[发明专利]含氟吡咯并吡咯二酮季铵盐类化合物及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种含氟吡咯并吡咯二酮季铵盐类化合物，结构如式I所示：R₁为F、CH₂F、CHF₂、CF₃、OCH₂F、OCHF₂、OCF₃、SCH₂F、SCHF₂、SCF₃、CF₂(CF₂)_nCF₃的一种，n为0～10的整数；X为F、Cl、Br、I。本发明选用丁二酸二异丙酯和不同取代的苯腈为原料制备含氟吡咯并吡咯二酮季铵盐类化合物，可以作为电镀整平剂。

技术领域

本发明属于化学合成技术领域，具体地说，涉及一种含氟吡咯并吡咯二酮季铵盐类化合物及其制备方法与应用。

背景技术

电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止金属氧化(如锈蚀)，提高耐磨性、导电性、反光性、抗腐蚀性(硫酸铜等)及增进美观等作用。电镀技术应用非常广泛，在我们的生活周围到处有着电镀产品，比如：项链、戒指、钟表、皮带扣等饰品类，钢笔、订书机、铅笔盒、剪刀等文具类，空调、冰箱、收音机、电风扇、电脑、电视机等家用电器产品及汽车、飞机等等、因此，无数的电镀制品与我们的生活息息相关。小到眼镜架和手机、大到航天飞机，我们肉眼能见的绝大部分金属都是经过电镀技术处理过的。酸性镀铜因其化工材料和能源费用低，溶液中成分及配制简单，容易控制，因而广泛应用于印刷电路板电镀和半导体连接工艺，随着酸性镀铜工艺的改进及成熟，信息技术也随之得到高速发展。而在其中，电沉积铜技术则是集成电路和印刷线路板生产的基石。在我们的日常生活中，手机、电脑、汽车、飞机和航空应用的许多设备都要用到电沉积铜技术，随着信息技术的发展，对沉积性能的要求也越来越高，其地位也变得越来越重要。

现在工业上常用的许多电镀添加剂由三部分构成，分别是载体、整平剂和光亮剂。Reid在报告中讲：“载体是相对分子质量2000左右的聚乙二醇类型的聚合体，整平剂是含磺酸基和氨基或酰胺基官能团的烷烃表面活性剂，光亮剂是从含硫原子的表面活性剂基团衍生而来的丙烷磺酸。”，整平性的定义为在电镀过程中表面粗糙度的逐渐减少。表面粗糙度可以是机械抛磨的结果，而阴极表面加工体现了原始粗糙度，阴极整平的结果使镀层表面更加平坦光滑使粗糙度减小的最低。在电化学整平过程中，在微观角度上，凸处的电流密度比凹处的电流密度大，导致金属沉积在凸处的比凹处的多，而随着整平剂的加入并且吸附到阴极表面，抑制金属沉积，相对而言，在凸处抑制金属沉积的效果比凹处好，两者作用效果相反，达到微观上的整平光滑。

季铵盐类添加剂是在电镀铜工业上应用非常广泛的一类整平剂。此类添加剂可作为表面活性剂，而表面活性剂的分子都具有两部分，一部分为亲水基团，一部分为亲油基团，如果表面活性剂的浓度适当，那么在镀层界面会形成一种定向排列的、紧密的、由单分子形成的膜。目前在专利还是期刊上关于季铵盐类表面活性剂的研究报道，对于添加剂构效关系和作用机理的探索以及推断，都能够证明电镀液中季铵盐类添加剂更能吸附在阴极表面，而其表面活性更能在很大程度上抑制铜的电沉积速度，从而获得结晶细致、镀层光亮、平整均匀、无针孔、与基体金属结合能力好以及延展性好的镀件。

有机染料类电镀添加剂是酸性镀铜中一类重要的整平剂，在二十世纪八十年代开始研究以及使用，进入八十年代，人们更多强调在低电流区的效果，而经过研究发现，大部分有机染料类电镀添加剂都具有一个大π共轭平面，此电子共轭平面更易吸附在阴极表面，大大抑制金属电沉积。目前所使用的有机染料品种较多，主要有吩嗪、三苯甲烷、酞箐及酚红类染料。日本的Udylite、德国的Atotech、英国的Enthone等公司对此都做了大量的研究。染料类添加剂可大幅提升铜沉积层的光亮度和平整性，但是该类添加剂会增加镀层的脆性和应力，同时会给后续的废物处理尤其是水处理方面带来较大的压力。随着用户对产品性能要求的提高以及各国对环保越发重视，高性能、低污染的非染料型添加剂的研究得到广泛关注。