一种改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂及其制备方法。按重量计，将15～20份聚醚酰亚胺溶于120～140份的二氯甲烷中，再加入0.5～3.5份的端氨基超支化聚硅氧烷，得到混合溶液；将60～80份二烯丙基苯基化合物加入到混合溶液中，升温至120～155oC后加入100份双马来酰亚胺，保温搅拌，待混合物形成透明液体，得到一种改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂。与聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺相比，改性的树脂具有良好的相容性，不仅保持了优异的耐热性能，而且力学性能及介电性能均有提高。所采用的制备方法具有原料来源广泛，操作简单等优点。

说明书

技术领域

    本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂及其制备方法。

背景技术

双马来酰亚胺树脂是当今耐热热固性树脂的代表，与其他热固性树脂一样，增韧一直是双马来酰亚胺树脂研发的主要内容。目前，最常用的改性方法是与有机化合物（如二烯丙基化合物、二元胺等）的共聚，并取得了主要进展和应用。但是，随着航空航天、电子电气等尖端工业领域的飞速发展，对热固性树脂提出了更多更高的要求，现有双马来酰亚胺树脂的介电常数偏高、韧性有待进一步提高。

高性能热塑性聚合物改性双马来酰亚胺树脂是一种重要的改性方法。然而由于高性能热塑性聚合物和双马来酰亚胺之间在共混过程中存在着粘度、分子量和极性的差异，导致两者相容性较差，因此在固化过程中会出现较高程度的相分离，影响了改性树脂性能的发挥。因此如何提高高性能热塑性聚合物与双马来酰亚胺的相容性，并在此基础上进一步提升改性树脂的综合性能便成为了一个十分有意义的研究课题。

聚醚酰亚胺是一种性能优异的热塑性树脂，具有高强度、高模量、高耐热性、高耐化学性和优异的耐湿热性能等特点。然而，与双马来酰亚胺相比，由聚醚酰亚胺和双马来酰亚胺组成的共混体系不具有显著的优势，并未能够发挥出聚醚酰亚胺的优异性能(参见文献：①S.X. Zhu, A.J. Gu, G.Z. Liang, L. Yuan. Dielectric properties and their dependence of polyetherimide/bismaleimide blends for high performance copper clad laminates, J. Polym. Res, 2010, 18, 6:1459-1467. ② 刘刚，荣宁昌，叶保民.聚醚酰亚胺改性双马来酰亚胺树脂体系的研究，塑料工业，2007，第35卷增刊，168-170.③ J.Y. Jin, J. Cui, X.L. Tang, S.J. Li, J.C. Wang, Q.S Zhao, X.Y. Hua, X.Q. Cai. Polyetherimide-Modified Bismaleimide Resins. II. Effect of Polyetherimide Content. Journal of Applied Polymer Science,2001,81,350–358.④ X. Hu, J. Zhang, C.Y. Yue, Q. Zhao. Thermal and morphological properties of polyetherimidemodified bismaleimide resins,High Performance Polymer，2010,Vol.12,419–428.)。究其原因是因为热塑性树脂和热固性树脂之间的相容性不好所导致的。凌辉等人采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷以及自己合成的偶联剂B增容聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂体系，但是这些硅烷偶联剂并未起到很好的增容作用（参见文献：凌辉,宁荣昌,刘刚,齐大伟，双马来酰亚胺/聚醚酰亚胺共混体系的增韧改性研究，粘接，2009，第1期，57-59.）。说明增容剂的选择非常重要。

另一方面，已有的研究结果表明，并不是所有的增容剂在增容的同时可以有效提高体系的综合性能。例如，Voronov等人研究聚丙烯接枝过氧化物对聚丙烯/不饱和聚酯共混体系的相容性，发现确实达到了增容效果，但是增容剂的存在并没有大幅度提高体系的性能 (参见文献：S. Voronov,V. Samaryk, Y. Roiter, J. Pionteck, P.Potschke, S.Minko, I.Tokarev, S. Varvarenko, N. Nosova. Compatibilization of Polymer Blends with High-Molecular-Weight Peroxides, Journal of Applied Polymer Science,2005,96, 232–242.)。

