一种硅烷偶联剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种硅烷偶联剂及其制备方法和应用，该硅烷偶联剂的结构式如通式（1）所示，由衣康酸酐类化合物和端基为氨基的硅烷化合物反应制得。该硅烷偶联剂具有与聚酰亚胺相类似的酰亚胺结构，并且还具有活性基团双键，对聚酰亚胺类以及聚苯并恶唑类耐热性树脂与基材的粘合有显著促进效果。

【技术实现步骤摘要】
一种硅烷偶联剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种有机硅化合物，具体涉及一种硅烷偶联剂及其制备方法和应用，该硅烷偶联剂特别适用于添加在半导体保护膜所经常使用的聚酰亚胺及其前体和聚苯并恶唑及其前体等耐热树脂中，可以提高耐热树脂与基材（硅片、陶瓷、铝材及其它金属基材）的附着力。
技术介绍
近年来，聚酰亚胺（PI）、聚苯并恶唑（PBO）等耐热性树脂因其优异的性能而被广泛用作液晶显示元件、有机EL显示元件、集成电路元件等光学电子部件中的绝缘膜、相位差膜、光学特性膜等固化膜。但随着半导体的高度集成、多层布线等工艺的实施、设备小型化、多功能化的迅速发展，对耐热树脂的物理化学性能要求也越来越高。在现在已知的耐热性树脂中，与硅片等基板的附着力还不够好。因此，为了提高耐热性树脂膜与基板的附着力，提出了对基板用硅烷偶联剂等进行预处理、在耐热性树脂前体组成物（以下称之为涂层胶）中添加硅烷偶联剂，或者在耐热性树脂前体合成过程中添加可参与聚合的有机硅化合物等方法，来提升耐热树脂膜对基板附着力。具有可水解的硅烷基和有机反应性基团的有机硅化合物通常被称为“硅烷偶联剂”，它能够在有机材料和无机材料之间通过化学键键合作用“偶合”起来，故而常常被用作粘合剂、涂料添加剂以及树脂改性剂。典型的有机反应性基团是乙烯基、氨基、巯基、环氧基、异氰酸酯基、（甲基）丙烯酸、苯乙烯基等等。在这些方法中，在涂层胶中添加硅烷偶联剂的方法最简便。适用于与高耐热性有机材料譬如聚酰亚胺、聚苯并恶唑、聚醚砜等高分子聚合物一起配合使用的硅烷偶联剂，其结构一般都会有与高分子聚合物相类似的化学结构，以促进耐热材料与基材的粘合性。在专利文献JP-A2009-015285、专利文献JP-A2010-152302及专利文献WO2009/096050中，公开了包含酰亚胺结构基团的硅烷偶联剂，对具有聚酰亚胺结构的耐热性树脂相容性好，表现出与基材良好的粘合促进效果。但聚酰亚胺的结构本身不具有强的化学结合能力，因此对粘合的促进作用有限，故留下很大的粘合提升空间。专利文献CN102292675A公开了采用含有环氧基的硅烷偶联剂与含有苯乙烯基的硅烷偶联剂并用，即使经过350℃以上的高温热处理后，或者在空气中热处理后，仍然可以得到与基材的附着力优异的树脂膜，但该偶联剂制备成本高。认为在含有苯乙烯基的硅烷偶联剂结构中，烷氧基甲硅烷与芳香环直接键合，因为其牢固的键合能，所以即使在350℃以上的高温加热处理或者空气中进行热处理也很难发生分解。《化学试剂》2009,31（7），538-540中阐述了苯乙炔基苯酐改性的硅烷偶联剂在金属基底上粘附力增强。其原理是利用聚酰亚胺前体的亚胺化温度与乙炔基的聚合温度相近，使得在高温情况下疏水端炔基进行聚合，亲水端硅基与基底进行较好的键合达到了增强粘附力的效果。但是苯乙炔基苯酐价格昂贵，不适宜大规模工业化使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种硅烷偶联剂，该硅烷偶联剂具有与聚酰亚胺相类似的酰亚胺结构，并且还具有乙烯基双键结构。该硅烷偶联剂对聚酰亚胺类、聚苯并恶唑类耐热性树脂与硅、陶瓷、金属等基材的粘合有显著的促进效果。本专利技术的另一目的是提供该硅烷偶联剂的制备方法，其制备方法简单，成本低，便于工业化生产。本专利技术的另一目的是提供该硅烷偶联剂作为耐热性树脂改性剂的应用，该硅烷偶联剂加入耐热性树脂中可以提高耐热性树脂对基材（硅、陶瓷、金属等）的粘附力。一方面，本专利技术提供了具有通式（1）所表示的结构式的硅烷偶联剂：式（1）中，R1独立地为氢、C1-C10的烷基或C1-C10的烷氧基；R2独立地为氢、C1-C10的烷基或C1-C10的烷氧基；R3独立地为氢、C1-C10的烷基或C1-C10的烷氧基。R1，R2，R3可以相同，也可以不同。式（1）中，R4为氢或C1-C10的烷基；R5为氢或C1-C10的烷基。R4，R5可以相同，也可以不同。优选的，式（1）中，R1独立地为C1-C10的烷基或C1-C10的烷氧基，更优选为甲氧基或乙氧基。优选的，式（1）中，R2独立地为C1-C10的烷基或C1-C10的烷氧基，更优选为甲氧基或乙氧基。优选的，式（1）中，R3独立地为C1-C10的烷基或C1-C10的烷氧基，更优选为甲氧基或乙氧基。优选的，式（1）中，R4和R5都是氢原子。另一方面，本专利技术提供了上述硅烷偶联剂的制备方法，该方法包括：将式（2）所示的衣康酸酐类化合物和式（3）所示的端基为氨基的硅烷化合物进行缩合反应的步骤，以及缩合反应后进行亚胺化反应得到式（1）所示的硅烷偶联剂的步骤。式（2）所示结构式如下：式（2）中，R4为氢或C1-C10的烷基，R5为氢或C1-C10的烷基，R4和R5可以相同也可以不同；优选的，R4和R5均为氢原子。式（3）所示结构式如下：式（3）中，R1独立地为氢、C1-C10的烷基或C1-C10的烷氧基；R2独立地为氢、C1-C10的烷基或C1-C10的烷氧基；R3独立地为氢、C1-C10的烷基或C1-C10的烷氧基。R1，R2，R3可以相同，也可以不同。优选的，式（3）中，R1独立地为C1-C10的烷基或C1-C10的烷氧基，更优选为甲氧基或乙氧基。优选的，式（3）中，R2独立地为C1-C10的烷基或C1-C10的烷氧基，更优选为甲氧基或乙氧基。优选的，式（3）中，R3独立地为C1-C10的烷基或C1-C10的烷氧基，更优选为甲氧基或乙氧基。进一步的，式（2）所示的衣康酸酐类化合物和式（3）所示的端基为氨基的硅烷化合物的摩尔比为1:0.9-1.1。进一步的，式（2）化合物和式（3）化合物的缩合反应在非质子极性溶剂中进行。所述非质子极性溶剂可以选择现有技术中报道的任意具有非质子极性性质的溶剂，式（2）化合物和式（3）化合物在各种不同的非质子极性溶剂都可以进行缩合反应，溶剂对反应影响不大。例如，非质子极性溶剂可以选自N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜和γ-丁内酯中的至少一种，常用的为N-甲基吡咯烷酮或/和N,N-二甲基乙酰胺。进一步的，非质子极性溶剂的作用是为缩合反应提供反应环境，其用量可以根据实际情况进行选择。进一步的，缩合反应温度温和，在室温下进行即可，反应物反应完全后可停止反应。反应原料和溶剂混合时，优选先将式（3）所示的端基为氨基的硅烷化合物和非质子极性溶剂在室温下混合，然后再在0-10℃下加入式（2）所示的衣康酸酐。优选的，衣康酸酐先溶于非质子极性溶剂中，然后再在0-10℃下加入端基为氨基的硅烷化合物和非质子极性溶剂的混合物中。进一步的，缩合反应的产物为酰胺酸化合物（结构式如下），缩合反应后无须将产物提取出来，直接将反应液进一步进行亚胺化反应，可以得到上述式（1）所示的硅烷偶联剂。进一步的，所述亚胺化优选为化学亚胺化。现有技术中有较多的化学亚胺化的报道，化学亚胺化指的是在酸酐和碱的作用下使羧基和氨基发生反应。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅烷偶联剂，其特征是：其具有下式（1）所示的结构式：/n

