含氟环氧树脂设计合成及其微纳米孔结构调控和介电性质研究

Epoxy resins are a class of important electronic materials and have been widely used in printed circuit boards and electronic packaging. However, their intrinsic properties of high dielectric constant and high dielectric loss limit the application in high speed and high frequency circuits and nowadays 5G communication technology. Therefore, to develop epoxy resins with low dielectric properties is of important application value. This project will focus on the development of novel fluorinated epoxy resin electronic materials on the basis of our previous work. The research contents include: 1) design and synthesis of fluorinated epoxy resin monomers and fluorinated carboxylic anhydride curing agents; 2) blending with common non-fluorinated epoxy resins and curing, and by the polymerization-induced microphase separation role, obtaining micro/nano-porous fluorinated epoxy resins；3) varying and optimizing the combination of individual components to regulate the micro/nano-pore size and distribution, thereby to reduce the dielectric constant and dielectric loss; 4) establishing the relationship of the dielectric performance with the molecular structure, composition, micro/nano-pore structure of the fluorinated epoxy resins by structure and property characterization. With starting from molecular structure design, this project aims to build up a new research method of novel low dielectric fluorinated epoxy resins using the epoxy-anhydride curing system, which is of great significance to the development of new low dielectric epoxy resin electronic materials.

环氧树脂是重要的电子材料之一，广泛应用于印刷线路板和电子封装等领域，但其固有的高介电常数和高介电损耗性质，不能满足高速高频线路和现代5G通信技术的应用要求。因此，发展新型低介电环氧树脂电子材料具有重要的应用价值。本项目将在前期工作基础上，开展新型低介电含氟环氧树脂电子材料研究。研究内容包括：1）采用长氟碳链含氟前体材料，设计合成新型含氟环氧树脂单体和含氟酸酐固化剂；2）与普通环氧树脂基体共混固化，通过聚合诱导微相分离形成微纳米孔结构，得到具有微纳米孔结构的含氟环氧树脂；3）通过各组分的组合优化，调控微纳米孔结构的尺寸和分布，降低介电常数和介电损耗；4）通过结构和性能分析，研究含氟环氧树脂分子结构、组成、微观结构与介电和力学性能之间的关系。本项目旨在从分子结构设计出发，建立环氧-酸酐固化体系的低介电含氟环氧树脂材料研究新方法，对于发展新型低介电环氧树脂电子材料具有重要意义。

环氧树脂是重要的电子材料之一，但其固有的高介电常数和高介电损耗性质，不能满足当前高速高频电子线路技术的应用需求，发展新型低介电环氧树脂电子材料具有重要的应用价值。本项目在前期工作基础上，通过设计合成新型环氧树脂单体、发展环氧树脂聚合新方法，开展新型低介电环氧树脂电子材料研究。. 研究工作的第一部分是完成了拟定的多种结构类型的新型含氟环氧树脂单体和含氟固化剂的合成，包括：双酚型（3个）、氨基二乙醇型（3个）、聚醚型（1个）、哌嗪型（2个）、全氟烷基缩水甘油醚（1个）含氟环氧树脂单体，邻苯二甲酸酐型（5个）、呋喃甲胺-马来酸酐Diels-Alder加成型（2个）、含氟双磺酰胺（2个）含氟固化剂，以及含氟苯并噁嗪共聚单体（9个）等各类新含氟环氧树脂固化体系新聚合单体合计28个。第二部分工作是采用合成的含氟环氧树脂单体和固化剂与普通环氧树脂基体共混固化，完成了多种固化体系的含氟环氧树脂的制备和聚合反应性分析，建立了微纳米孔结构化含氟环氧树脂的制备及其调控方法。第三部分工作是完成了系列含氟环氧树脂的性质表征，结果表明制备的含氟环氧树脂固化物表现出良好的低介电性，介电常数ε在2.5~3.5之间，介电损耗tanδ在0.010~0.020之间。总结分析了含氟环氧树脂分子结构和组成与介电和力学性能等性质的影响关系。第四部分工作是发展了一种硅胺-环氧协同开环和N→O硅基迁移聚合新方法，实现环氧树脂的低介电性。设计合成了一系列双官能度硅胺化合物，在Mg(ClO4)2催化下与环氧BADGE共聚得到硅胺-环氧共聚物，完成了共聚物的性质表征。结果表明共聚物表现出良好的低介电性，ε在2.0~2.5之间，tanδ在0.0055~0.025之间，本项目建立的低介电环氧树脂材料研究新方法，对于发展新型低介电环氧树脂电子材料具有重要意义。. 本项目研究发表SCI论文3篇，研究期间获得国家发明专利授权3项；新申请并授权国家发明专利1项；培养硕士生6名，已毕业4名，均已标注由国家自然科学基金项目（21905104）资助完成。