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新型负性光敏聚酰亚胺树脂的合成与性能研究

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第一章 绪论

1.1引言

1.2聚酰亚胺的合成方法

1.2.1二元酐和二元胺反应合成聚酰亚胺

1.2.2四元酸的二酯和二元胺反应合成聚酰亚胺

1.2.3二元酐和二异氰酸酯反应合成聚酰亚胺

1.2.4聚异酰亚胺直接转化为聚酰亚胺

1.2.4其它合成方法

1.3光敏聚酰亚胺的分类

1.4负性光敏聚酰亚胺

1.4.1酯型

1.4.2离子型

1.4.3结构型

1.4.4自增感型

1.5正性光敏聚酰亚胺

1.5.1邻硝基苄酯型

1.5.2DNQ型

1.5.3聚异酰亚胺型

1.6化学增幅型光敏聚酰亚胺

1.7涂层的紫外光固化反应

1.7.1光化学基础

1.7.2紫外光固化机理

1.8论文研究目的和意义以及研究内容

1.8.1研究目的和意义

1.8.2研究内容

第二章 活性二元胺单体的合成与表征

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1主要原料

2.2.2实验仪器

2.2.3单体4,4’-二氨基4”-羟基三苯甲烷(DHTM)的合成

2.3分析测试

2.3.1红外光谱测试

2.3.2核磁共振测试

2.3.3扫描差示量热分析(DSC)

2.4结果与讨论

2.4.1单体DHTM的合成

2.4.2单体DHTM的熔点测定

2.4.3反应条件对单体DHTM产率的影响

2.5本章小结

第三章 负性光敏聚酰亚胺的合成与结构表征

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1主要原材料

3.2.2实验仪器

3.2.3含羟基聚酰亚胺的合成

3.2.4光敏聚酰亚胺的合成

3.3分析测试

3.3.1红外光谱测试

3.3.2核磁共振测试

3.3.3分子量测试

3.3.4聚合物碘值的测定

3.4结果与讨论

3.4.1负性光敏聚酰亚胺的合成化学反应原理

3.4.2产物的化学结构分析

3.4.3产物的分子量分析

3.4.5反应条件对接枝率的影响

3.5小结

第四章 负性光敏聚酰亚胺树脂及其涂层性能研究

4.1引言

4.2实验部分

4.3.1主要原材料

4.3.2实验仪器

4.3.3光敏聚酰亚胺涂层的紫外光固化实验

4.4分析测试

4.4.1热失重分析(TGA)

4.4.2扫描差示量热分析(DSC)

4.4.3紫外光谱分析(UV-Vis)

4.4.4光敏聚酰亚胺涂层的光敏性测定

4.4.5光敏聚酰亚胺涂膜硬度的测定

4.5结果与讨论

4.5.1溶解性能

4.5.2热稳定性能

4.5.3玻璃化转变温度Tg

4.5.4紫外光谱分析

4.5.5光敏聚酰亚胺涂层的光敏性能研究

4.5.6光敏聚酰亚胺涂膜硬度研究

4.7小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致 谢

附 录:攻读学位期间发表的学术论文目录

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摘要

光敏聚酰亚胺是一种性能优异的高分子材料,它具有良好的电性能、力学性能和热稳定性能,热膨胀系数低,耐水和有机溶剂,同时还可吸收a-粒子,已被广泛应用于微电子技术、微机械制造、涂料保护等领域,其中负性光敏聚酰亚酰更是近年来的研究热点。迄今为止,大多数负性光敏聚酰亚胺都是聚酰胺酯型或聚酰盐型,曝光成膜后,在热处理(>350℃)过程中会产生小分子挥发物,从而导致膜的质量损失和体积收缩较大,对膜的性能有很大影响,严重制约了这类光敏聚酰亚胺的推广和应用。因此,研究和开发无需后固化的负性光敏聚酰亚胺,具有非常重要的理论意义和应用价值。
   本文首先将苯胺和对羟基苯甲醛在酸性条件下混合反应制备出含羟基二元胺单体4,4'-二氨基-4“-羟基三苯甲烷(DHTM),然后分别利用此自制的含羟基二元胺DHTM和另一商品化的含羟基二元胺4,6-二氨基间苯二酚盐酸盐(DAR),与二氨基二苯醚(ODA)以及均苯四甲酸二酐(PMDA)三元共聚制得两种不同的含活性羟基聚酰亚胺(PI-1和PI-2),最后再将甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝到上述产物的聚酰亚胺主链上制得了两种光敏聚酰亚胺树脂(PSPI-1和PSPI-2)。随后,采用红外光谱(FT-IR)和磁核氢谱(1H-NMR)对所合成产物的结构进行了表征,并用GPC检测了这两种光敏聚酰亚胺树脂的分子量。实验结果表明,成功制得了含羟基二元胺单体(DHTM)和光敏聚酰亚胺树脂(PSPI-1和PSPI-2),其中PSPI-1和PSPI-2的数均分子量(Mn)分别为24,160和13,570,分子量分布系数(Mw/Mn)分别为:1.62和1.91。同时还对接枝反应的条件进行了优化研究,结果表明,接枝反应的最佳条件为:反应时间为10小时,反应温度为90~100℃,单体GMA与羟基的摩尔比为1.2:1,催化剂选用3%叔胺+1%季铵盐。
   随后研究了自制聚酰亚胺的溶解性能,分别利用扫描差示量热法(DSC)和热失重法(TGA)来考察比较了这四种聚酰亚胺树脂(PI-1、PI-2、PSPI-1和PSPI-2)的热稳定性和玻璃化温度。实验结果表明,与PI-1、PI-2相比,PSPI-1和PSPI-2的溶解性有了一定的改善。以上产物均具有优良的热性能,PI-1、PI-2、PSPI-1和PSPI-2热失重10%的温度分别为:481℃、425℃、362℃和355℃,玻璃化温度(Tg)分别为:281.7℃、263.1℃、235.8℃和216.6℃。
   本文最后还研究了光敏聚酰亚胺(PSPI-1和PSPI-2)涂层的光敏性和固化涂膜的硬度,实验结果表明,制备的光敏聚酰亚胺涂层具有较好光敏性,固化后涂膜硬度可达H级。

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