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《可溶性含氟光敏聚酰亞胺的合成.doc》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、新型可溶性光敏聚酰亞胺的合成與表征丁麗琴a張愛清a國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50373052)通訊聯(lián)系人:張愛清,男,1963年生,教授;Email:dinglq321◎sina.com,研究方向:有機(jī)及高分子材料的合成與應(yīng)用(湖北省催化與材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中南民族大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院武漢 430074)摘要:用4,4’-(六氟亞異丙基)-鄰苯二甲酸酐(6FDA)與光敏性二胺1,5-二(氨基苯基)-1,4-戊二烯-3-酮(BAPO)合成新型的可溶性的含氟光敏聚酰亞胺(PSPI)材料。用FT-IR光譜對(duì)聚合物進(jìn)行了表征,同時(shí)對(duì)聚合物的溶解性能、熱性能和光敏性能進(jìn)行了探討。結(jié)果表明這種光敏聚
2、酰亞胺在常見的有機(jī)溶劑DMF、NMP和DMSO中,顯示了極好的溶解性能;具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性能,其玻璃化溫度為282℃,5%的熱失重率的溫度為467℃,800℃時(shí)聚合物的剩余組分為54%。聚合物的感光性通過觀察UV照射后其UV-Vis光譜的變化來研究。關(guān)鍵詞:光敏聚酰亞胺,戊二烯酮,溶解性,合成1引言光敏聚酰亞胺(PSPI)是近30年發(fā)展起來的高性能感光樹脂,具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、良好的機(jī)械、電氣、化學(xué)和感光性能[1]。由于兼具感光和耐熱雙重功能,與非光敏聚酰亞胺相比,可大大簡(jiǎn)化復(fù)雜的光刻工藝,同時(shí)可以滿足大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路多層內(nèi)聯(lián)系統(tǒng)中的絕緣隔層、表面鈍化層以及離子注入掩膜、
3、電子束光刻等諸多方面的特殊要求,顯示了極大的應(yīng)用前景[2]。目前,國內(nèi)外有很多關(guān)于PI的改性研究。含氟聚酰亞胺具有優(yōu)良的溶解性、低光學(xué)損耗、介電常數(shù)、吸濕性和折光指數(shù)等性能,已引起人們的高度重視并得以廣泛應(yīng)用[3]。Feng等人將查爾酮結(jié)構(gòu)引入PI主鏈中合成了光敏聚酰亞胺(PhotosensitivePolyimide,PSPI)[4],此類PSPI具有較高的靈敏度,制得的圖形分辨率提高了近1倍,成膜后膜損失率極?。煌瑫r(shí)由于曝光后主鏈交聯(lián),進(jìn)一步提高了聚合物的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。但是將類似于查爾酮結(jié)構(gòu)的光敏基團(tuán)――戊二烯酮引入聚酰亞胺主鏈中,合成可溶性光敏聚酰亞胺,尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。本文
4、采用含戊二烯酮的光敏二胺1,5-二(氨基苯基)-1,4-戊二烯-3-酮(BAPO)與4,4’-(六氟亞異丙基)-鄰苯二甲酸酐(6FDA)縮聚合成新型可溶性的光敏聚酰亞胺,并對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了研究。具體合成路線見Scheme1。2實(shí)驗(yàn)部分稱取0.444g(1mmol)6FDA和等摩爾量的二胺混合物于燒瓶中,加入10mL新蒸的DMF溶解,通氬氣保護(hù),室溫下攪拌反應(yīng)24h。然后加入1mL乙酸酐和1mL吡啶到反應(yīng)溶液中,升溫至60℃繼續(xù)8h,將得到的聚酰亞胺溶液倒入去甲醇中,過濾,收集沉淀,并用甲醇反復(fù)洗滌,在60℃下真空干燥24h。3結(jié)果與討論本文采用最普遍使用的二步法,在DMF溶劑中進(jìn)行共
5、縮聚反應(yīng),然后用乙酐為脫水劑,吡啶為催化劑,進(jìn)行化學(xué)酰亞胺化得到聚酰亞胺。3.1聚合物的溶解性能本實(shí)驗(yàn)制得的新型光敏聚酰亞胺PSPI具有較好的溶解性,在室溫下能溶解于DMSO、NMP、DMF等有機(jī)溶劑中。主要是二酐單體中含氟基團(tuán)的引入,增大了分子鏈間的距離,減小了分子間作用力,增大了分子鏈的柔順性,因此可以使含氟聚酰亞胺的溶解性大大提高。Scheme1Syntheticdiagramforpolyimide3.2聚酰亞胺的耐熱性能利用差熱掃描量熱儀(DSC)和熱失重分析儀(TGA)對(duì)聚酰亞胺的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熱穩(wěn)定性能進(jìn)行了研究,結(jié)果如圖1和圖2所示。測(cè)試條件均為在氮?dú)鈿夥罩?升溫速率為
6、10℃/min。DSC分析表明,聚合物具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg=282℃)。由于二胺單體中的戊二烯酮光敏基團(tuán),戊二烯酮中的兩個(gè)雙鍵與羰基形成大共軛,使聚合物的主鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)困難,聚合物剛性增強(qiáng)。熱失重分析顯示,聚合物5%的熱失重溫度在467℃,10%失重溫度為538℃。800℃時(shí)聚合物的剩余組分為55%作用。表明所合成的聚酰亞胺具有良好的耐熱穩(wěn)定性能。這是因?yàn)镃F3基團(tuán)的引入,破壞了分子鏈的平面結(jié)構(gòu),提高了聚合物的熱穩(wěn)定性能。3.3光敏聚酰亞胺的感光性能經(jīng)紫外吸收光譜測(cè)試,聚合物在287~305nm之間均有一個(gè)強(qiáng)的吸收峰,其λmax為297nm。用紫外光照射,其峰的吸收強(qiáng)度隨著照射時(shí)間
7、的增加而逐漸減弱。結(jié)果表明所合成的聚酰亞胺具有一定的感光性能。Fig.1TGAcurvesofthepolyimidesFig.2DSCcurvesofthepolyimides4結(jié)論本研究采用溶液聚合、經(jīng)化學(xué)亞胺化,合成了一類新型可溶性的光敏聚酰亞胺。該合成方法操作簡(jiǎn)便,產(chǎn)品純度與收率高。這類光敏聚酰亞胺297nm有特征吸收峰,5%的失重溫度為467℃,溶解性能好,具有較好的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)[1]HouHQ,JiangJG,Di