一种碱溶性超支化光敏有机硅预聚物及其制备方法 技术领域 本发明涉及了一种光敏有机硅预聚物及其制备方法, 尤其制备了一种碱溶性超支 化光敏有机硅预聚物并测定了其性能。属于精细化工技术领域。
背景技术 阻焊油墨是制作印刷线路板 (Printed Circuit Board, PCB) 的关键材料之一, 将 它涂覆于已刻蚀好的线路板上, 固化形成绝缘性、 耐热性、 附着力等优良的保护膜, 防止线 路断开。在浸锡工艺中, 可控制上锡区域, 防止因焊点密集而造成的短路。传统网印阻焊油 墨对位精确性和解析度较差。干膜型阻焊油墨与线路板的密着性不佳, 自 80 年代末提出碱 水显影光致成像型阻焊油墨的概念以来, 国外一些公司进行了许多有关的开发研究。
随着电子工业的发展, 电子设备要求小型化、 轻量化, 从而促使印刷电路板向高精 度、 高密度和高可靠性发展。这就要求在有限的空间内有效地安装更多的元器件。实现这 种小型、 高性能和节省空间的重要材料就是挠性印制电路板 (Flexible Printed Circuit, FPC)。制造印制电路板所用的化学品中阻焊油墨是十分关键的材料之一。它可以防止导线 刮伤和焊接时导线间短路, 同时, 还起到使导线具有抗潮性、 抗化学药品性、 耐热、 绝缘以及 美观的作用, 因此在印制电路板技术进步过程中, 阻焊油墨的研究与开发始终占据着十分 重要的位置, 而提高阻焊油墨的柔韧性是其重要的发展方向之一。
目前所用的阻焊油墨用于通常的有铅焊锡的焊接完全可以达到性能要求。但是, 铅及其化合物属于有毒物质, 危害人体中枢神经, 影响儿童的智商和正常发育。 长期使用会 给人类生活环境和安全带来较大的危害, 随着人类环保意识的增强, 从保护地球村环境和 人类的安全出发, 限制使用甚至禁止使用有铅焊锡的呼声越来越强烈。无铅焊接技术对配 套使用的阻焊油墨提出了更高的性能要求, 阻焊油墨必须有更高的耐热性, 能耐受 380℃的 高温, 更好的耐化学药品性。因此开发耐高温的阻焊剂成为研究的热点。
用于阻焊油墨的预聚体分为两大类, 一类是自由基型, 一类是离子型。 自由基型是 发生自由基链反应, 对空气非常敏感, 使用时往往需要惰性气体保护, 而且常造成表面聚合 不完全。离子型固化需要干燥车间, 空气湿度大时使用固化效果不好。这些阻焊油墨都含 有各种有机溶剂。在随后曝光步骤之前的预干燥过程中, 这些有机溶剂通常是从阻焊油墨 中蒸发。在显影阶段, 又要使用大量的含有表面活性剂有机溶剂的物质作为显影液。这些 有机溶剂的使用对工作条件和环境造成了威胁, 如较差的工作条件、 污染环境以及会发生 火灾等。为解决这些问题, 我们需要开发新型环保的阻焊油墨。碱溶性阻焊油墨是国际上 发展出的一类新型的阻焊油墨。它是通过曝光、 显影、 后固化等步骤形成精确的图案, 可用 于高密度的印制电路板 (Printed Circuit Board, PCB)。在电子电路越来越精细和高密度 化的今天, 碱溶性阻焊油墨的开发研究在国际上日益受到重视。
国内目前阻焊油墨的发展水平还远落后于美国、 日本等发达国家, 所用的预聚物 仍然主要依赖进口。 国内某些挠性印制电路板用阻焊剂采用国外的聚氨酯或环氧丙烯酸预 聚物作为主体预聚物, 但是其耐温性能只能达到 350℃, 耐挠曲性能还有些欠缺。
超支化聚合物分子的结构特点是呈椭球形, 在其表面分布着所需的官能团, 而在 超支化结构大分子的内部存在空腔结构, 这样的结构使得超支化聚合物具有独特的性能, 也使其具有广阔的应用空间和研究价值。
阻焊油墨生产中用到的预聚物的官能度要足够大, 黏度足够低。符合这一要求的 超支化光敏预聚物应运而生。 发明内容
本发明所要解决的技术问题是制备一种能够用稀碱水溶液显影的碱溶性超支化 光敏有机硅预聚物, 通过接入有机硅链段提高预聚物的耐高温性, 柔韧性 ; 通过接入羧基以 改善有机显影液带来的环境污染等问题, 满足生产和生活的需要。
