一种低介电常数poss/聚氨酯复合材料薄膜及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜及其制备方法，属于高分子材料技术领域。该复合材料是由具有式Ⅰ结构的POSS和具有式Ⅱ结构的聚氨酯组成。本发明还提供一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜的制备方法。该方法先将八苯基POSS溶于溶剂中，得到八苯胺基POSS溶液；然后将聚氨酯加入到八苯胺基POSS溶液中搅拌，得到混合溶液，将混合溶液倾倒于玻璃板上，然后将玻璃板移入真空烘箱中烘干，得到低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜。本发明的复合材料具有较低的介电常数和较好的机械性能。
【专利说明】
一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种低介电常数P0SS/聚氨酯复合材 料薄膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着电子工业的飞速发展，电子元器件呈小型化和高效化的趋势，因而对电子元 器件的封装材料提出了越来越高的要求。可用作封装绝缘材料的高分子材料有许多种，如： 有机硅类、环氧树脂类、聚酰胺类、聚芳醚类、聚氨酯类等，其中聚氨酯类高分子材料及其发 泡材料由于轻质、耐辐射、耐疲劳性好、抗冲击强度高、绝缘性能优异等特点而受到了广泛 的关注。利用溶液共混制备无机-有机复合材料的方法由于制备过程简便，可操作性强，且 能够结合无机材料和有机高分子材料的优势，所制备的复合材料具有光学透明性、折光指 数和介电常数可调的特点而倍受瞩目。多面体齐聚倍半硅氧烷(P0SS)是一类由无机硅氧烷 笼型空心结构结合外围有机基团构成的纳米粒子。其在与有机高分子聚合物材料溶液共混 的过程中能够充分发挥外围有机基团与高分子材料相容性好的优势，同时结合内部笼型空 心结构介电常数低的优点，从而在保证其与聚合物基体材料相容性的同时赋予复合材料特 定的功能性。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种低介电常数P0SS/聚氨酯复合材料薄膜及其制备方法， 该复合材料具有较低的介电常数和较好的机械性能。
[0004] 本发明首先提供一种低介电常数P0SS/聚氨酯复合材料薄膜，该复合材料是由具 有式I结构的P0SS和具有式Π 结构的聚氨酯组成；
[0006] 式 Π 中，m= 1 ~10，n = 50~500。
[0007] 本发明还提供一种低介电常数P0SS/聚氨酯复合材料薄膜的制备方法，包括：
[0008] 步骤一：将八苯基P0SS溶于溶剂中，在60~90°C下搅拌2~4小时，得到八苯胺基 P0SS溶液；
[0009] 步骤二:将聚氨酯加入到步骤一得到的八苯胺基P0SS溶液中搅拌，得到混合溶液， 将混合溶液倾倒于玻璃板上，然后将玻璃板移入真空烘箱中，升温至60°C烘干2-4小时，再 升温至80°C烘干12-24小时，然后在真空条件下升温至120°C烘干12-24小时，得到低介电常 数P0SS/聚氨酯复合材料薄膜。
[0010] 优选的是，所述步骤一溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
[0011] 优选的是，所述八苯基P0SS的质量(g):溶剂的体积(ml)为(0.05~0.2): (10-15)。 [0012]优选的是，所述八苯基P0SS与聚氨酯的质量比为(0.05~0.2): 1。
[0013]优选的是，所述步骤二的搅拌温度为室温，搅拌时间为24~48小时。
[0014]本发明的有益效果
[0015] 本发明首先提供一种低介电常数P0SS/聚氨酯复合材料薄膜，该复合材料是由具 有式I结构的P0SS和具有式Π 结构的聚氨酯组成；该复合材料通过引入P0SS可以显著地提 高材料的绝缘性能、机械性能和热稳定性，并有效地降低材料的介电常数，实验结果表明： 当P0SS添加量达到20wt%时，复合材料在1MHz时的介电常数可降至3.72。
[0016] 本发明还提供一种低介电常数P0SS/聚氨酯复合材料薄膜的制备方法，该制备方 法简单、原料易得，制备得到的复合材料具有较低的介电常数和较好的机械性能，因此可有 望应用于电子封装领域作为封装用绝缘材料。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明实施例1制备的低介电常数P0SS/聚氨酯复合材料薄膜的扫描电镜照 片。
[0018] 图2为本发明实施例1备的低介电常数P0SS/聚氨酯复合材料薄膜在不同测试频率 下的介电常数。
