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上海联模化工有限公司>>技术文章

改性聚苯醚(MPPO)工程塑料发展现状

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PPO树脂的分子结构决定了该种工程材料具有良好的热力学性能,它在-160-190℃的温度范围内连续工作,高温下热蠕变性是所有热塑性工程材料中最优异的。PPO在较宽的温度范围内均能保持良好的电性能,力学性能。即使在高温下也能保持良好的拉伸强度和抗蠕变性,吸水率低及优良的耐化学腐烛性和耐热水性。但是纯PPO树脂的融体流动性差,热塑加工困难,所以真正得到工业应用的90%以上均为改性聚苯醚(MPPO)(也有称PPE)和热固性聚苯醚。
1 聚苯醚的基本特征
聚苯醚(PPO)是1915年W H Hunter研究成功的。1954年美国G.E公司的A S Hay采用氧化偶联法获得高分子质量聚合物,并于1967年实现工业化。 聚苯醚(polyphenylether,PPE)是一类耐高温的热塑性树脂。以2,6-二甲基苯酚为原料,甲苯或甲醇为溶剂。铜胺络合物为催化剂,通入氧气,经氧化偶合的方法缩聚而成。     聚苯醚的综合性能优良,大量用作工程塑料,主要用于电子、电器、汽车、机械、家电、化工等行业的结构件和零部件。主要性能见表1。
表1  聚苯醚的主要性能
介电常数(1 MHz)
介电损耗角正切(1 MHz)
Tg/℃
耐溶剂性
吸水率/%
三氯乙烯
2.45
7×10-4
210
可溶
不溶
不溶
<0.05
    2 共混改性   

PPO是一种性能优异的工程材料,但是存在着黏度高,流动性差,对缺口较敏感等缺陷,因此工业化应用基本不可能,而必须要改性。美国GE公司1965年采用氧化偶联技术开发出PPO后,1967年即将从热力学观点分析少数能达到热力学相容体系的PPO/PS塑料合金,以Neryl牌号的MPPO推向市场。1969年GE公司用PS(聚苯乙烯)对PPO进行合金化改性,牺牲部分耐热性以改善加工成型性,并以Norgl的商品名上市。1986年又与PA(尼龙)合金化,PPO合金化的产品进一步引起人们的关注。PPO/PS合金大大提高了PPO的流动性,但是损失了不少热变形温度,不过因其综合性能仍然十分优越,所以很快赢得了市场。     MPPO有各种各样的制备方法,但无外乎物理方法和化学方法2类。物理方法包括:熔融共混,填充,增强等;化学方法包括:与其他单体共聚合,嵌段聚合,接枝聚合及网络化等。在MPPO的实际制备中往往是物理、化学两种方法联合使用,从而取得较佳的工艺与经济效果。     第1代MPPO是利用PPO与PS在宽广组成范围内相容而制得均一体系的MPPO。但目前工业化主导产品仍然是PPO/PS合金。
   