【技术特征摘要】
1.一种硅烷偶联剂，其特征是：其具有下式（1）所示的结构式：

；
式（1）中，R1为氢、C1-C10的烷基或C1-C10的烷氧基；R2为氢、C1-C10烷基或C1-C10的烷氧基；R3为氢、C1-C10的烷基或C1-C10的烷氧基；R4为氢或C1-C10的烷基；R5为氢或C1-C10的烷基。


2.根据权利要求1所述的硅烷偶联剂，其特征是：式（1）中，R1、R2、R3分别独立的为C1-C10的烷基或C1-C10的烷氧基；优选的，R1、R2、R3分别独立的为甲氧基或乙氧基；优选的，式（1）中，R4、R5分别独立的为氢。


3.一种权利要求1所述的硅烷偶联剂的制备方法，其特征是：包括式（2）所示的衣糠酸酐类化合物和式（3）所示的端基为氨基的硅烷化合物进行缩合反应的步骤，以及缩合反应后进行亚胺化反应得到式（1）所示的硅烷偶联剂的步骤；式（3）中，R1为氢、C1-C10烷基或C1-C10的烷氧基，R2为氢、C1-C10烷基或C1-C10的烷氧基，R3为氢、C1-C10烷基或C1-C10的烷氧基；式（2）中，R4为氢或C1-C10烷基，R5为氢或C1-C10烷基；


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4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是：式（3）中，R1、R2、R3分别独立的为C1-C10烷基或C1-C10的烷氧基；优选的，R1、R2、R3分别独立的为甲氧基或乙氧基；优选的，式（2）中，R4、R5分别独立的为氢。


5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征是：缩合反应在非质子极性溶剂中进行；优选的，所述非质子极性溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、N,...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铭新，王华森，公聪聪，
申请(专利权)人：北京波米科技有限公司，波米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11