【具体实施方式】
[0019] 本发明首先提供一种低介电常数P0SS/聚氨酯复合材料薄膜，该复合材料是由具 有式I结构的P0SS和具有式Π 结构的聚氨酯组成；
[0021] 式 Π 中，m= 1 ~10，n = 50~500。
[0022] 本发明还提供一种低介电常数P0SS/聚氨酯复合材料薄膜的制备方法，包括：
[0023] 步骤一:将八苯基P0SS溶于溶剂中，在60~90°C下搅拌2~4小时，将得到的反应溶 液冷却至室温再继续搅拌，所述的搅拌时间优选为24~48小时，得到八苯胺基P0SS溶液;所 述的溶剂没有特殊限制，能够溶解八苯基P0SS即可，优选为N-甲基吡咯烷酮(NMP);所述八 苯基P0SS的质量(g):溶剂的体积(ml)优选为(0.05~0.2): (10-15);
[0024]步骤二:将聚氨酯加入到步骤一得到的八苯胺基P0SS溶液中搅拌，所述的搅拌温 度优选为室温，搅拌时间优选为24~48小时，得到混合溶液，将混合溶液倾倒于放置的平整 玻璃板上，然后将玻璃板移入真空烘箱中，升温至60 °C烘干2-4小时，再升温至80 °C烘干12-24小时，然后在真空条件下升温至120°C烘干12-24小时，得到低介电常数P0SS/聚氨酯复合 材料薄膜，所述八苯基P0SS与聚氨酯的质量比优选为(0.05~0.2): 1。
[0025]本发明的低介电常数P0SS/聚氨酯复合材料，通过引入P0SS可以显著地提高材料 的绝缘性能、机械性能和热稳定性，并有效地降低材料的介电常数，因此可有望应用于电子 封装领域作为封装用绝缘材料。
[0026]将得到的低介电常数P0SS/聚氨酯复合材料薄膜的微观结构和介电常数分别通过 扫描电子显微镜(SEM)和介电常数仪测试得到。
[0027]下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明，实施例中涉及到的原料均为 商购获得。
[0028] 实施例1
[0029] 1)向锥形瓶中分别加入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)，加热至60°C搅拌2小时，然后将上述溶液冷却至室温继续搅拌24 小时，使得八苯胺基P0SS充分溶解。
[0030] 2)向上述溶液中分别加入1克聚氨酯，室温搅拌24小时后，将溶液分别倾倒于水平 放置平整玻璃板上。然后将玻璃板移入真空烘箱中，升温至60°C烘干4小时，之后升温至80 °C烘干24小时，然后在真空条件下升温至120°C烘干24小时，即制得一系列P0SS质量分数分 另IJ为5%、10%、15%、20%的低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜。
[0031]图1为本发明实施例1制备的低介电常数P0SS/聚氨酯复合材料薄膜的扫描电镜照 片，其中(A)、（B)、（C)、（D)分别代表P0SS质量分数分别为5%、10%、15%、20%的薄膜照片， 图1说明：随着制备的P0SS/聚氨酯复合材料中P0SS添加量的增加，复合材料的扫描电镜照 片中代表P0SS的微米尺度的白色小圆球逐步增多。
[0032]图2为本发明实施例1制备的低介电常数P0SS/聚氨酯复合材料薄膜在不同测试频 率下的介电常数。图2说明：随着制备的P0SS/聚氨酯复合材料中P0SS添加量的增加，复合材 料的介电常数呈逐步下降的趋势；当P0SS添加量达到20wt%时，复合材料在1MHz时的介电 常数可降至3.72。说明具有空心结构的P0SS的引入能够显著降低复合材料的介电常数。
[0033] 将实施例1制备得到的低介电常数P0SS/聚氨酯复合材料薄膜进行机械性能和热 性能测试，结果如表1和表2所示。
[0034] 表 1
[0035]
[0036]从表1可以看出，随着制备的P0SS/聚氨酯复合材料中P0SS添加量的增加，复合材 料的拉伸强度和杨氏模量逐步提升，但复合材料的断裂伸长率逐步下降，说明P0SS的引入 显著提高了复合材料的强度和刚性。
[0037] 表 2
[0038]
[0040]从表2可以看出，随着制备的P0SS/聚氨酯复合材料中P0SS添加量的增加，复合材 料的玻璃化转变温度(Tg)、5%热失重温度(DT5)及5 %热失重温度(DT1Q)均得到明显提升。 说明POSS的引入显著提高了复合材料的热性能。
[0041 ] 实施例2
[0042] 1)向锥形瓶中分别加入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)，加热至80°C搅拌4小时，然后将上述溶液冷却至室温继续搅拌48 小时，使得八苯胺基P0SS充分溶解。