3 相容剂及其他添加剂改性聚苯醚     PPO与PS是属于相容体系。但是大多数高聚物与PPO共混体系是不相容体系,共混时组分之间产生明显相分离界面,成为相分离结构,因此直接对两种高聚物熔融共混已不能得到均相的MPPO产品。这就在开发新品种MPPO时必须要解决共聚组分的相分离,改善共聚物之间的相容性。目前最常用的就是添加第三、第四等组分相容化剂来改善共混物的相容性。第2代MPPO均需要不同的相容化剂及其他助剂参与下才能制得合金材料。     直至1979年日本旭道公司开发了以苯乙烯接枝的PPO的Xyron牌号MPPO并建成了18kt/a装置,才打破了美国GE公司独家垄断MPPO的局面,使MPPO走上了多极化的道路。从这时起,MPPO的研究开发得到了繁荣。自1987年后美国、日本、欧洲相继数10个厂家投产了多种牌号的MPPO产品。此后尤其是近年来,相继研制并产业化的品牌有:PPO/PA(聚酰胺),PPO/ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物),PPO/HIPS(高冲击聚苯乙烯),PPO/PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯),PPO/PPS(聚苯硫醚),PPO/PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)等MPPO产品,即第二代MPPO。据报导现今的MPPO的品种牌号约有170多种。尽管MPPO已多极化生产,但是品种牌号上美国的GE公司仍然占压倒性优势,他们约有110多个牌号的MPPO。MPPO主要分为注塑级、挤出级、通用级、增强泡沫级、特种性能和用途的品级。MPPO的生产厂家有:GE,ICI,Westover,三菱瓦斯,日本GE,旭化成,BASF,三菱油漆,住友化学,AKZO等。     从MPPO产品分布看,PPO/PS合金占绝对优势。PPO/PS合金主要有3类:1)PPO用HIPS改性,部分相容(GE用特种牌号HIPS达到相容体系),这一类以GE公司的Noryl产品为代表;2)PPO用苯乙烯接枝改性,这一类以日本旭化成的Xyron为代表;3)用2,6-二甲基苯酚和2,3,6-三甲基苯酚混合物氧化偶联制取PPO,然后再用PS熔融共混改性。这一类以日本三菱瓦斯和德国BASF公司为代表。     发展高性能相容化剂,是通过物理混炼实现PPO与其他高聚物合金化的关键。目前日本已有专业化生产厂商生产系列化相容化剂。但是大多数塑料合金的生产厂商均使用自行开发研制的相容剂。相容剂的结构、用量均属关键技术而保密。所以目前要开发优异性能的MPPO,实际上大部分工作是开发相适用的性能优异的相容剂。     从资料及专利分析,相容剂种类很多,归纳起来可分为:反应型和非反应型两大类。在这两大类中多数是两种聚合物单体的共聚物;还有一些是近年来被利用较多的活性基团低分子化合物。     目前MPPO的生产方法绝大多数采用双螺杆挤出机组,把PPO树脂与改性高聚物及其他助剂、相容剂、填充物混合后熔融共混,挤出、造粒而得到MPPO合金材料。    

4 热固性聚苯醚与热固性化方法     印制电路板的焊接温度在260℃以上,在加工过程中需用有机溶剂如三氯乙烯等卤化烃清洗,热塑性的PPE因能被溶解而需改性。对PPE进行热固性改性技术多采用聚合物的合金化,即在PPE树脂中引入热固性结构或热固性树脂,例如:聚烯烃改性环氧树脂、氰酸酯树脂改性BT树脂以及使PPE的分子链主链上带有烯丙基结构等,其可改性成为热固性PPE。

4.1 聚烯烃改性    
早期是由聚烯烃对PPE进行热固性改性。其由PPE、交联剂、交联助剂、溶剂和引发剂配成胶液,分别制成聚烯烃改性PPE胶片和玻璃纤维布粘结片;再由胶片和粘结片进行组合,按常规方法压制成PPE板材。

4.2 环氧树脂改性    
聚烯羟对PPE进行改性,通常会大大降低PPE的耐热性和尺寸稳定性;后来又开发出用热固性环氧树脂改性PPE。利用多环氧化合物改性PPE,要求PPE的分子链具有带胺烷基末端基或带羟基末端基。    互穿聚合物网络(IPN)是60年代发展起来的一种新型聚合物合金材料,提高组分间的相容性。GE公司首先利用IPN技术成功研制出聚苯醚/环氧树脂互穿聚合物网络覆铜板产品,其商品牌号为GETEKTM。     Yin,Mengsong等人研制出含有环氧的可交联的聚苯醚树脂,树脂组成物可以用来制作树脂涂层铜箔粘接剂、IC封装材料、粉末涂料,含增强材料的膜、纸、玻璃纤维、无纺布和铜箔基材。

4.3 氰酸酯改性    
氰酸酯改性聚苯醚覆铜板所用的PPE也用以上的方法进行改性。例如:松下电工采用双酚A在过氧化物存在下,在溶液中进行分子质量调整反应;而旭化成则采用马来酸酐在过氧化物存在下在挤出机中对PPE改性。首先合成TAC或TAlC预聚物,然后用改性PPE和TAC或TAIC预聚物在甲苯中配成胶液,浸渍玻璃纤维布,烘干并压制为覆铜板。该胶液的配制和上胶需要在70-80℃进行,层压温度为200℃。    