为了解决上述技术问题, 本发明提供了一种碱溶性超支化光敏有机硅预聚物, 分 子结构用下式表示 :
其中 p = 6×t(t 为正整数 ) 优选 6, 12, 24 ; q 的范围是 1 ~ 12, 优选 1 ~ 3, 最优 8 选2; R, R 各自独立地选自氢和 C1-4 的烷基 ;
R1 代表 :
7
其中 n 的取值范围是 13-400, 优选 20-150, 最优选 25-40 ; m 的取值为 1-10, 优选 3 1-3, 最优选 1 ; A 代表 N, O, 烷氧基, 酰氧基, 酰胺基, 优选烷氧基, 更优选 C1-4 烷氧基 ; R 代表 1-4 4 C4-12 亚烷基环烷基, 任选在环烷基环上被 1-4 个 C 烷基取代 ; R 代表 C1-6 的脂肪族烃基, 优选 C1-4 烷基。
R 代表超支化中心, 结构式如 Ia, Ib, Ic :
R9 为氢或任选被烷基, 芳基, 烷氧基, 芳氧基, 杂原子和杂环取代的 C1-C18 烷基, 优 10 选 C1-C6 的烷基, 最优选乙基 ; R 为单键, 烷基, 芳基, 优选 C1-C6 的烷基, 最优选 -CH2CH2- ; 11 12 R , R 为烷基, 芳基, 优选 C1-C6 的烷基, 最优选 -CH2CH2-。
i, l, s, d, f 各自选取 1-15, 优选 1-10, 最优选 1-7 的整数, 其关系为 i = l-1, s-1, d-1, f-1, 最优选 i = 1, 2, 3。官能度= l+s+d+f。
R 的最优选结构为六官能度, 十二官能度, 二十四官能度, 结构式为 :
六官能度结构式 :
十二官能度结构式 :
二十四官能度结构式 :本发明还提供了一种制备碱溶性超支化光敏有机硅预聚物的方法, 本方法包括以 下步骤 :
(1) 将有机硅, 多元异氰酸酯, 含有活泼基团的羧酸或酸酐, 催化剂加入到第一反 应器中在 50 ~ 60℃下反应 3 ~ 7 小时。其中有机硅, 多元异氰酸酯, 含有活泼基团的羧酸 或酸酐, 催化剂的质量比为 6 ∶ (1.0 ~ 1.2) ∶ (0.25 ~ 0.45) ∶ (0.027 ~ 0.047)。
(2) 将羟端基超支化聚合物 (HBP-OH), 第一步产物, 和催化剂加入到第二反应器 中, 在 30 ~ 70℃下反应 2 ~ 5 小时, 至终点 ; 羟端基超支化聚合物 (HBP-OH), 第一步产物, 和催化剂质量比为 (45 ~ 70) ∶ (700 ~ 1500) ∶ (5.7 ~ 7.7)。
(3) 将烯酸 - 羟酯类化合物、 多元异氰酸酯、 阻聚剂和催化剂加入第三反应器中, 在 40 ~ 80℃下反应 5 ~ 8 小时 ; 烯酸 - 羟酯类化合物、 多元异氰酸酯、 阻聚剂和催化剂质 量比为 10 ∶ (15 ~ 23) ∶ (0.10 ~ 2.00) ∶ (0.12 ~ 0.16)。
(4) 将第三步产物、 第二步产物、 阻聚剂和催化剂反应, 在 30-80 ℃下反应 2 ~ 6 小 时, 至终点 ; 第 三 步 产 物、 第 二 步 产 物、 阻 聚 剂 和 催 化 剂 的 质 量 比 为 20 ∶ (140 ~
175) ∶ (0.75 ~ 1.02) ∶ (0.80 ~ 0.98)。
(5) 降低温度至室温, 出料, 避光保存备用。
更具体而言, 本发明包括 :
1. 一种碱溶性超支化光敏有机硅预聚物, 分子结构用下式表示 :
其中 p = 6×t(t 为正整数 ) 优选 6, 12, 24 ; q 的范围是 1 ~ 12, 优选 1 ~ 3, 最优 8 选2; R, R 各自独立地选自氢和 C1-4 的烷基 ;
R1 代表 :
7