因此，如何通过合理设计和使用增容剂，使之在增容的同时，也能在保持突出的耐热性能的基础上，获得具有高韧性、低介电常数和损耗的新型聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂体系具有重要的用价值。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于保持聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺突出的耐热性能的基础上，提供一种具有高韧性、低介电常数和损耗的改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂及其制备方法。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是提供一种改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂，按重量计，它包括100份双马来酰亚胺、60～80份二烯丙基苯基化合物、15～20份聚醚酰亚胺和0.5～3.5份端氨基超支化聚硅氧烷。

所述的双马来酰亚胺为N,N'-4,4’-二苯甲烷双马来酰亚胺、N,N'-4,4'-二苯醚双马来酰亚胺，及它们的组合。

所述的二烯丙基苯基化合物为2,2’-二烯丙基双酚A、2,2’-二烯丙基双酚S，及它们的组合。

所述的端氨基超支化聚硅氧烷其分子量为5000～10000，支化度为0.68～0.88，结构为：

。

该端氨基超支化聚硅氧烷的制备方法为：按摩尔比，将11～16份的蒸馏水与10份含氨基的三烷氧基硅烷混合均匀，常温下搅拌15min；再缓慢升温至55～60^oC，反应3～5h；真空干燥，得一种含有氨基的超支化聚硅氧烷。所述的含氨基的三烷氧基硅烷为γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(乙二氨基)-丙基三甲氧基硅烷中的一种，或它们的任意组合。

一种改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂的制备方法，按重量计，将15～20份聚醚酰亚胺溶于120～140份的二氯甲烷中，配成溶液A；将0.5～3.5份端氨基超支化聚硅氧烷加入到溶液A中，混合均匀，形成溶液B；将60～80份二烯丙基苯基化合物加入到溶液B，升温至120^oC～155^oC，再加入100份双马来酰亚胺；保温搅拌，待混合物形成透明液体，即得到一种改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：以端氨基超支化聚硅氧烷为增容改性剂，氨基可以分别与双马来酰亚胺和聚醚酰亚胺反应，从而保证了增容的效果。同时，超支化聚合物的良好工艺性，聚硅氧烷的突出耐热性、韧性和介电性能确保了改性后树脂的综合性能得到有效提高。本发明提供的制备方法工艺简单易行，原料易得，具有应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例3中所述的γ-氨丙基三乙氧基硅烷和端氨基超支化聚硅氧烷的红外光谱图；

图2是本发明实施例3中所述的端氨基超支化聚硅氧烷的核磁共振氢谱；

图3是本发明实施例3中所述的端氨基超支化聚硅氧烷的核磁共振硅谱；

图4是本发明实施例3所提供的改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂与对比例所提供的聚醚酰亚胺改性双马来酰亚胺树脂断面SEM电镜照片的对比图；

图5是本发明实施例3所提供的改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂与对比例所提供的聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂动态力学损耗因子-温度谱的对比图；

图6是本发明实施例3所提供的改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂与对比例所提供的聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂的冲击强度的对比图；

图7是本发明实施例3所提供的改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂与对比例所提供的聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂的弯曲强度的对比图；

图8是本发明实施例3所提供的改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂与对比例所提供的聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂的介电常数-频率谱图的对比图；

图9是本发明实施例3所提供的改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂与对比例所提供的聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂的介电损耗-频率谱图的对比图。

具体实施方式

    下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述，但本发明不限于下列实施例。

实施例1

取2.2g蒸馏水与17.9gγ-氨丙基三甲氧基硅烷在常温下混合均匀，搅拌15min后，缓慢升温至60^oC，反应3h。待反应完毕后，真空干燥，蒸除甲醇，即得透明的端氨基超支化聚硅氧烷，其数均分子量为5120，支化度为0.72，结构为：

。

将9g聚醚酰亚胺溶于60g二氯甲烷中，形成均匀溶液A。将0.3g上述制得的端氨基超支化聚硅氧烷加入溶液A，搅拌均匀，形成溶液B；将30g 2,2’-二烯丙基双酚A加入溶液B，升温至150^oC，缓慢加入50g N,N'-4,4'-二苯醚双马来酰亚胺；保温搅拌30min，得到一种透明的红棕色液体，即得一种改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂。

实施例2

取2.0g蒸馏水与22.1gγ-氨丙基三乙氧基硅烷在常温下混合均匀，磁力搅拌15min后，缓慢升温至60^oC，反应4h。待反应完毕后，真空干燥，蒸除乙醇，即得透明粘稠的端氨基超支化聚硅氧烷，其数均分子量为6818，支化度为0.68.