4.4 主链上引入交联反应性基团
   为充分发挥聚苯醚优异的介电性能和耐热性,日本旭化成工业首先推出了热固性PPE。该热固性PPE是在PPE的分子主链上引入可进行交联反应的烯丙基。A-PPE的反应及固化反应见下式。该固化物的介电常数为2.5,介电损耗角正切为0.1×10-2,玻璃化温度可提高至240℃以上,并且不溶于卤代烃和芳烃溶剂中。     A-PPE具有良好的成膜性,对铜箔有良好的粘接性。制作半固化片使用与FR-4相同的设备及工艺。半固化片的表面光滑,不会产生树脂粉尘。A-PPE层压板不需要后固化,贮存稳定性良好,在23℃下超过3个月。    

5 阻燃聚苯醚

   

5.1 高阻燃性、高抗冲击性和高流动性聚苯醚组成物     美国通用电器公司开发出树枝状聚合物型高流动性聚苯醚配方。该种聚苯醚组成物含有:1)固有黏度0.2dL/g 25℃的聚苯醚树脂;2)110℃、剪切速率30/s时熔融黏度为1-250Pa·s,重均分子质量Mw500-1000的树枝状聚合物,其是星状构型且由聚苯乙烯支化单元键构成芯核;3)一种链烯基芳香树脂,由苯乙烯均聚物、共聚物、橡胶改性聚苯乙烯和抗冲性聚苯乙烯组成;以及4)抗冲改性剂,同时是提高热变形温度(HDT)和抗冲性能的阻燃剂。     Asahi Kasei公司的Yoshida,Kazuo等人制备了具有优异电性能、耐热性、力学和物理性能,抗冲击性能和注射模塑的脱模性的含聚磷酸盐的阻燃聚苯醚树脂组成物2.4份,和低密度聚乙烯1.6份和其他添加剂,如稳定剂,一起捏合得到冲击强度为0.1kJ/m组成物。    

5.2 环境友好性阻燃聚苯醚树脂组成物

   

日本Asahi化学工业有限公司制备了含有硅氧烷和环状氮化合物的阻燃聚苯醚树脂组成物。组成物包括(A)聚苯醚树脂100份,分子式为RsiO 1.5和R3 SiON 0.5的有机聚硅氧烷0.1-10份和环状氮化合物0-15份。此组成物不含卤代化合物。也不含磷化合物,但属有益于环境的化学品。    

5.3 介电、绝缘与阻燃覆铜板

   

日本TDK公司开发出含有陶磁粉末的复合介电材料及用此材料涂层基体材料。一种复合介电材料含有:从聚乙烯苯基醚形成的一种树脂和分散在树脂中的介电陶磁粉。     日本Asahi化学工业有限公司Yokota,Yoichi等人研制出用作绝缘材料、印刷线路板的可固化聚苯醚组成物。组成物涂在聚酯膜上,而得到的膜片同铜箔层压并固化得到层压片材,其具有良好的粘接性和剥离强度。     日本Asahi化学工业有限公司Yokota,Yoichi等人制备了另外一种用于印刷线路板绝缘材料的可固化性聚苯醚基树脂组成物。组成物涂在聚酯膜上,而得到的片材用铜箔层压并固化得到具有良好粘接性和优异剥离强度的层压材料。    

5.4 具有优异抗湿性和可再利用性阻燃树脂组成物

    日本Teijin化学有限公司研制出具有优异抗湿性和可再利用性阻燃树脂组成物。此组成物呈现了阻燃性(UL-94)V-1/1.2mm厚实验样片和V-0级/1.5mm厚实验样品,且有优异的抗湿性能。    

5.5 透明阻燃聚芳醚模塑材料

   