其中 n 的取值范围是 13-400, 优选 20-150, 最优选 25-40 ; m 的取值为 1-10, 优选 3 1-3, 最优选 1 ; A 代表 N, O, 烷氧基, 酰氧基, 酰胺基, 优选烷氧基, 更优选 C1-4 烷氧基 ; R 代表 4 C4-12 亚烷基环烷基, 任选在环烷基环上被 1-4 个 C1-4 烷基取代 ; R 代表 C1-6 的脂肪族烃基, 优选 C1-4 烷基。
R 代表超支化中心, 结构式如 Ia, Ib, Ic :R9 为氢或任选被烷基, 芳基, 烷氧基, 芳氧基, 杂原子和杂环取代的 C1-C18 烷基, 优 10 选 C1-C6 的烷基, 最优选乙基 ; R 为单键, 烷基, 芳基, 优选 C1-C6 的烷基, 最优选 -CH2CH2- ; 11 12 R , R 为烷基, 芳基, 优选 C1-C6 的烷基, 最优选 -CH2CH2-。
i, l, s, d, f 各自选取 1-15, 优选 1-10, 最优选 1-7 的整数, 其关系为 i = l-1, s-1, d-1, f-1, 最优选 i = 1, 2, 3。官能度= l+s+d+f。
R 的最优选结构为六官能度, 十二官能度, 二十四官能度, 结构式为 :
六官能度结构式 :
十二官能度结构式 :
二十四官能度结构式 :
2. 根据项 1 的碱溶性超支化光敏有机硅预聚物, 其中所述预聚物具有下述三个结 六官能度分子式 :构:
十二官能度分子式 :
二十四官能度分子式 :
R2 代表 :
其中 R3 代表R7, R8 均为氢 ; n 的取值范围是 13-400, 优选 20-150, 最优选 25-40。
3. 一种制备项 1 所述的碱溶性超支化光敏有机硅预聚物的方法, 其特征在于包括 如下步骤 :
(1) 将有机硅, 多元异氰酸酯, 含有活泼基团的羧酸或酸酐, 催化剂反应得到产物 1。
(2) 将羟端基超支化聚合物 (HBP-OH), 产物 1, 催化剂反应得到产物 2。
(3) 将多元异氰酸酯、 烯酸 - 羟酯类化合物、 阻聚剂和催化剂反应得到产物 3。
(4) 将产物 2、 产物 3、 阻聚剂和催化剂反应, 得到最终产物——产物 4。
4. 如项 3 的方法, 其特征在于 : 优选产物 1 是在 50 ~ 60℃下反应 3 ~ 7 小时得到 的, 优选产物 2 是在 30 ~ 70℃下反应 2 ~ 5 小时得到的, 优选产物 3 是在 40 ~ 80℃下反 应 5 ~ 8 小时得到的, 优选产物 4 是在 30-80℃下反应 2 ~ 6 小时得到的。
5. 如项 3 的方法, 其中有机硅, 多元异氰酸酯, 含有活泼基团的羧酸或酸酐, 催化 剂的质量比为 6 ∶ (1.0 ~ 1.2) ∶ (0.25 ~ 0.45) ∶ (0.027 ~ 0.047)。
6. 如项 3 的方法, 其中羟端基超支化聚合物 (HBP-OH), 第一步产物和催化剂质量 比为 (45 ~ 70) ∶ (700 ~ 1500) ∶ (5.7 ~ 7.7)。
7. 如项 3 的方法, 烯酸 - 羟酯类化合物、 多元异氰酸酯, 阻聚剂和催化剂的质量比 为 10 ∶ (15 ~ 23) ∶ (0.10 ~ 2.00) ∶ (0.12 ~ 0.16)。
8. 如项 3 的方法, 产物 3、 步产物 2、 阻聚剂和催化剂的质量比为 20 ∶ (140 ~ 175) ∶ (0.75 ~ 1.02) ∶ (0.80 ~ 0.98)。
9. 根据项 3 所述的方法, 其特征在于所述的羟端基超支化聚合物选自羟端基超支 化聚酯, 羟端基超支化聚醚, 羟端基超支化聚胺和羟端基超支化聚酰胺的一种或多种, 优选 所述羟端基超支化聚合物选自羟端基超支化聚酯的一种或多种, 更优选所述羟端基超支化 聚合物选自羟端基超支化聚胺 - 酯或羟端基超支化聚酰胺 - 酯的一种或多种。
