯(PTFE)基玻璃纤维介质板由于优异的介电性能一直扮演着重要的角色,但其缺点也很突出,玻璃化转变温度低、刚性差且成本昂贵,这些劣势限制了其在覆铜板领域的应用。聚苯醚(PPO)树脂由于分子结构对称、不含强极性基团,且主链上具有刚性的苯环,介电性能优异、耐热性好、物理机械性能突出,作为为数不多的几种综合性能优异的树脂之一,在低损耗覆铜板中具有广阔的应用前景[1]

PPO为五大通用工程塑料之一,具有较高的性价比,但用作印刷线路板(PCB)的基体树脂时,存在加工困难、耐溶剂性差等弱点[2]。PPO的分子量普遍较高,加上分子中的芳香环结构使分子链段内旋转困难,所以PPO的熔体粘度大,流动性差,在溶剂中的溶解性也不好;并且PPO属于热塑性树脂,在矿物油、酮类或酯类溶剂中会发生应力开裂,而卤代脂肪烃和芳香烃类溶剂,如二氯乙烷和甲苯等,会使聚苯醚发生溶胀或者溶解,使得PPO在工业化应用中受到了很大的限制。

为了适应覆铜板的应用需求,研究人员一般都倾向于使用低分子量的聚苯醚,然后再对其进行热固改性[3-5]。通过降低分子量,能够在保持PPO原有优良性质的基础上,降低黏度、改善加工流动性。制备低分子量PPO的方法众多,其中直接用二元酚再分配高分子量的聚苯醚,所得产物纯度高、工艺流程较少而被普遍使用[6-7]。Gaymans[7]以高分子量的PPO为原料,采用四甲基双酚A再分配PPO,经甲醇/甲苯混合溶剂过滤后,制备了数均分子量1400的双端羟基聚苯醚PPO-2OH。虽然低分子量化是改善PPO加工性能的有效方法,但分子量应该控制的具体范围需要进一步研究,分子量过高会使流动性变差,过低则会影响耐热性和介电性能。

目前,结构官能化是聚苯醚热固改性中最有前景的一种,在聚苯醚结构中引入可参与反应的官能团,通过自身固化或与其他热固性树脂反应,可得到性能优异的改性体系[8]。常用的改性剂一般带有酸酐基、环氧基或烯丙基,其中烯丙基为非极性基团,在聚苯醚两端引入具有反应活性的烯丙基, 可以利用它含有的不饱和双键直接进行交联固化,能够最大限度的体现聚苯醚优异的电学性能[9]。乙烯基苄基与烯丙基的结构类似,用乙烯基苄基卤化物对聚苯醚进行改性,同样可以在分子链两端引入双键,并且由于苯乙烯的吸电子能力强于双键,卤代甲基苯乙烯与酚羟基的反应更为容易,也更为彻底。但是取代基中苯环的位阻较大,会影响双键加成固化反应的进行。因此,官能化改性聚苯醚固化反应的控制是研究的重点。

本课题拟对聚苯醚进行官能化改性,在低分子量双端羟基聚苯醚分子链两端引入含有双键的乙烯基苄基,研究分子量对聚苯醚加工性、耐热性和介电性能的影响,控制官能化改性聚苯醚的固化反应。这种改性方法不仅能保持聚苯醚原本优良的介电性能、热性能和物理机械性能,还可以改善其加工性能和耐溶剂性能,使PPO更好地应用于低损耗覆铜板中。

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2. 研究的基本内容与方案

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1、PPO的再分配反应

将数均分子量10000以上的PPO溶于等量的甲苯溶剂中,100℃加热搅拌使其完全溶解,然后加入一定量的双酚A作为再分配试剂,继续加热搅拌待其溶解后,再慢慢加入一定量的BPO作为引发剂,在100℃下反应2小时。待其冷却到室温后,经甲醇溶剂沉淀、过滤,干燥可得到再分配的PPO-2OH产物。重复上述反应步骤,但改变双酚A和BPO的用量,得到不同分子量的PPO-2OH产物。

2、PPO-2OH的官能化改性

混合PPO-2OH、乙烯基苄基氯和甲苯/异丙醇有机溶剂,搅拌均匀,先后在其中滴入氢氧化钠和相转移催化剂(四丁基溴化铵)进行反应。原料配比(相对于1mol的聚苯醚的羟基):乙烯基苄基氯1.30mol,48%氢氧化钠水溶液3.30mol;甲苯/异丙醇(质量比7/3)的质量分数200%(相对于聚苯醚),反应温度75℃,反应时间5小时,经甲醇溶剂沉淀、过滤,干燥可得到官能化改性的聚苯醚产物。

3、改性聚苯醚的固化反应

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