[0043] 2)向上述溶液中分别加入1克聚氨酯，室温搅拌48小时后，将溶液分别倾倒于水平 放置平整玻璃板上。然后将玻璃板移入真空烘箱中，升温至60°C烘干4小时，之后升温至80 °C烘干24小时，然后在真空条件下升温至120°C烘干24小时，即制得一系列P0SS含量不同的 低介电常数P0SS/聚氨酯复合材料薄膜。
[0044] 实施例3
[0045] 1)向锥形瓶中分别加入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)，加热至90°C搅拌2小时，然后将上述溶液冷却至室温继续搅拌24 小时，使得八苯胺基P0SS充分溶解。
[0046] 2、向上述溶液中分别加入1克聚氨酯，室温搅拌24小时后，将溶液分别倾倒于水平 放置平整玻璃板上。然后将玻璃板移入真空烘箱中，升温至60°C烘干2小时，之后升温至80 °C烘干12小时，然后在真空条件下升温至120°C烘干12小时，即制得一系列P0SS含量不同的 低介电常数P0SS/聚氨酯复合材料薄膜。
[0047] 实施例4
[0048] 1、向锥形瓶中分别加入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)，加热至70°C搅拌4小时，然后将上述溶液冷却至室温继续搅拌48 小时，使得八苯胺基P0SS充分溶解。
[0049] 2、向上述溶液中分别加入1克聚氨酯，室温搅拌48小时后，将溶液分别倾倒于水平 放置平整玻璃板上。然后将玻璃板移入真空烘箱中，升温至60°C烘干2小时，之后升温至80 °C烘干12小时，然后在真空条件下升温至120°C烘干12小时，即制得一系列P0SS含量不同的 低介电常数P0SS/聚氨酯复合材料薄膜。
[0050] 实施例5
[0051 ] 1、向锥形瓶中分别加入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)，加热至80°C搅拌3小时，然后将上述溶液冷却至室温继续搅拌36 小时，使得八苯胺基P0SS充分溶解。
[0052] 2、向上述溶液中分别加入1克聚氨酯，室温搅拌36小时后，将溶液分别倾倒于水平 放置平整玻璃板上。然后将玻璃板移入真空烘箱中，升温至60°C烘干3小时，之后升温至80 °C烘干18小时，然后在真空条件下升温至120°C烘干18小时，即制得一系列P0SS含量不同的 低介电常数P0SS/聚氨酯复合材料薄膜。
【主权项】
1. 一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜，其特征在于，该复合材料是由具有式I 结构的POSS和具有式Π 结构的聚氨酯组成；式Π 中，m=l~10，n = 50~500。2. 根据权利要求1所述的一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜的制备方法，其特 征在于，包括： 步骤一:将八苯基POSS溶于溶剂中，在60~90°C下搅拌2~4小时，得到八苯胺基POSS溶 液； 步骤二:将聚氨酯加入到步骤一得到的八苯胺基POSS溶液中搅拌，得到混合溶液，将混 合溶液倾倒于玻璃板上，然后将玻璃板移入真空烘箱中，升温至60°c烘干2-4小时，再升温 至80°C烘干12-24小时，然后在真空条件下升温至120°C烘干12-24小时，得到低介电常数 POSS/聚氨酯复合材料薄膜。3. 根据权利要求1所述的一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜的制备方法，其特 征在于，所述步骤一溶剂为N-甲基吡咯烷酮。4. 根据权利要求1所述的一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜的制备方法，其特 征在于，所述八苯基POSS的质量(g):溶剂的体积(ml)为(0.05~0.2): (10-15)。5. 根据权利要求1所述的一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜的制备方法，其特 征在于，所述八苯基POSS与聚氨酯的质量比为(0.05~0.2): 1。6. 根据权利要求1所述的一种低介电常数POSS/聚氨酯复合材料薄膜的制备方法，其特 征在于，所述步骤二的搅拌温度为室温，搅拌时间为24~48小时。
【文档编号】C08L75/04GK105885386SQ201610265122
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】耿直, 苏忠民, 邵琛, 朱东霞, 孙海珠, 秦春生
【申请人】吉林省吉刚新材料科技开发有限公司