10. 根据项 3 所述的方法, 其特征在于所述的含活泼基团的羧酸中的活泼基团为 能够与异氰酸酯基团反应的基团, 优选所述活泼基团选自羟基、 氨基、 羧基及其混合物, 更 优选所述含活泼基团的羧酸选自二羟甲基丙酸, 酒石酸, 二氨基丁酸及其混合物。
11. 根据项 3 所述的方法, 其特征在于 : 优选所述的有机硅选自硅官能性硅油和改 性硅油。
12. 根据项 11 所述的方法, 其特征在于所述硅官能性硅油选自甲基含氢硅油、 乙 基含氢硅油、 羟基硅油、 烷氧基硅油、 酰氧基硅油、 乙烯基硅油、 含苯乙烯基硅油、 氯封端硅油和氨基封端硅油中的一种或多种。
13. 根据项 11 所述的方法, 其特征在于优选所述改性硅油选自碳改性硅油、 共聚 改性硅油和主链改性硅油中的一种或多种。
14. 根据项 11 所述的方法, 其特征在于优选所述碳改性硅油选自含氯甲基硅油、 含氯苯基硅油、 含氰烃基硅油、 含羟烃基硅油、 含氨烃基硅油、 酰胺基硅油、 含氟烃基硅油、 含环氧烃基硅油、 含巯基烃基硅油和含季铵盐烃基硅油中的一种或多种 ; 优选所述共聚硅 油选自聚醚改性硅油、 高级醇改性硅油 ( 碳原子数大于 6)、 长链脂肪酸改性硅油 ( 碳原子数 大于 10) 和长链烷基硅油 ( 碳原子数大于 10) 中的一种或多种 ; 优选所述主链改性硅油选 自含氮烃基硅油、 硅亚烃基硅油和硅亚芳基硅油中的一种或多种。
15. 根据项 11 所述的方法, 其特征在于更优选所述有机硅为羟基硅油、 氨基封端 硅油、 含羟烃基硅油、 含氨烃基硅油、 酰胺基硅油及其混合物。
16. 根据项 3 所述的方法, 其特征在于所述的多异氰酸酯选自二异氰酸酯和多亚 甲基多苯基多异氰酸酯, 优选所述二异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯 (IPDI)、 2, 4- 甲苯 二异氰酸酯 (TDI)、 亚己基二异氰酸酯 (HDI)、 4, 4′ - 二苯基甲烷二异氰酸酯 (MDI)、 赖氨 酸二异氰酸酯 (LDI)、 1, 5- 萘二异氰酸酯 (NDI)、 乙苯二异氰酸酯 (EDI)、 多苯基多异氰酸 酯 (PAPI)、 4, 4′ - 二环乙基甲烷二异氰酸酯 (H12MDI)、 对苯二异氰酸酯 (PPDI)、 环乙基二 异氰酸酯 (THDI)、 3, 3′ - 二甲基联苯 -4, 4′ - 二异氰酸酯 (TODI) 和 3, 3′ - 二甲基 -4, 4′ - 二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种 ; 多异氰酸酯选自 4, 4′, 4″ - 三苯基甲烷三 异氰酸酯、 四异氰酸酯及其混合物。
17. 根据项 3 所述的方法, 其特征在于所述的催化剂选自有机锡催化剂及其混合 物, 优选所述催化剂选自单丁基氧化锡、 二丁基氧化锡、 二丁基二乙酸锡和二丁基二月桂酸 锡中的一种或多种。
18. 根据项 3 所述的方法, 其特征在于所述的阻聚剂选自叔丁基邻苯二酚 (TBC)、 对苯二酚、 邻苯二酚、 对甲氧基苯酚、 邻甲基对苯二酚, 264- 对苯醌、 1, 4- 萘醌、 甲基氢醌、 酚噻嗪、 β- 苯基萘胺、 对苯醌中的一种或多种。
19. 根据项 18 所述的方法, 其特征在于所述阻聚剂是对 - 甲氧基苯酚。
20. 根据项 3 所述的方法, 其特征在于能与异氰酸酯反应的烯属单体选自烯属羧 酸羟酯类, 烯属酰胺 -N- 羟烷基类, 苯乙烯类, 乙烯单体中的一种或多种。
21. 根据项 20 所述的方法, 其特征在于优选所述的烯属羧酸羟酯类单体选自丙烯 酸羟酯的一种或多种 ; 优选所述的烯属酰胺 -N- 羟烷基类单体选自 N 取代含羟烷基的丙烯 酰胺的一种或多种 ; 优选所述的苯乙烯类单体选自含羟基的苯乙烯的一种或多种 ; 优选所 述的乙烯单体选自含羟基的乙烯的一种或多种。