7.5g聚醚酰亚胺溶于65g二氯甲烷中，形成均匀溶液A。将1.7g上述制得的端氨基超支化聚硅氧烷加入溶液A，搅拌均匀，形成溶液B；将35g 2,2’-二烯丙基双酚A加入溶液B，升温至150^oC，缓慢加入50g N,N’-4,4’-二苯甲烷双马来酰亚胺，保温搅拌30min，得到一种透明的红棕色液体，即得一种改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂。

实施例3

取2.3g蒸馏水与与22.1gγ-氨丙基三乙氧基硅烷在常温下混合均匀，磁力搅拌15min后，缓慢升温至55^oC，反应5h。待反应完毕后，真空干燥，蒸除乙醇，即得透明粘稠的端氨基超支化聚硅氧烷，其数均分子量为7758。其红外光谱图、核磁共振氢谱和核磁共振硅谱分别见图1、2和3。 

8g聚醚酰亚胺溶于60g二氯甲烷中，形成均匀溶液A。将0.4g上述制得的端氨基超支化聚硅氧烷加入溶液A，搅拌均匀，形成溶液B；将37g 2,2’-二烯丙基双酚A加入溶液B，升温至145^oC，缓慢加入50g N,N’-4,4’-二苯甲烷双马来酰亚胺，保温搅拌30min，得到一种透明的红棕色液体，即得一种改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂。

将所得改性双马来酰亚胺树脂倒入预热好的模具中，于150^oC下真空脱泡1h。再分别按照再分别按照180^oC/2h+200^oC/2h+220^oC/2h和240^oC/4h的工艺进行固化和后处理，自然冷却后脱模，即得固化的改性双马来酰亚胺树脂。固化树脂的典型性能如图4、图5、图6和图7所示。

参见附图1，它是本实施例提供的γ-氨丙基三乙氧基硅烷和端氨基超支化聚硅氧烷的红外对比图。对比发现，在端氨基超支化聚硅氧烷的谱图上，1000cm^-1 和 1200cm^-1之间出现了强而宽的吸收带，其表明Si-O-Si键的形成，同时谱图在3419cm^-1附近出现了一个强而宽的吸收带，说明乙氧基水解生成了硅羟基。

参见附图2，它是本实施例所述的端氨基超支化聚硅氧烷的核磁共振氢谱图谱。可以看到，端氨基超支化聚硅氧烷的图谱上3.7ppm位置出现了羟基化学位移对应的峰，再次说明了乙氧基的水解。同时在1.5ppm处有氨基的化学位移对应的峰出现。

参见附图3，它是本实施例所述的端氨基超支化聚硅氧烷的核磁共振硅谱图谱。可以看到，端氨基超支化聚硅氧烷图谱上出现了很大的对应超支化结构中树形单元硅的化学位移，通过端基单元树形单元线性单元峰的积分面积得到端氨基超支化聚硅氧烷的支化度为0.80。

综合附图1、2和3的结果可以证明，本实施例合成出的物质为端氨基超支化聚硅氧烷。

对比例的制备：将8g聚醚酰亚胺溶于60g二氯甲烷中，形成均匀溶液A。将37g 2,2’-二烯丙基双酚A加入溶液A，升温至145^oC，缓慢加入50g N,N’-4,4’-二苯甲烷双马来酰亚胺，保温搅拌30min，得到一种透明的红棕色液体，即得一种改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂。

