一种聚酰胺酸溶液及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚酰胺酸溶液及其制备方法。该方法包括以下步骤：将4,4'‑二氨基二苯醚单体与2,2’‑双[4‑(4‑氨基苯氧基苯基)]丙烷、1,3’‑双(4‑氨基苯氧基)苯或1，4’‑双(4‑氨基苯氧基)苯中至少一种按摩尔比1:1‑1:5溶解到溶剂中；在0‑5℃、氮气气氛保护下，加入均苯四甲酸二酐，控制均苯四甲酸二酐与氨基的摩尔比为1:1‑1.02:1，继续搅拌；再加入马来酸酐，控制均苯四甲酸二酐与马来酸酐的摩尔比为1:0.01‑1:0.05，继续搅拌，得到聚酰胺酸溶液。该聚酰胺酸溶液黏度可调、稳定，经热处理可得到具有低介电常数的聚酰亚胺薄膜，该薄膜机械性能与热性能优异，原料易得、易制。

【技术实现步骤摘要】
一种聚酰胺酸溶液及其制备方法
本专利技术属于有机高分子材料制备与改性
，具体涉及一种聚酰胺酸溶液及其制备方法。
技术介绍
聚酰亚胺是一种主链含有酰亚胺结构的聚合物，包括直链型和环链型；其中环链型聚酰亚胺的机械性能和热性能突出，研究和使用的领域广泛。因为聚酰亚胺具有良好的介电性能、热性能和机械性能，所以其广泛应用于微电子制造领域，用途包括：多层布线的层间绝缘材料、芯片表面的钝化与封装材料和柔性印制电路板的基体材料。作为一种层间绝缘材料，聚酰亚胺除了具有良好的介电性能，还具有优异的热性能、机械性能、化学稳定性和耐候性。但是随着超大规模集成电路尺寸的逐渐缩小，集成电路单元间的相互影响，导致信号传输延迟时间的增加，直接影响集成电路的运算能力。通过降低层间绝缘材料的介电常数是降低信号传输延迟时间的一种有效方法，这要求聚酰亚胺具有更低的介电常数。1908年，M.TBogert和R.RRenshaw(JournaloftheAmericanChemicalSociety,1908,30(7),1135-1144)首先制备了芳香族聚酰亚胺。1968年，杜邦公司推出商品名为“Kapton”的聚酰亚胺薄膜，其介电常数为3.4，并且具有良好的机械性能和热性能，时至今日，仍是重要的聚酰亚胺产品。作为一种层间绝缘材料，传统的聚酰亚胺的介电常数为3以上，不满足现在和将来微电子制造领域大规模集成电路生产的介电应用需求，因此需要专利技术一种介电常数接近2的聚酰亚胺；通过制成介孔材料、在分子结构上增加大体积基团、增加对称结构和掺杂氟元素都是降低聚酰亚胺介电常数的有效方法，但是制成介孔材料或掺氟来降低介电常数，有其局限性：中国专利CN104788676A公开了一种低介电常数聚酰亚胺/多层氧化石墨烯复合薄膜的制备方法，该方法通过氧化石墨烯来降低复合膜的介电常数，但氧化石墨烯在与聚酰胺酸溶液混合时容易发生团聚，使所形成的聚酰亚胺/多层氧化石墨烯复合膜内部存在应力集中现象，导致其力学性能变差。中国专利CN105601923A公开了一种含氟软-硬嵌段聚酰亚胺薄膜和制备方法、用途，该薄膜包括柔性含氟芳香族二胺、芳香族二酐-1、刚性芳香族二胺和刚性芳香族二酐其制备方法是采用柔性含氟芳香族二胺制备含氟软-硬嵌段聚酰胺酸树脂溶液，然后通过溶剂脱除和亚胺化最终形成聚酰亚胺薄膜，但含氟单体制备难度大、不易得，导致制造成本高、应用领域受限制。此外，因为芳香族聚酰亚胺不溶于多数溶剂和熔点高，所以一般使用聚酰胺酸溶液来进行成形加工。聚酰胺酸酰亚胺化的方法有热酰亚胺化和化学酰亚胺化；其中，聚酰胺酸溶液在化学酰亚胺化的过程中易发生凝胶化，不易获得聚酰亚胺；而在热酰亚胺化过程中溶剂逐渐蒸除，无凝胶化问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种聚酰胺酸溶液及其制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现。一种聚酰胺酸溶液，所述的聚酰胺酸的重复结构单元的通式如下：其中，m是不为零的整数。优选的，所述的聚酰胺酸的重复结构单元的通式中，R为以下结构中的一种或多种：优选的，所述的聚酰胺酸的重复结构单元的通式中，m为500-1000。优选的，所述聚酰胺酸溶液的质量浓度为0.1-30％。进一步优选的，步骤(3)所述的聚酰胺酸溶液的质量浓度为20％。以上所述的聚酰胺酸溶液的制备方法，包括以下步骤：(1)将4,4'-二氨基二苯醚单体与含氨基苯氧基的单体按摩尔比1:1-1:5溶解到溶剂中，搅拌至透明均匀，得二胺溶液；所述含氨基苯氧基的单体为2,2’-双[4-(4-氨基苯氧基苯基)]丙烷、1,4’-双(4-氨基苯氧基)苯和1,3’-双(4-氨基苯氧基)苯中的至少一种；(2)在0至5℃、氮气气氛保护下，向步骤(1)所得二胺溶液中分批次加入均苯四甲酸二酐，继续搅拌；(3)在0至5℃、氮气气氛保护下，向步骤(2)所得溶液中分批次加入马来酸酐，继续搅拌，得到聚酰胺酸溶液。优选的，步骤(1)所述溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二乙基亚砜、N-甲基2-吡咯烷酮、N-乙烯基2-吡咯烷酮、四氢呋喃和六甲基磷酰三胺中的一种或多种混合溶剂。进一步优选的，步骤(1)所述的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、甲基2-吡咯烷酮和四氢呋喃的一种或多种混合溶剂。优选的，步骤(1)所述的4,4'-二氨基二苯醚与另一种二胺单体的摩尔比为1:1。优选的，步骤(2)所述均苯四甲酸二酐分成等量的4-10份，每份间隔10-60分钟加入。进一步优选的，步骤(2)所述的均苯四甲酸二酸酐分成等量的4份，每份间隔30分钟加入。优选的，步骤(2)所述均苯四甲酸二酐与二胺溶液中的氨基的摩尔比为1:1-1.02:1。进一步优选的，步骤(2)所述的均苯四甲酸二酐与二胺的总量的摩尔比为1.02:1.优选的，所述均苯四甲酸二酐与马来酸酐的摩尔比为1:0.01-1:0.05。进一步优选的，步骤(3)所述的均苯四甲酸二酐与马来酸酐的摩尔比为1:0.01。优选的，步骤(2)、步骤(3)所述搅拌的时间均为0.5-24小时。优选的，所述二胺溶液中的氨基与酸酐的摩尔比为1:1.01-1:1.05。本专利技术与现有技术相比，具有以下优势：本专利技术通过将4,4'-二氨基二苯醚单体、另一种二胺单体、均苯四甲酸二酐和马来酸酐进行溶液聚合，得到无规共聚的聚酰胺酸溶液；该聚酰胺酸溶液经热处理可得到具有低介电常数的聚酰亚胺薄膜，与由4,4'-二氨基二苯醚、均苯四甲酸二酐聚合得到的聚酰亚胺薄膜相比，该薄膜机械性能与热性能无明显下降，原料易得、易制。附图说明图1a为实施例1所制备的聚酰亚胺薄膜的介电测试图；图1b为实施例2所制备的聚酰亚胺薄膜的介电测试图；图1c为实施例3所制备的聚酰亚胺薄膜的介电测试图；图1d为对比例所制备的聚酰亚胺薄膜的介电测试图；图2为实施例1-3和对比例所制备的聚酰亚胺的热机械分析测试图；图3为实施例1-3和对比例所制备的聚酰亚胺的热重分析测试图；图4为实施例1-3和对比例所制备的聚酰亚胺的拉伸测试图。具体实施方法为了更好地理解本专利技术的内容，利用以下实施例对本专利技术作进一步说明，但实施例并不构成对本专利技术保护范围的限定。实施例1将2.00克(0.01摩尔)4,4'-二氨基二苯醚单体与4.10克(0.01摩尔)2,2’-双[4-(4-氨基苯氧基苯基)]丙烷混合，加入35克N，N-二甲基甲酰胺，搅拌至形成透明均匀的二胺溶液；在0℃、氮气气氛保护下，向上述溶液分四次加入总量为4.45克(0.0204摩尔)均苯四甲酸二酐，每次间隔60分钟，搅拌至均匀透明；再加入0.02克(0.0002摩尔)马来酸酐，控制均苯四甲酸二酐与氨基的摩尔为1.02:1，继续搅拌0.5小时，得到质量浓度为30％聚酰胺酸溶液。将本实施例所得聚酰胺酸溶液均匀涂覆在平整洁净的玻璃板上，然后放置于真空干燥箱中，在真空下消除气泡并在80℃下真空干燥1小时，然后移入马弗炉中按设定的程序升温和保温：匀速升温，在200℃保温1.5小时、在300℃保温2小时，其中匀速升温速度为1℃/分钟，待冷却至室温，再放入水中超声剥离薄膜，然后将薄膜真空干燥，得到介电常数为2.19(1MHz)的聚酰亚胺薄膜。实施例2将2.00克(0.01摩尔)4,4'-二氨基二苯醚单体与8.77克(0.03本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚酰胺酸溶液，其特征在于，所述的聚酰胺酸的重复结构单元的通式如下：