美国通用电器公司开发出透明阻燃聚芳醚掺混物。模塑物热变形温度(HDT,ASTM D648)0.43/1.82MPa;缺口冲击强度(ASTM D256)0.19;无缺口冲击强度4.60;且弹性模量460.3;而且透明。     日本Mitsubishi Engineering-Plastics Corpora-tion研制出改进振动阻尼性能的商用机械部件的模塑材料。此种组成物23℃时弯曲模量不低于1500MPa,23℃时的阻尼比率不低于1.0%,而热变形温度在18.6kg/cm2负载下不低于100℃。而弯曲模量和阻尼比率的乘积不低于10Gpa cnt-dot%。此种办公机械部件模塑材料具有高机械强度,优异的减振性能和阻燃性能,高耐热性和尺寸准确性。     Adedeji,Adeyinka,Vendon,Mark研制出透明、阻燃聚芳醚掺混物。组成物在1.82MPa下的热分解温度(HDT,ASTMD648)162.6,缺口冲击强度(ASTM D256)0.19,无缺口冲击强度4.60,弹性模量460.3,且透明。     东丽工业公司的Komori,kenji等人研制出含磷酸酯阻燃性聚苯硫醚模塑树脂组成物。此组成物在降低磷酸酯掺混量时可以在相对较低的温度下即200-280℃进行熔融加工。    

6 MPPO应用现状

    6.1 MPPO全世界耗量与分布     MPPO应用的主要品种有:PPO/PS,PPO/HIPS,PPO/ABS,PPO/PA,PPO/PBT。MPPO全世界耗量与分布见表2。
               
表2  MPPO全世界耗量与分布  %
国家
器具动力工具
商品设备
电气电子
运输
出口
其他
年增
美国
20
15
13
17
10
25
5
日本
办公用品43
20
汽车32
5
7.9
 
 

    6.2 热固性聚苯醚覆铜板的特点     由于实现了PPE的热固性化,使PPE在PCB上得到了成功的应用。与其他树脂体系相比,热固性PPE同时具有低介电性能和高耐热性及尺寸稳定性,是当今PCB的理想基材。其可用于玻璃纤维增强预浸片并加工成层压板UL-94阻燃性达到V-0级。     氰酸酯改性聚苯醚IPN覆铜板具有优异的贮存稳定性、耐化学药品性、低介电常数和低介电损耗角正切、良好的阻燃性(V-0)、尺寸稳定性和耐热性。同时介电性能对温度、湿度和频率具有良好的稳定性。A-PPE树脂及覆铜板与其他树脂及覆铜板的性能比较见表3。
                      
表3  A-PPE、PI和PTFE覆酮板的性能
组成
介电常数(1MHz)
介电损耗角正切(1MHz)×10-2
Tg/℃
阻燃性UL-94
耐三氯乙烯
耐酸性
A-PPE
3.0-3.5
0.20-0.30
250
V-0
不溶
不溶
PTFE*
2.5-2.7
0.10-0.15
25
V-0
不溶
不溶
PI**
4.4-4.7
1.50
260
V-1
不溶
不溶
 
组成
耐碱性
热膨胀系数10-6/℃
吸水率/%
剥离强度/(kg·cm-1)
相对密度
A-PPE
不溶
80-100
0.1-0.2
1.4-1.6
1.4-1.6
PTFE*
不溶
240
0.05
2,2
2.24
PI**
分解
40
0.3
1.2-1.6
1.86
    *PTFE:聚四氟乙烯;**PI:聚酰亚胺。
    7 结语     我国MPPO无论在品质还是产量、品种牌号上与国外相比,都存在着明显的差距。伴随着我国汽车工业、电子工业、家用电器和办公设备等部门的快速发展,MPPO已远远不能满足国内市场要求。据报导我国需年进口MPPO3kt左右。所以必须扩大MPPO生产规模。密切相关的是必须加快MPPO相容化技术、掺混技术和加工成型技术的研究和开发,使MPPO从品种牌号上系列化、高性能化,积极开拓市场,满足我国各工业部门的发展需求。 ,


发布人:上海联模化工 发布时间:2009年5月1日 已被浏览 10175

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