将所得改性双马来酰亚胺树脂倒入预热好的模具中，于150^oC下真空脱泡1h。再分别按照再分别按照180^oC/2h+200^oC/2h+220^oC/2h和240^oC/4h的工艺进行固化和后处理，自然冷却后脱模，即得固化的改性双马来酰亚胺树脂。固化树脂的典型性能如图4、图5、图6和图7所示。

参见附图4，它是本实施例提供的改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂与对比例所提供的聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂的断面SEM电镜照片的对比图。图中a和c分别为断面的全貌照片图，b为a、d为c的局部放大图。在图中清楚可见，聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂在放大500倍的情况下就能看到明显的相分离，在放大5000倍后，可以看出相界面十分明显。而改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂在同倍数下不能看到相分离存在，仅仅在放大5000之后可以看出有较模糊的相界面出现。这说明端氨基超支化聚硅氧烷的加入有效改善了聚醚酰亚胺与双马来酰亚胺树脂的相容性。

参见附图5，它是本实施例提供的改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂与对比例提供的聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂的动态力学分析的损耗因子-温度谱图的对比图。各图上最大的峰对应树脂的玻璃化转变温度，可以看到端氨基超支化聚硅氧烷增容改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂保留了聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂优秀的耐热性能。

参见附图6，它是本实施例提供的改性双马来酰亚胺树脂与对比例提供的聚醚酰亚胺改性双马来酰亚胺树脂的冲击强度的对比图，可以看到，经端氨基超支化聚硅氧烷增容改性之后，树脂的冲击性能较聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂的冲击强度有显著的提高。

参见附图7，它是本实施例提供的改性双马来酰亚胺树脂与对比例提供的聚醚酰亚胺改性双马来酰亚胺树脂的弯曲强度的对比图，由于弯曲强度的受力形式中包含了多种模式，因此弯曲强度常被用来评价材料的力学性能。从附图7可以看出，端氨基超支化聚硅氧烷增容改性的聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂具有更好的力学性能。

参见附图8，它是本实施例提供的改性双马来酰亚胺树脂与对比例提供的聚醚酰亚胺改性双马来酰亚胺树脂的介电常数的对比图，可以看到，端氨基超支化聚硅氧烷增容改性的聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂的介电常数明显低于聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂的相应值。

参见附图9，它是本实施例提供的改性双马来酰亚胺树脂与对比例提供的聚醚酰亚胺改性双马来酰亚胺树脂的介电损耗的对比图，可以看到，端氨基超支化聚硅氧烷增容改性的聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂的介电损耗明显低于聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂的相应值。

实施例4

按实施例3所述方法合成端氨基超支化聚硅氧烷。

10g聚醚酰亚胺溶于70g二氯甲烷中，形成均匀溶液A。将1.0g上述制得的端氨基超支化聚硅氧烷加入溶液A，搅拌均匀，形成溶液B；将40g 2,2’-二烯丙基双酚A加入溶液B，升温至140^oC，缓慢加入50g N,N’-4,4’-二苯甲烷双马来酰亚胺，保温搅拌30min，得到一种透明的红棕色液体，即得一种改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂。

实施例5

按实施例3所述方法合成端氨基超支化聚硅氧烷。

10g聚醚酰亚胺溶于70g二氯甲烷中，形成均匀溶液A。将1.7g上述制得的端氨基超支化聚硅氧烷加入溶液A，搅拌均匀，形成溶液B；将40g 2,2’-二烯丙基双酚A加入溶液B，升温至140^oC，缓慢加入50g N,N’-4,4’-二苯甲烷双马来酰亚胺，保温搅拌30min，得到一种透明的红棕色液体，即得一种改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂。

实施例6

取2.8g蒸馏水与与22.1gγ-氨丙基三乙氧基硅烷在常温下混合均匀，磁力搅拌15min后，缓慢升温至55^oC，反应5h。待反应完毕后，真空干燥，蒸除乙醇，即得透明粘稠的端氨基超支化聚硅氧烷，其数均分子量为8398，支化度为0.83。