【技术特征摘要】
1.一种聚酰胺酸溶液，其特征在于，所述的聚酰胺酸的重复结构单元的通式如下：其中，m是不为零的整数。2.根据权利要求1所述的一种聚酰胺酸溶液，其特征在于，所述的聚酰胺酸的重复结构单元的通式中，R为以下结构中的一种或多种：3.根据权利要求1所述的一种聚酰胺酸溶液，其特征在于，所述的聚酰胺酸的重复结构单元的通式中，m为500-1000。4.根据权利要求1所述的一种聚酰胺酸溶液，其特征在于，所述聚酰胺酸溶液的质量浓度为0.1-30％。5.制备权利要求1-4任一项所述的聚酰胺酸溶液的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将4,4'-二氨基二苯醚单体与含氨基苯氧基的单体按摩尔比1:1-1:5溶解到溶剂中，搅拌至透明均匀，得二胺溶液；所述含氨基苯氧基的单体为2,2’-双[4-(4-氨基苯氧基苯基)]丙烷、1,4’-双(4-氨基苯氧基)苯和1,3’-双(4-氨基苯氧基)苯中的至少一种；(2)在0-5℃、氮气气氛保护下，向步骤(1)所得...

【专利技术属性】
技术研发人员：马文石，邱国荣，张志琳，焦元启，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44