22. 根据项 20 所述的方法, 其特征在于更优选所述的能与异氰酸酯反应的烯属单 体是丙烯酸 -β- 羟乙酯。
23. 一种阻焊油墨, 其特征在于其包含根据项 1-3 中任一项所述的碱溶性超支化 光敏有机硅预聚物。
合成原理
下面以优选原料合成六官能度碱溶性超支化光敏有机硅预聚物为例, 解释合成原 理。第一步 : 异氰酸酯与含活泼氢的有机硅和羧酸或酸酐反应引入硅氧链段和羧基, 合成产物 1。
产物 1
其中 R3 代表n 的取值范围是 13-400, 优选 20-150, 最优选 25-40。
第二步 : 六官能度羟端基超支化聚合物 (HBP1-OH) 与产物 1 反应合成产物 2。
产物 2 其中 : R6 代表
R3 代 表n 的 取 值 范 围 是 13-400, 优 选 20-150, 最优选25-40。
第三步 : 异氰酸酯与丙烯酸 β- 羟乙酯反应, 合成产物 3。
R3 代表
第四步 : 合成碱溶性超支化光敏有机硅预聚物。
最终产物的分子结构式用下式表示 :
R3 代表n 的取值范 围是 13-400, 优选 20-150, 最 优选25-40。
R5 代表本发明提供具有碱溶性超支化光敏有机硅预聚物的制备方法, 该方法包括 : (1) 一分子二异氰酸酯中的两个异氰酸酯基团分别与有机硅中的羟基和羟基羧酸中的羟基反 应, 接入有机硅链段和羧基, 而羟基羧酸中的另一个羟基与另一分子二异氰酸酯中的一个 异氰酸酯基团反应, 于是生成了以一个异氰酸酯基团和羟基封端的产物 1, 此反应在 50 ~ 60℃下反应 3 ~ 7 小时 ; (2) 羟端基超支化聚合物的羟基与产物 1 一端的异氰酸酯基团反 应, 生成羟基封端的产物 2, 反应在 30 ~ 70 ℃下反应 2 ~ 5 小时 ; (3) 二异氰酸酯的一个 异氰酸酯基团与丙烯酸羟乙酯的羟基反应, 生成一个异氰酸酯基团封端的产物 3, 反应在 40 ~ 80℃下反应 5 ~ 8 小时 ; (4) 产物 3 再与产物 2 反应得到最终产物, 接入了丙烯酸酯 链段。此步骤是在 30-80℃下反应 2 ~ 6 小时, 由于黏度不断增加, 要控制在适当的反应时 间。
生成的预聚物分子中接入的羧基能和碱溶液反应而溶解在碱溶液中。 为了提高此 预聚物在稀碱溶液中的溶解性, 同时兼顾其他性能, 应控制反应物中羧酸和有机硅的比例, 从而使预聚物具有较好的碱溶性。在反应中对两者的物质量的比进行了考查, 在两者的比 例为 (0.9 ~ 1.5)mol ∶ 1mol 时具有较好的碱溶性, 优选 (1.0 ~ 1.1)mol ∶ 1mol。
本发明中的羟端基超支化聚合物, 能与羟端基超支化聚合物反应的烯属单体, 有 机硅, 多异氰酸酯, 含活泼基团的羧酸及酸酐的种类, 不限于本发明中列举的物质, 也可以 是其它同类型的化合物。
例如在本发明中, 羟端基超支化聚合物选自羟端基超支化聚酯, 羟端基超支化聚 醚, 羟端基超支化聚胺和羟端基超支化聚酰胺的一种或多种。优选所述羟端基超支化聚合 物选自羟端基超支化聚酯的一种或多种。 更优选所述羟端基超支化聚合物选自羟端基超支 化聚胺 - 酯或羟端基超支化聚酰胺 - 酯的一种或多种。
在本发明中, 含活泼基团的羧酸中的活泼基团是指能够与异氰酸酯基团反应的基 团。优选所述活泼基团选自羟基、 氨基、 羧基及其混合物。在本发明中, 更优选所述含活泼 基团的羧酸选自二羟甲基丙酸, 酒石酸, 二氨基丁酸及其混合物。
