[发明专利]一种高性能低介电聚酰亚胺、其制备方法及高性能低介电聚酰亚胺薄膜

说明书

本发明提供的一种低介电聚酰亚胺。本发明还提供了上述高性能低介电聚酰亚胺的制备方法。本发明还提供了一种低介电聚酰亚胺薄膜，包括所述低介电聚酰亚胺、含氟硅氧烷、多孔壳聚糖；其中，含氟硅氧烷的质量为低介电聚酰亚胺质量的1‑2％，多孔壳聚糖为低介电聚酰亚胺质量的0.5‑1％。本发明的聚酰亚胺薄膜，采用特殊的聚酰亚胺大大降低了介电常数，兼具优良的耐热稳定性、高玻璃化转变温度、高透明性以及优异的阻燃性能，同时通过添加含氟硅氧烷、多孔壳聚糖，获得一种具有低介电常数、高耐水性的聚酰亚胺薄膜，并且在改善上述性能的同时不会损伤聚酰亚胺薄膜自身的绝缘性能及各项力学性能。

技术领域

本发明涉及材料领域，特别涉及一种高性能低介电聚酰亚胺、其制备方法及高性能低介电聚酰亚胺薄膜。

背景技术

聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环(-CO-NH-CO-)的一类聚合物，其中以含有酞酰亚胺结构的聚合物最为重要。聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，具有耐高温、低介电常数、耐腐蚀等优点，其耐高温性能达到400℃以上，长期使用温度范围为-200～300℃，具有很高的绝缘性能。聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域，并成为一种综合性能优异的不可替代的功能性材料。

聚酰亚胺(PI)具有优异的耐热性、良好的机械性能、稳定的化学性能、优良的介电性能、无毒、耐辐照等性能，而且制备工艺相对简单，综合性能优良，正受到越来越多的重视。

制备低介电常数聚酰亚胺薄膜的方法有多种，包括：

一、引入含氟基团或以氟取代氢合成低介电常数聚酰亚胺：即利用含氟二酐和二胺反应生成预聚物(聚酰胺酸或聚酰胺酯)，再通过化学亚胺化或热处理得到含氟聚酰亚胺。目前研究最多的是部分氟代聚酰亚胺，因为全氟代聚酰亚胺单体种类较少，毒性较大，且很难合成，成本很高。

二、含芴基团的低介电常数聚酰亚胺：由于芴基具有庞大的自由体积及稠环结构，使得含芴基的聚酰亚胺具有较好的溶解性能、热氧化稳定性能、机械性能、低介电常数与介电损耗等。广泛应用在微电子、分离膜及先进显示屏等高新技术产业。

三、聚酰亚胺/二氧化硅复合材料：将SiO2前驱体与水的混合溶液加入到聚酰胺酸溶液中搅拌，得到SiO2和聚酰胺酸的混合溶液，再通过适当的方法制膜。最后，经过亚胺化热处理制得聚酰亚胺和纳米SiO2复合材料。

四、纳孔化低介电常数聚酰亚胺：如上文所述，利用空气的低介电常数(接近1)，在聚酰亚胺薄膜材料中引入纳米级的孔洞，可以有效的降低材料的介电常数。

显然，在制备低介电常数聚酰亚胺薄膜的四种方法中，以第四种即纳孔化最为简单易行，适用范围最广。借鉴其他领域纳孔材料的制备方法，可通过二次沉积法、溶胶凝胶法、热分解法、超临界发泡法等手段在聚酰亚胺薄膜中构建纳孔结构。但所得纳孔孔径往往分布较宽(均匀性差)，使得材料的应用性能变差。如在微电子领域，含有大量孔径不均匀纳孔结构的聚酰亚胺薄膜往往耐电击穿性能很差，而此性能显然是电介质材料的重要性能之一。有鉴于此，需要提供新方法在聚酰亚胺薄膜中构建均匀的纳孔结构，并进而制备出具有超低介电常数的聚酰亚胺薄膜。

然而，目前聚酰亚胺的介电常数仍然不能满足要求。

发明内容

技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种高性能低介电聚酰亚胺、其制备方法及高性能低介电聚酰亚胺薄膜。

技术方案：本发明提供的一种高性能低介电聚酰亚胺，其结构式如式I所示：

本发明还提供了上述高性能低介电聚酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：

包括以下步骤：

(1)式VI所示的化合物与式VII所示的化合物反应，得式VIII所示的中间体；