[发明专利]一种基于改性环氧-POSS的环保阻燃型环氧树脂复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机高分子材料领域，具体涉及一种基于改性环氧-POSS的环保阻燃型环氧树脂复合材料制备方法。

 

技术背景

    伴随着微电子技术以及微电子封装技术的发展，环氧塑封料（EMC）作为主要的电子封装材料也得到了快速的发展。环氧塑封料以其高可靠性、低成本、生产工艺简单、适合大规模生产等特点，占据了整个微电子封装材料90%以上的市场。国际绿色环保趋势对于EMC有了更高的要求：一、无铅化；二、从非环保向绿色环保过渡，要求无溴、无锑。另外，随着电子产品向着小型化、多功能化方向发展，对为其配套的环氧树脂材料的韧性、导热性、耐热性及阻燃性等都提出了更高的要求。

笼型聚倍半硅氧烷（POSS）是第一类已工业化的纳米结构的化学品，是最有潜力的一种纳米粒子，它是由Si-O-Si形成的骨架及有机基团形成的侧链组成的纳米粒子。POSS与二氧化硅、有机硅或其它填料不同，经官能化的POSS可通过共聚、接枝、交联反应引入高分子骨架当中，使制备出的含POSS热塑性、热固性高分子复合材料具有有机和无机材料的综合性能。复合材料的玻璃化转变温度、阻燃性能、力学性能、透气性能得到显著提高。根据所用 POSS 中含有的功能性有机基团的种类、数量的不同，POSS 分子在聚合物中所处的地位也不同，可以作为主链、侧链、交联点、端基或者无机内核，对应形成的聚合物的形式分别为珠串结构、侧链形式、交联结构、蝌蚪型和星型等。近年来，POSS在高分子材料改性方面的研究发展迅速，人们已经制得一系列这一类特殊的无机/有机杂化材料。

基于POSS的共聚物已经成为一类新型无卤阻燃型高分子复合材料，符合当今开发环境友好阻燃材料的发展方向。POSS结构与“沸石”类似，热分解后残余物中含有大量的Si-O-C结构，高含量的无机氧化硅使其具有良好的阻燃能力。因此可延迟聚合物燃烧速度，降低燃烧热。一般的含有双键或环氧基的笼型倍半硅氧烷大分子的单体固化后，分解温度都可达到 225~300℃左右。已经有大量研究表明，燃烧状态下，纯环氧树脂的分子较容易断裂产生包含CO₂和CO的小分子。而对于POSS/环氧树脂共聚物，POSS的存在可显著阻滞燃烧时高分子链的断裂。断裂产生的分子量较高的分子碎片在材料表面形成凝聚的碳保护层，从而防止材料的内层进一步燃烧。利用POSS与环氧树脂之间的相互作用，可以大大改善环氧树脂的内应力、增强其韧性、耐高温性能及阻燃性能。

 

发明内容

本发明目的在于提供一种基于改性环氧-POSS的环保阻燃环氧树脂制备方法。

一种基于环氧-POSS的环保阻燃型环氧树脂复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将60~99重量份环氧树脂和1~20重量份改性环氧-POSS一起充分溶解于溶剂中制成80 wt.%的树脂胶液；

（2）将1~20重量份固化剂和0.1~10重量份固化促进剂用溶剂完全溶解成溶液；

（3）将（1）中树脂胶液和（2）中溶液进行搅拌混合成混合液，然后对混合液进行加热，加热温度不超过70℃；再向混合液中加入催化剂，反应1-10 h后脱除多余的溶剂得复合材料；

（4）将（3）中复合材料进行浇模，然后采用“两步升温法”进行固化成型，得到侧链悬挂POSS的杂化环氧树脂复合材料；

所述改性环氧-POSS是由乙烯基-POSS按乙烯基氧化法制备而成，或是由3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按水解缩合法制备而成。

进一步，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或脂环族环氧树脂中一种。

进一步，所述固化剂为4,4’-二氨基二苯砜、双氰胺、1,5-二胺基-2-甲基戊烷、二乙氨基丙胺或六氢苯酐。

进一步，所述固化促进剂为2-甲基咪唑。

进一步，所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡、偶氮二异丁腈（AIBN）或过氧化二苯甲酰（BPO），催化剂的加入量为改性环氧-POSS质量的0.2~2 %。

进一步，所述溶剂为丙酮、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、乙醇中的一种或几种。

本发明中“两步升温法”是指在不同的温度分别进行固化，如先升温至120℃时固化 1 h，然后再升温至150℃时再固化3 h。

本发明步骤（2）中固化剂和固化促进剂可直接溶于步骤（1）的树脂胶液中制备成混合溶液。