在本发明中, 有机硅选自硅官能性硅油和改性硅油。硅官能性硅油可以选自甲基 含氢硅油、 乙基含氢硅油、 羟基硅油、 烷氧基硅油、 酰氧基硅油、 乙烯基硅油、 含苯乙烯基硅 油、 氯封端硅油和氨基封端硅油中的一种或多种。改性硅油可以选自碳改性硅油、 共聚改 性硅油和主链改性硅油中的一种或多种。碳改性硅油可以选自含氯甲基硅油、 含氯苯基硅 油、 含氰烃基硅油、 含羟烃基硅油、 含氨烃基硅油、 酰胺基硅油、 含氟烃基硅油、 含环氧烃基 硅油、 含巯基烃基硅油和含季铵盐烃基硅油中的一种或多种。 并且, 在本发明中优选所述共 聚硅油选自聚醚改性硅油、 高级醇改性硅油 ( 碳原子数大于 6), 长链脂肪酸改性硅油 ( 碳原 子数大于 10) 和长链烷基硅油 ( 碳原子数大于 10) 中的一种或多种。优选所述主链改性硅 油选自含氮烃基硅油、 硅亚烃基硅油和硅亚芳基硅油中的一种或多种。 在本发明中, 更优选 所述有机硅为羟基硅油、 氨基封端硅油、 含羟烃基硅油、 含氨烃基硅油、 酰胺基硅油及其混 合物。
在本发明中, 多异氰酸酯可以使用二异氰酸酯和多亚甲基多苯基多异氰酸酯。优 选所述二异氰酸酯选自二异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯 (IPDI)、 2, 4- 甲苯二异氰酸 酯 (TDI)、 亚己基二异氰酸酯 (HDI)、 4, 4′ - 二苯基甲烷二异氰酸酯 (MDI)、 赖氨酸二异氰 酸酯 (LDI)、 1, 5- 萘二异氰酸酯 (NDI)、 乙苯二异氰酸酯 (EDI)、 多苯基多异氰酸酯 (PAPI)、 4, 4 ′ - 二环乙基甲烷二异氰酸酯 (H12MDI)、 对苯二异氰酸酯 (PPDI)、 环乙基二异氰酸酯 (THDI)、 3, 3′ - 二甲基联苯 -4, 4′ - 二异氰酸酯 (TODI) 和 3, 3′ - 二甲基 -4, 4′ - 二苯 基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。 此外, 多异氰酸酯可以使用 4, 4′, 4″ - 三苯基甲烷三 异氰酸酯、 四异氰酸酯及其混合物。
在本发明中, 烯属单体选自烯属羧酸羟酯类, 烯属酰胺 -N- 羟烷基类, 苯乙烯类, 乙烯单体中的一种或多种。优选所述的烯属羧酸羟酯类单体选自丙烯酸羟酯的一种或多 种; 优选所述的烯属酰胺 -N- 羟烷基类单体选自 N 取代含羟烷基的丙烯酰胺的一种或多种 ; 优选所述的苯乙烯类单体选自含羟基的苯乙烯的一种或多种 ; 优选所述的乙烯单体选自含 羟基的乙烯的一种或多种。更优选能与异氰酸酯反应的烯属单体是丙烯酸 -β- 羟乙酯。
在本发明中, 所使用的催化剂和阻聚剂都可以采用本领域常用的催化剂和阻聚剂, 并且对它们没有特别的限定。一般而言, 催化剂可以使用有机锡催化剂及其混合物, 优 选所述催化剂选自单丁基氧化锡、 二丁基氧化锡、 二丁基二乙酸锡和二丁基二月桂酸锡中 的一种或多种。阻聚剂可以选自叔丁基邻苯二酚 (TBC)、 对苯二酚、 邻苯二酚、 对甲氧基苯 酚、 邻甲基对苯二酚, 264- 对苯醌、 1, 4- 萘醌、 甲基氢醌、 酚噻嗪、 β- 苯基萘胺、 对苯醌中的 一种或多种。在本发明的优选的实施方式中, 阻聚剂是对 - 甲氧基苯酚。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细阐述。
原料来源
丙烯酸甲酯 : 北京益利精细化学品有限公司
二乙醇胺 : 北京益利精细化学品有限公司
三羟甲基丙烷 : 北京市庆盛达化工技术有限公司
对甲苯磺酸 : 天津市文达稀贵试剂化工厂
甲醇 : 北京益利精细化学品有限公司
4- 甲氧基苯酚 : 北京化学试剂公司
甲醇基有机硅油 Q4-3667 : 美国道康宁公司
异佛尔酮二异氰酸酯 (IPDI) : 上海雨田化工有限公司
二羟甲基丙酸 (DMPA) : 泰兴盛铭精细化工有限公司
二月桂酸二丁基锡 (DBTDL) : 佛山宏业化工有限公司
二甲基甲酰胺 (DMF) : 济南盛源林工贸有限公司
二正丁胺 : 上海建北有机化工有限公司
2- 羟基 - 甲基苯基丙烷 -1- 酮 (1173) : 靖江宏泰化工有限公司
丙烯酸 -β- 羟乙酯 (HEA) : 北京东方化工厂
二缩丙二醇二丙烯酸酯 (DPGDA) : 台湾长兴公司