10g聚醚酰亚胺溶于70g二氯甲烷中，形成均匀溶液A。将1.5g上述制得的端氨基超支化聚硅氧烷加入溶液A，搅拌均匀，形成溶液B；将35g 2,2’-二烯丙基双酚A加入溶液B，升温至145^oC，缓慢加入50g N,N’-4,4’-二苯甲烷双马来酰亚胺，保温搅拌30min，得到一种透明的红棕色液体，即得一种改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂。

实施例7

按实施例6所述方法合成端氨基超支化聚硅氧烷。

8g聚醚酰亚胺溶于60g二氯甲烷中，形成均匀溶液A。将1.2g上述制得的端氨基超支化聚硅氧烷加入溶液A，搅拌均匀，形成溶液B；将38g 2,2’-二烯丙基双酚A加入溶液B，升温至145^oC，缓慢加入50g N,N’-4,4’-二苯甲烷双马来酰亚胺，保温搅拌30min，得到一种透明的红棕色液体，即得一种改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂。

实施例8

按实施例6所述方法合成端氨基超支化聚硅氧烷。

9g聚醚酰亚胺溶于66g二氯甲烷中，形成均匀溶液A。将1.4g上述制得的端氨基超支化聚硅氧烷加入溶液A，搅拌均匀，形成溶液B；将30g 2,2’-二烯丙基双酚A和10g 2,2’-二烯丙基双酚S加入溶液B，升温至140^oC，缓慢加入50g N,N’-4,4’-二苯甲烷双马来酰亚胺，保温搅拌30min，得到一种透明的红棕色液体，即得一种改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂。

实施例9

取2.6g蒸馏水与与19.7gγ-氨丙基三乙氧基硅烷在常温下混合均匀，磁力搅拌15min后，缓慢升温至55^oC，反应5h。待反应完毕后，真空干燥，蒸除乙醇，即得透明粘稠的端氨基超支化聚硅氧烷，其数均分子量为9312，支化度为0.85。

10g聚醚酰亚胺溶于70g二氯甲烷中，形成均匀溶液A。将1.6g上述制得的端氨基超支化聚硅氧烷加入溶液A，搅拌均匀，形成溶液B；将38g 2,2’-二烯丙基双酚S加入溶液B，升温至140^oC，缓慢加入30g N,N’-4,4’-二苯甲烷双马来酰亚胺和20g N,N'-4,4'-二苯醚双马来酰亚胺，保温搅拌30min，得到一种透明的红棕色液体，即得一种改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂。

实施例10

取2.5g蒸馏水与γ-氨丙基三乙氧基硅烷8.0g和9.8gγ-氨丙基三乙氧基硅烷在常温下混合均匀，磁力搅拌15min后，缓慢升温至55^oC，反应5h。待反应完毕后，真空干燥，蒸除乙醇，即得透明粘稠的端氨基超支化聚硅氧烷，其数均分子量为8574，支化度为0.81。

9g聚醚酰亚胺溶于68g二氯甲烷中，形成均匀溶液A。将1.5g上述制得的端氨基超支化聚硅氧烷加入溶液A，搅拌均匀，形成溶液B；将39g 2,2’-二烯丙基双酚A加入溶液B，升温至140^oC，缓慢加入50g N,N’-4,4'-二苯醚双马来酰亚胺，保温搅拌30min，得到一种透明的红棕色液体，即得一种改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂。

实施例11

取2.6g蒸馏水与19.7gγ-(乙二氨基)-丙基三甲氧基硅烷在常温下混合均匀，磁力搅拌15min后，缓慢升温至55^oC，反应5h。待反应完毕后，真空干燥，蒸除乙醇，即得透明粘稠的端氨基超支化聚硅氧烷，其数均分子量为9518，支化度为0.88。

8g聚醚酰亚胺溶于60g二氯甲烷中，形成均匀溶液A。将1.0g上述制得的端氨基超支化聚硅氧烷加入溶液A，搅拌均匀，形成溶液B；将37g 2,2’-二烯丙基双酚S加入溶液B，升温至145^oC，缓慢加入50g N,N’-4,4’-二苯甲烷双马来酰亚胺，保温搅拌30min，得到一种透明的红棕色液体，即得一种改性聚醚酰亚胺/双马来酰亚胺树脂。