本發(fā)明涉及熱固性絕緣膠,具體為一種聚氨酯/環(huán)氧樹脂熱固性絕緣膠及其制備方法。
背景技術:
1、環(huán)氧樹脂作為熱固性樹脂之一,在電子電氣、汽車交通和航空航天等工業(yè)領域廣泛應用,因其出色的機械性能、電氣絕緣性能和粘接性能而備受青睞。然而,其長周期的成型和高溫固化限制了其前沿應用。為了解決這一問題,光-熱雙固化技術被引入到環(huán)氧樹脂中,以實現(xiàn)快速固化定型和保持良好機械性能及粘接性能的目標。傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂由于缺乏專用于光交聯(lián)的基團,難以進行有效的光-熱雙重交聯(lián)。盡管,巰基-烯點擊化學反應具有快速、低副產(chǎn)物和均勻的三維交聯(lián)網(wǎng)絡等優(yōu)點,在熱固性材料中備受關注。但是,僅依靠巰基-烯點擊反應形成的交聯(lián)網(wǎng)絡具有較弱的機械和熱機械性能,
2、因此,發(fā)明一種聚氨酯/環(huán)氧樹脂熱固性絕緣膠,改善光-熱雙固化環(huán)氧樹脂的機械和熱機械性能具有重要意義。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種聚氨酯/環(huán)氧樹脂熱固性絕緣膠及其制備方法,以解決上述背景技術中提出的問題。
2、為了解決上述技術問題,本發(fā)明提供如下技術方案:
3、一種聚氨酯/環(huán)氧樹脂熱固性絕緣膠的制備方法,包括以下步驟:
4、s1:將無水乙醇、無水甲醇攪拌均勻,預熱至35-40℃,加入去離子水,調(diào)節(jié)ph至3-4,加入β-(3,4環(huán)氧環(huán)己基)-乙基三甲氧基硅烷、含氟三乙氧基硅烷,保溫反應48h,調(diào)節(jié)ph至中性,減壓蒸餾,洗滌,過濾,干燥,得到環(huán)氧基poss;
5、s2:將間苯二酚二縮水甘油醚、環(huán)氧基poss攪拌均勻,加入四丁基溴化銨,二氧化碳氛圍下,加熱至130-135℃反應5.5-6h,將產(chǎn)物加入二氯甲烷中,加去離子水萃取,除去催化劑,真空干燥,得到復合中間體;將復合中間體、聚醚胺攪拌均勻,氮氣氛圍下,加熱至100-105℃反應3-4h,得到復合固化劑;
6、s3:將甲苯二異氰酸酯加入n,n-二甲基甲酰胺中,攪拌均勻,預熱至50-55℃,氮氣氛圍下,加入聚四氫呋喃二元醇、二月桂酸二丁基錫,保溫反應至異氰酸酯達到理論值,得到預聚物;將1,2,4-苯三甲酸酐加入預聚物中,加熱至80-85℃,攪拌至1,2,4-苯三甲酸酐完全溶解后,加熱至100-105℃反應3-4h,減壓蒸餾,得到端羧基聚氨酯;
7、s4:將環(huán)氧氯丙烷、2,2'-二烯丙基雙酚a、四甲基溴化銨攪拌均勻,加熱至100-105℃反應2-2.5h,加入氫氧化鈉溶液,常壓共沸脫水,旋蒸,加入甲苯溶解粗產(chǎn)物,去離子水洗滌,除去水層,加入5%v/v氫氧化鈉溶液,85℃下反應2h,除去水層,調(diào)節(jié)有機相ph至中性,去離子水洗滌,除去水層,蒸餾,得到二烯丙基二縮水甘油醚;將端羧基聚氨酯、二烯丙基二縮水甘油醚加入n,n-二甲基甲酰胺中,攪拌均勻,加熱至100-105℃反應至環(huán)氧基特征吸收峰消失,得到聚氨酯改性環(huán)氧樹脂;
8、s5:將2,3,5,6-四氟苯甲醇、碳酸鉀加入n,n-二甲基甲酰胺中,在冰浴條件下攪拌均勻,加入烯丙基氯,室溫反應24h,乙酸乙酯萃取,洗滌,干燥,得到含氟懸掛單體;
9、s6:將聚氨酯改性環(huán)氧樹脂、含氟懸掛單體攪拌均勻,加入四(3-巰基丙酸)季戊四醇酯、2-羥基-2-甲基苯丙酮、2,4,6-三(二甲基氨基乙基)苯酚、復合固化劑、聚醚胺,攪拌均勻,得到聚氨酯/環(huán)氧樹脂熱固性絕緣膠。
10、進一步的,所述聚氨酯/環(huán)氧樹脂熱固性絕緣膠中,各組分占比按質(zhì)量份數(shù)計,將聚氨酯改性環(huán)氧樹脂100-120份,含氟懸掛單體5-15份,四(3-巰基丙酸)季戊四醇酯120-140份、2-羥基-2-甲基苯丙酮0.1-0.2份、2,4,6-三(二甲基氨基乙基)苯酚0.05-0.06份、復合固化劑5-10份、聚醚胺40-50份。
