[发明专利]聚酰亚胺/硅藻土复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机/无机复合材料领域，具体涉及一种聚酰亚胺/硅藻土复合材料及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺，因其在性能和合成方面的突出特点，不论是作为结构材料或是作为功能性材料，其巨大的应用前景已经得到充分的认识。它具有良好的热稳定性、高强度与高模量、低热膨胀系数和介电常数、优良的绝缘性能和耐溶剂性等，因而被广泛地应用于航空航天、军事、电气电子等工业领域。但随着近年来各行各业的迅速发展，对器件的性能提出了更高的要求，普通聚酰亚胺的性能已不能满足要求。特别是在微电子行业，微电子元件的功能在不断增强而体积却不断减小，超大规模集成电路的尺寸也逐渐减小，金属互连的电阻、电容(Rc)延迟以近似二次方增加，导致信号传输延迟和串扰，直接影响器件的性能。为了降低因信号传输延迟和串扰及介电损失而导致的功耗增加，满足信号传递的高速化，进一步提高电子线路的功能，要求介电层间绝缘材料有更低的介电常数。而聚酰亚胺在微电子工业中广泛用于芯片表面的钝化与封装材料、多层布线的层间绝缘材料和柔性印制电路板的基体材料等，但目前商品化的聚酰亚胺膜的介电常数在3.2～4.0左右，远不能满足要求。

实践表明在现有的有机聚合物基体树脂中引入无机组分，将在很大程度上改善基体材料的性能，所得有机/无机复合材料在某种程度上表现出非常优异的综合性能。聚酰亚胺有机/无机复合材料的研究始于20世纪90年代初对聚酰亚胺/二氧化硅杂化材料的考察。如Mulvihill等人在“Polyimide-silicamicrocomposite films”(Journal of Materials Science，1992，27，3297-3300)一文中报道了二氧化硅体积分数为9％的微米级复合的聚酰亚胺/二氧化硅薄膜，其中无机粒子的平均尺寸为20～50μm，经超声、溶胶-凝胶、插层聚合制备过程，得到了热性能和力学性能等均有提高的聚酰亚胺/无机复合体系。之后，关于聚酰亚胺与多种性能各异的无机材料复合的研究逐渐活跃起来，如聚酰亚胺/粘土(国立中山大学硕士论文2001年，余君临，“聚酰亚胺/粘土纳米复合材料之物理化学性质与微结构分析)、聚酰亚胺/石墨(Thin solid films，1994，240，157-162)、聚酰亚胺/介孔分子筛(Macromolecular，2006，39，7583-7590)、聚酰亚胺/碳纳米管(中国化工报2005年04月08日，第6版，“日开发聚酰亚胺碳复合材料”)等等。在这些研究中，由于无机粒子的团聚，相分离普遍存在，如何控制复合过程中无机粒子的团聚，保证纳米粒子能够真正以纳米级别分散在聚合物基体中是制备有机/无机复合材料的关键。

硅藻土是由单细胞水生植物硅藻的遗骸沉积所形成的。这种硅藻的独特性能在于能吸收水中游离硅形成其骨骼，当其生命结束后沉积，在一定的地质条件下形成硅藻土矿床。硅藻土属非金属矿，主要化学成分为非晶体二氧化硅，伴有少量蒙脱石、高岭石等粘土杂质和有机质。在显微镜下观察，硅藻土呈现形态各异的各种藻类形状，单个藻体大小从几微米到几十微米不等，内外表面分布着众多纳米级微孔。因硅藻土具有多孔结构、密度低、比表面积大、吸附性能强、悬浮性能好、物化性能稳定、隔音隔热、耐磨、耐酸、无毒和无味等特殊性能，其及制品可作为助滤剂、隔热保温材料、抗粘结剂、干燥剂、载体和功能性填料等广泛应用在食品、医药、石油、化工、仪表和水处理等行业。另外，我国硅藻土矿藏丰富，具有来源广泛、价格低廉的优势。

但将硅藻土与聚酰亚胺复合来改善聚酰亚胺性能的研究及将硅藻土应用于微电子行业来降低聚合物介电常数的研究未见报道。

发明内容

本发明的目的是试图解决现有聚酰亚胺材料不能进一步满足应用需求的限制，同时拓宽硅藻土的使用领域，提供一种不仅能够保持或提高聚酰亚胺基体树脂原有的热和/或机械性能，并且降低聚酰亚胺的介电常数，有利于拓宽材料在电子等行业中应用的聚酰亚胺/硅藻土复合材料。

本发明的另一目的是提供一种上述聚酰亚胺/硅藻土复合材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种聚酰亚胺/硅藻土复合材料，由二酸酐单体、二胺单体和硅藻土组成，其中硅藻土在复合材料中的质量含量为0.5～15％，二胺单体与二酸酐单体的摩尔比为1∶0.80～1.20，优选为1∶0.95～1.10。