[发明专利]一种含有POSS结构超低介电常数聚芳醚酮聚合物及其制备方法

说明书

一种含有POSS结构超低介电常数聚芳醚酮聚合物及其制备方法，属于高分子材料及其制备技术领域。本发明所述的含有POSS结构超低介电常数聚芳醚酮聚合物的制备方法，其分两步合成：第一步，合成不同羧基结构含量的聚芳醚酮聚合物；第二步，在DCC/DMAP催化条件下，不同羧基结构含量的聚芳醚酮与单氨基POSS发生酰胺缩合反应，制备不同POSS结构含量的聚芳醚酮聚合物。聚合物保留了含羧基结构聚芳醚酮优异的力学性能和加工性能，POSS结构的引入，在大幅度降低聚合物的介电常数的同时，进一步提升和改善了聚合物的力学性能和热性能，使含POSS结构聚芳醚酮聚合物兼具超低介电常数与优异的综合性能，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于高分子材料及其制备技术领域，具体涉及一种含有POSS结构超低介电常数聚芳醚酮聚合物及其制备方法。

背景技术

随着电子信息技术的快速发展，电子元器件的高性能化和尺寸小型化，要求介电层间绝缘材料具有更低的介电常数，因此开发低介电常数的材料尤为重要。

聚四氟乙烯的介电常数在1.8～2.2之间，并且具有介电损耗小，不受频率、温度和湿度影响等优点，在电子信息领域得到较好的应用。但是聚四氟乙烯材料存在机械性能差、热膨胀系数大的缺点，限制了其应用范围。聚酰亚胺具有优异的热性能、化学稳定性、力学性能和介电性能，在微电子技术领域得到了比较广泛的应用。聚酰亚胺的介电常数通常在3.0～3.4之间，较高的介电常数制约了其在集成电路领域的广泛应用。降低聚酰亚胺的介电常数的方法主要有引入含氟解构和大体积侧基结构以及制备具有微孔结构聚酰亚胺。虽然介电常数明显降低，但是一定程度上带来研发成本升高或力学性能下降的问题。在电子工业领域，开发具有低介电常数且综合性能优异的高分子材料，仍然是当前的研发热点。

聚芳醚酮是主链含有刚性苯环结构和羰基结构的高性能芳香族高聚物，具有优异的耐高温、耐辐射、力学性能和加工性能等优点，因其优异的综合性能已经被广泛应用于电子电器、汽车、医疗、核工业以及航空航天等高精尖技术领域。同样地，在聚芳醚酮链段中引入含氟解构和大体积侧基结构，可以降低聚芳醚酮材料的介电常数，扩大了其在电子领域的应用。聚倍半硅氧烷(POSS)是一类具有纳米尺寸笼形结构的有机无机杂化材料，将其引入到聚合物结构中，不仅可以起到纳米增强的作用，提高聚合物的力学性能，其独特的笼形空心结构可以显著降低聚合物的介电常数。本发明从分子设计角度出发，通过亲核取代路线，设计合成具有优异力学性能的不同羧基结构含量的聚芳醚酮聚合物，利用羧基官能团的可再反应性，选择二环己基碳二亚胺/4-二甲氨基吡啶(DCC/DMAP)催化体系，将单氨基POSS化合物通过化学接枝的方法，引入到聚芳醚酮结构中，从而制备出具有超低介电常数的聚芳醚酮聚合物，聚合物介电常数最低可达1.36。DCC/DMAP催化制备含POSS结构聚芳醚酮聚合物，具有反应条件温和，产物易提纯的优点。POSS结构以共价键的方式结合在聚芳醚酮结构中，有效的解决了其在聚合物中的分散问题。最后，基于含羧基结构聚芳醚酮聚合物，DCC/DMAP催化条件下，通过后化学接枝的方法引入POSS结构，可以保留原有聚合物优异力学性能，并且POSS结构可以使聚合物的力学性能和热性能得到进一步提升和改善。从而合成出一种具有超低介电常数且综合性能优异的聚芳醚酮介电材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有POSS结构超低介电常数聚芳醚酮聚合物及其制备方法。本发明所述的含POSS结构聚芳醚酮聚合物，其结构式如下所示。

上述结构式中，m＝0.1～1，n为50-70的整数。

本发明所述的含有POSS结构超低介电常数聚芳醚酮聚合物的制备方法，其分两步合成：第一步，合成不同羧基结构含量的聚芳醚酮聚合物；第二步，在DCC/DMAP催化条件下，不同羧基结构含量的聚芳醚酮与单氨基POSS发生酰胺缩合反应，制备不同POSS结构含量的聚芳醚酮聚合物。具体步骤如下：

(1)不同羧基结构含量聚芳醚酮聚合物的制备