11、進一步的,所述端羧基聚氨酯中,甲苯二異氰酸酯:聚四氫呋喃二元醇:1,2,4-苯三甲酸酐的摩爾比為2:1:2。
12、進一步的,所述二烯丙基二縮水甘油醚中,環(huán)氧氯丙烷:2,2'-二烯丙基雙酚a的摩爾比10:1;所述聚氨酯改性環(huán)氧樹脂中,二烯丙基二縮水甘油醚:端羧基聚氨酯的質(zhì)量比為1:(0.1-0.4)。
13、進一步的,所述環(huán)氧基poss中,去離子水:硅烷的摩爾比為2:1;β-(3,4環(huán)氧環(huán)己基)-乙基三甲氧基硅烷:含氟三乙氧基硅烷的摩爾比為(2-3):(5-6)。
14、進一步的,所述含氟三乙氧基硅烷為全氟丁基乙基三乙氧基硅烷、一氟三乙氧基硅烷中任意一種。
15、進一步的,所述復合中間體中,間苯二酚二縮水甘油醚:環(huán)氧基poss的質(zhì)量比為(6-8):(2-4);所述復合固化劑中,復合中間體:聚醚胺的摩爾比為1:(4-5)。
16、進一步的,所述含氟懸掛單體中,2,3,5,6-四氟苯甲醇:烯丙基氯的摩爾比為1:(1.2-2)。
17、與現(xiàn)有技術相比,本發(fā)明所達到的有益效果是:
18、本發(fā)明以環(huán)氧氯丙烷、2,2'-二烯丙基雙酚a為原料通過一鍋法,制備得到一種含有雙鍵結構的環(huán)氧樹脂-二烯丙基二縮水甘油醚,以其作為環(huán)氧樹脂絕緣膠基體,接著通過甲苯二異氰酸酯、聚四氫呋喃二元醇、1,2,4-苯三甲酸酐制備得到的端羧基聚氨酯對其進行改性。由于自制的二烯丙基二縮水甘油醚結構中不存在羥基基團,不易通過傳統(tǒng)方式接枝聚氨酯進行改性處理,本發(fā)明通過端羧基聚氨酯的羧基與二烯丙基二縮水甘油醚中的環(huán)氧基反應,達到增韌改性環(huán)氧樹脂的目的。端羧基聚氨酯的將大量的軟/硬嵌段結構引入環(huán)氧樹脂基體中,同時結構中的氨酯基能夠賦予環(huán)氧樹脂優(yōu)異的界面粘結性能,達到增韌環(huán)氧樹脂的作用,大大增強了環(huán)氧樹脂絕緣膠的力學性能和粘結性能。
19、本發(fā)明以β-(3,4環(huán)氧環(huán)己基)-乙基三甲氧基硅烷、含氟三乙氧基硅烷為原料制備得到環(huán)氧基poss,將環(huán)氧基poss、間苯二酚二縮水甘油醚通過二氧化碳插入法,制備得到含有環(huán)碳酸酯基團的復合中間體,最后與聚醚胺反應制備得到復合固化劑。本發(fā)明為了進一步提高聚氨酯/環(huán)氧樹脂絕緣膠的力學性能和粘結性能,利用環(huán)氧樹脂自身分子結構中既含有c=c雙鍵又含有環(huán)氧基的特性,將四(3-巰基丙酸)季戊四醇酯、復合固化劑同時引入環(huán)氧樹脂基體中,制備得到一種具有光-熱雙重交聯(lián)固化性能的聚氨酯/環(huán)氧樹脂絕緣膠。以固化劑的形式,將補強填料poss引入環(huán)氧樹脂基體中,poss結構提供的剛性籠型結構連接的固化基團在環(huán)氧樹脂固化的過程中,使得絕緣膠內(nèi)部結構形成致密的交聯(lián)體系,進一步增強了絕緣膠的力學性能和熱穩(wěn)定性能;同時,以巰基-烯烴點擊化學反應形成的交聯(lián)網(wǎng)絡具有大量的柔性硫醚鍵,與剛性網(wǎng)絡共同在絕緣膠內(nèi)部組成了三維網(wǎng)絡結構,進一步增強了絕緣膠的力學性能、粘結性能、熱穩(wěn)定性能。
20、本發(fā)明為了提高復合固化劑在基體中的分散性能的同時進一步改善巰基-烯柔性網(wǎng)絡的機械性能,將2,3,5,6-四氟苯甲醇與烯丙基氯反應,制備得到的含氟懸掛單體通過點擊反應與四(3-巰基丙酸)季戊四醇酯交聯(lián),作為懸掛鏈存在于絕緣膠的固化網(wǎng)絡中。一方面,含氟懸掛單體的引入能夠增強復合固化劑與基體的相容性,增強其在基體中的分散性能;另一方面,作為懸掛鏈能夠在巰基-烯柔性網(wǎng)絡中產(chǎn)生內(nèi)部抗塑化的作用,達到限制分子鏈運動、減少自由基體積、提升基體內(nèi)聚能的目的。由于c-f鍵的鍵長比c-h鍵更大,使得分子鏈之間距離的增加,堆積結構更為松散。同時,含有芐基碳和烯丙基結構的含氟懸掛單體表現(xiàn)出靈活的分子旋轉運動。這樣的結構特征使得分子具有較高的鏈遷移率,有助于在受到較大應變時改善材料的韌性,進一步提高了絕緣膠的力學性能、粘結性能。