实施例 1
N, N- 二羟乙基 -3- 氨基丙酸甲酯单体的合成, 装有冷凝管与机械搅拌的四口烧瓶 中加入等物质的量的丙烯酸甲酯 28.38g 和二乙醇胺 34.65g, 20g 甲醇作为溶剂。混合物在 室温和通 N2 的条件下搅拌 30min 后升温至 40℃反应 4h, 然后减压蒸馏以除去甲醇, 得到无 色透明的 N, N- 二羟乙基 -3- 氨基丙酸甲酯单体, 反应式如下 :
实施例 2
六官能度羟端基超支化聚胺 - 酯 (HBP1-OH) 的合成, 在接有分水器, 加料漏斗与机 械搅拌的四口烧瓶中加入三羟甲基丙烷 1.34g, 3 倍摩尔量的 N, N- 二羟乙基 -3- 氨基丙酸 甲酯 5.73g 以及 0.07g 对甲苯磺酸。混合物加热至 120℃反应 3h, 得到淡黄色油状的六官 能度羟端基超支化聚胺 - 酯 (HBP1-OH), 方程式如下 :
实施例 3
十二官能度羟端基超支化聚胺 - 酯 (HBP2-OH) 的合成, 在接有分水器, 加料漏斗与 机械搅拌的四口烧瓶中加入三羟甲基丙烷 1.34g, 3 倍摩尔量的 N, N- 二羟乙基 -3- 氨基丙 酸甲酯 5.73g 以及 0.07g 对甲苯磺酸。混合物加热至 120℃反应 3h, 然后, 滴加 6 倍摩尔量 的 N, N- 二羟乙基 -3- 氨基丙酸甲酯 11.46g, 同时升高温度到 130℃反应 3h 得到淡黄色油 状的十二官能度羟端基超支化聚胺 - 酯 (HBP2-OH), 反应式如下 :
实施例 4
二十四官能度羟端基超支化聚胺 - 酯 (HBP3-OH) 的合成, 在接有分水器, 加料漏斗 与机械搅拌的四口烧瓶中加入三羟甲基丙烷 1.34g, 3 倍摩尔量的 N, N- 二羟乙基 -3- 氨基 丙酸甲酯 5.73g 以及 0.07g 对甲苯磺酸。混合物加热至 120 ℃反应 3h, 然后, 滴加 6 倍摩 尔量的 N, N- 二羟乙基 -3- 氨基丙酸甲酯 11.46g, 同时升高温度到 130℃反应 3h, 继续加入
12 倍摩尔量的 N, N- 二羟乙基 -3- 氨基丙酸甲酯 22.92g, 130℃反应 3h 后得到黄色油状的 二十四官能度羟端基超支化聚胺 - 酯 (HBP3-OH), 反应式如下 :
实施例 5
在 装 有 搅 拌 器、 滴 液 漏 斗、 冷 凝 管 的 100mL 三 口 烧 瓶, 加 入 18.25g Q4-3667, 0.135g 催化剂二丁基二月桂酸锡 (DBTDL), 滴加 3.35g 异佛尔酮二异氰酸酯 (IPDI), 在 50℃下反应, 用二正丁胺 - 丙酮法测定异氰酸根含量, 监测反应进度, 当反应至异氰酸根值 为初始值的 50%时, 加入 2.03g 二羟甲基丙酸 (DMPA), 在 40℃下反应至 NCO 值为 0 ; 然后再 加入 3.35g 的异佛尔酮二异氰酸酯 (IPDI), 待 NCO 反应 50%时得到产物 1, 然后加入 1.04g 的六官能度羟端基超支化聚胺 - 酯 (HBP1-OH), 得到以异氰酸根和羟基为端基的产物 2。
将 5.85g 异佛尔酮二异氰酸酯 (IPDI) 和 0.09g 阻聚剂对甲氧基苯酚, 0.1g 催化 剂二丁基二月桂酸锡 (DBTDL), 50℃下滴加 11.7g 的丙烯酸羟乙酯 (HEA), 反应中不断监测 NCO 基团的浓度, 当 NCO 反应 50%时, 得到以 NCO 基团为末端基团的产物 3。将产物 3 与产 物 2 的反应, 反应温度为 60℃, 反应至 NCO 含量为 0 结束反应, 减压蒸馏除去溶剂, 得碱溶性 超支化有机硅预聚物 (AHB1PSUA-I)。
异氰酸根含量的测量 ( 二正丁胺 - 丙酮法 ) :
