高品质双酚芴环氧树脂的合成及其应用

论文摘要

20世纪末,世界各国对人体内铅浓度过高而引起的这种危害已经有了更为清晰的认识。欧盟也提出了《关于报废电子电器设备指令》和《关于在电子电器设备中限制使用某些有害物质指令》即WEEE/ROHS的法案,这标志着世界范围内的无铅化运动正式开展起来。无铅化的产业化将在世界范围内给电子电气设备制造商带来危机和挑战。因此通过使用无铅焊料来解决铅污染的问题已成为近年来电子封装技术发展的热点。针对电子封装中无铅焊技术发展的要求,开发和研究高Tg、高耐热的环氧塑封材料势在必行。在现行的新型高耐热的环氧树脂或者固化剂的研究开发中,合成含芴结构的环氧树脂或者固化剂将是最为有效的途径之一,但目前在国内这种含芴结构环氧体系的研究还极少。因此,为满足电子封装技术中无铅化发展及航天复合材料等领域对环氧的高性能要求,研究开发这种含芴结构的环氧体系将有着重大的现实意义和应用价值。本文采用减压共沸脱水技术,复合催化剂,以及低浓度碱精制技术合成了高品质双酚芴环氧树脂（Bisphenol fluorene epoxy resin , BPFOG）,通过各种分析方法对所得环氧树脂的结构和纯度进行了表征,并针对环氧树脂合成过程中的一些基础问题进行了研究;通过对树脂与不同固化剂的固化过程进行研究,对固化过程进行了探讨,同时为树脂的固化条件提供了依据。主要研究内容如下:1.通过查阅文献,初步拟定以双酚芴（Bisphenol fluorene , BPF）为起始原料采用复合催化剂,以二氧六环为共沸脱水剂,先进行醚化,再加碱并减压共沸脱水;后处理后,以低浓度高倍量的碱溶液精制,制得BPFOG。2.然后使用GPC,MS,FT-IR和1HNMR等方法对产物分子量分布及结构特征进行表征,并和专利中的数据进行对比,以确保合成的产物是BPFOG。3.本文对BPFOG的合成过程中的机理问题进行了探讨,在理论上解释了反应中各种副产物的产生;针对目前工业上树脂中颜色出现的原理进行了深入的探讨,提出了降低树脂色泽的可行性方案。4.以DSC（Differential Scanning Calorimetry ）为研究工具,研究了BPFOG分别与4,4-二氨基二苯醚（4,4`-diaminodiphenyl ether , DDE）, 4,4-二氨基二苯基甲烷（4,4’-Diaminodiphenylmethane , DDM）和4,4-二氨基二苯砜（4’4-Diamino diphenyl sulfone , DDS）均匀混合后的固化过程中的热行为,并确定其分别对应的最佳固化温度。5.对BPFOG与DDM, DDS在180℃固化条件下得到的相应的固化物进行了DSC和TGA研究,结果表明固化物具有较好的热稳定性,其分解温度分别为327℃和380℃。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 无铅电子封装技术简介
• 1.1.1 无铅电子封装的背景
• 1.1.2 世界范围内无铅化运动
• 1.2 无铅化电子封装的途径
• 1.2.1 无铅焊料
• 1.2.2 无铅焊接对耐热环氧塑封料的要求
• 1.3 环氧树脂的特性及应用
• 1.3.1 环氧树脂简史
• 1.3.2 环氧树脂的特性
• 1.3.3 环氧树脂的分类
• 1.3.4 环氧树脂的应用领域
• 1.4 高品质环氧树脂及我国国情
• 1.5 本课题研究的内容和意义
• 第2章 实验部分
• 2.1 主要原料、试剂及表征仪器
• 2.2 树脂合成部分
• 2.2.1 粗BPFOG 的合成制备
• 2.2.2 BPFOG 与固化剂混合物及其固化物的制备
• 2.3 BPFOG 结构表征及热分析
• 2.3.1 环氧树脂环氧值的测定
• 2.3.2 红外光谱检测
• 2.3.3 质谱分析
• 2.3.4 核磁共振谱检测
• 2.3.5 凝胶色谱分析
• 2.3.6 热分析
• 2.3.7 热分析曲线分析软件及方法
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 BPFOG 的合成工艺及工艺讨论
• 3.1.1 BPFOG 合成的实验数据
• 3.1.2 ECH/BPF
• 3.1.3 催化剂
• 3.1.4 闭环碱用量及加入时间
• 3.1.5 BPFOG 的精制
• 3.1.6 实验小结
• 3.2 BPFOG 的表征
• 3.2.1 BPF 及其环氧树脂的FT-IR 表征
• 3.2.2 BPF 及其环氧树脂的1H NMR 表征
• 3.2.3 BPFOG 的质谱（ESI）
• 3.2.4 BPF 及其环氧树脂的GPC 表征
• 3.2.5 表征部分小结
• 3.3 BPFOG 合成中相关机理
• 3.3.1 BPFOG 的合成机理
• 3.3.2 BPFOG 的合成中可能的副产物
• 3.3.3 BPFOG 的生色研究
• 3.4 BPFOG 的固化行为研究
• 3.4.1 BPFOG 与DDE，DDM 和DDS 的各种物性参数
• 3.4.2 BPFOG 与DDE 共混物的热分析曲线
• 3.4.3 BPFOG 与DDM，DDS 固化物的热分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录