基于环糊精的高性能低介电常数氰酸酯树脂的研究

【摘要】随着集成电路技术的发展，大规模集成电路的尺寸越来越小。为了满足这一要求，具有低介电常数，较高的热稳定性和良好的加工性能的高性能绝缘树脂的开发成为了关键。氰酸酯（CE）树脂，作为高性能热固性树脂的代表，具有优异的热性能和机械性能，同时在较宽的温度和频率范围内有着极低的介电常数和稳定的介电损耗。基于这些属性，CE树脂在很多尖端领域内一直被视为制造“结构/功能”材料的最佳候选。尤其是对介电性能有着极高要求的微电子领域。因此制备具有广泛应用的低介电常数CE树脂是非常重要的。迄今为止，许多研究表明引入多孔材料或致孔剂到聚合物中是制备低介电常数材料简单而有效的方法。同时该方法由于有丰富的多孔材料或致孔剂供选择而具有很大的可设计性。值得一提的是基于可持续发展和保护环境的要求，生物质材料一直是材料科学中的一个热点。因此，基于生物质的低介电常数树脂是一个潜在的应用方向。环糊精（CD）是由环糊精葡萄糖残基转移酶作用于淀粉、糖原、麦芽寡聚糖等葡萄糖聚合物而形成的环状低聚糖。在其空洞结构中，较大开口端由C2和C3的仲羟基构成，较小开口端由C6的伯羟基构成，独特的结构使CD具有良好的化学反应性及生物可降解性。目前环糊精多作为致孔剂用于制备低介电材料。然而这种低介电材料并不能称为生物质材料由于环糊精作为致孔剂在制备过程中发生降解。此外，基于以下两个原因，环糊精作为孔隙材料并不适合直接用于制备高性能低介电树脂。首先环糊精及其衍生物不具有足够的热稳定性，它们的初始热降解温度接近树脂的最大固化或后固化温度。因此，改性树脂的热稳定性将降低。另一个挑战是环糊精分子上带有很多的羟基，会引入较大的极性从而抵消孔隙带来的降低介电常数的效果。因此，环糊精或其衍生物应具备较高的热稳定性和合适的活性基团来制备高性能低介电常数树脂。本文针对氰酸酯树脂、CD等在制备满足新一代电子信息产品要求的新型高性能材料存在的问题，通过合成一种新型粒径小热稳定性高的M-CDP微球以及一种表面羟基含量高的W-CDP，分别加入氰酸酯树脂中，制得了一系列改性树脂，以期获得具有优异热性能、低介电常数以及低吸水率等性能的高性能氰酸酯树脂。首先，合成了一种新型的粒径较小的热稳定性高的环糊精微球（M-CDP），并通过多种表征方法证实了M-CDP的结构。同文献中报道的M-CDP相比，合成的M-CDP微球具有更小的粒径（17.20um），羟基含量为12.33.2wt%，而且具有明显改善的热稳定性，其初始降解温度（Tdi）为320oC，高于文献报导的初始热降解温度。与此同时M-CDP极性降低，具有更低的介电常数与介电损耗。在成功合成M-CDP的基础上，制备了具有不同M-CDP含量的M-CDP/CE改性树脂，研究了M-CDP/CE树脂的介电性能，热性能。研究结果表明，由于M-CDP的加入能有效降低CE树脂的固化反应时间和降低CE树脂的介电常数，吸水性并提高其热稳定性。当M-CDP含量为5%时，所得M-CDP/CE树脂介电常数在104Hz时只有2.92；而且其吸水率低于CE树脂。其次，合成了不同羟基含量的聚环糊精（W-CDP）。在此基础上，制备了W-CDP/CE改性树脂，深入研究了不同羟基含量对CE树脂的热性能，介电性能，吸水性能等。研究结果表明，W-CDP的加入能明显降低CE树脂的固化时间和介电常数。例如5W-CDP/CE树脂的介电常数在104Hz时为3.15。同时表明CE树脂的介电性能会随着填料的极性上升而增大。
【作者】唐燕南；
【导师】梁国正；
【作者基本信息】苏州大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】环糊精；氰酸酯树脂；介电性能；生物质材料；热性能；

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