准确称取 1.0000g 样品于干燥的碘量瓶中, 加入 10mL 丙酮溶解样品, 准确加入 20.00mL 二正丁胺 - 丙酮溶液, 加塞密闭后充分振荡, 静置 15min ; 随后, 加入 3 滴溴甲酚绿 指示剂, 用 0.1mol/L 盐酸标准溶液滴定至终点 ( 由蓝至黄 )。同时做空白实验。0.1mol/L 二正丁胺 - 丙酮溶液 : 将 2.6g 二正丁胺溶于丙酮中, 倒入 200mL 容量瓶中, 用丙酮稀释至刻 度, 摇匀, 避光保存, 现配现用 ; 0.1mol/L 盐酸标准溶液 ; 水为去离子水。
然后根据如下公式即可得到样品中的 NCO 的含量 :
其中, V0 为空白样品消耗的盐酸体积 (mL), V 为样品消耗的盐酸体积 (mL), C 为盐 酸标准溶液的物质的量浓度 (mol/L), m 为样品的质量 (g)。
实施例 6
所用的原料加入顺序不同, 如下 :
在装有搅拌器、 滴液漏斗、 冷凝管的 100ml 三口烧瓶, 加入 18.25g Q4-3667, 6.70g 异佛尔酮二异氰酸酯 (IPDI), 2.03g 二羟甲基丙酸 (DMPA), 0.135g 催化剂二丁基二月桂酸 锡 (DBTDL), 在 50℃下反应, 用二正丁胺 - 丙酮法测定异氰酸根含量, 监测反应进度, 当反应 至异氰酸根值为初始值的 25%时, 得到产物 1, 然后加入 1.04g 六官能度羟端基超支化聚 胺 - 酯 (HBP1-OH), 得到以异氰酸根和羟基为端基的产物 2。
将 5.85g 异佛尔酮二异氰酸酯 (IPDI) 和 0.09g 阻聚剂对甲氧基苯酚, 0.1g 催化 剂二丁基二月桂酸锡 (DBTDL), 50℃下滴加 11.7g 的丙烯酸羟乙酯 (HEA), 反应中不断监测 NCO 基团的浓度, 当 NCO 反应 50%时, 得到以 NCO 基团为末端基团的产物 3。将产物 3 与产 物 2 的反应, 反应温度为 60℃, 反应至 NCO 含量为 0 结束反应, 减压蒸馏除去溶剂, 得碱溶性 超支化有机硅预聚物 (AHB1PSUA-II)。
实施例 7、 8 重复实施例 5 步骤, 不同之处在于所用的原料羟端基超支化聚胺 - 酯 (HBP-OH) 及 其用量, 见表 1 所示 :
表1
实施例 9
本实施例的目的在于说明可以使用实施例 5 所制备的碱溶性超支化光敏有机硅 预聚物制备阻焊油墨, 并测定其性能。
称取实施例 5 中的碱溶性超支化光敏有机硅预聚物 3.0g 与二缩丙二醇二丙烯酸 酯 (DPGDA)2g、 光敏剂 2- 羟基 - 甲基苯基丙烷 -1- 酮 (1173)0.00035g 充分混合后, 将该混 合物涂布在玻璃板上, 得到大约 25μm 左右厚度的薄层膜。在其上面放上带有简单图案的 掩模板, 放在 UV 固化机上曝光, 使其发生光化学反应, 然后在室温下在 1%碳酸钠水溶液中 浸渍 30s, 使之显影。然后在 100℃恒温干燥箱中烘致恒重, 由显影前后的薄膜质量比例测 定残膜率, 测定残膜率在 50%所需要的曝光量, 其数值在 0.29mJ/cm2。
实施例 10-12
重复实施例 9 的步骤, 不同之处在于分别使用实施例 6-8 制备的碱溶性超支化光
敏有机硅预聚物, 来代替实施例 9 中的碱溶性超支化光敏有机硅预聚物。测得的曝光量如 表2:
表2
本发明的有益效果是 : 所合成的预聚物带有大量羧基, 具有良好碱溶性。 该预聚物 中含有大量感光基团, 具有较好的光敏性。 吸收紫外光产生聚合交联反应, 可以作为成膜物 质。接入了超支化的有机硅链段, 降低了黏度 ( 黏度< 600mPa· s), 提高了预聚物的耐高温 性 ( 可承受 380℃高温 ) 和柔顺性。此预聚物配制的阻焊油墨, 用稀的碱液显影, 减少了有 机溶剂显影对环境的危害, 属于环境友好型材料。 合成方法简单, 易于操作, 原料易得廉价。
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