咪唑衍生物及其应用
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咪唑衍生物及其应用
摘要:本文介绍咪唑衍生物的分类、性能特点及其作为环氧树脂固化剂/促进剂的应用。该研究为选择使用咪唑衍生物提供了一定的依据。
关键词:咪唑;衍生物;固化剂/促进剂;覆铜箔层压板(CCL);EMC
一基础咪唑材料
咪唑是一种五元杂环化合物(N NH),其结构特征为:在氮(杂)环戊二烯结构
的间位上含有两个氮原子。咪唑易于生成衍生物,被广泛用于环氧树脂固化(促进)剂、药剂、尿烷触媒、铜的防锈、炸药控制剂以及电解质等。与同类的脂肪胺、芳香胺固化剂相比,咪唑具有毒性低、刺激性小的特点,是重要的基础化工材料。
咪唑的化学合成有腈类合成法和乙二醛合成法两条路线。
(1)腈类合成法
H2NCH2CH2NH2 +R-CN N NH N NH (1)
脱氢
R
(咪唑啉)
(2)乙二醛合成法
OHC-CHO+NH3+RCHO N N N NH (2)
R
式(1)(2)中,R为H或烷基及其它基团。
二咪唑衍生物
咪唑易于生成衍生物,生成的途径有氰乙化反应、烷基取代反应、季胺化反应、卤代反应、羟甲基化反应和盐化作用等。常用的咪唑衍生物是烷基取代作用后的生成物。另外,还有氰乙化系列,氰乙化产物盐系列,氮杂苯系列,三聚异氰酸系列,羟甲基咪唑系列,咪唑啉系列等。下面介绍一些咪唑衍生物的一般性能特点。
1 普通咪唑衍生物
普通咪唑衍生物有二甲基咪唑(2MI)、二乙基四甲级咪唑(2E4MI)及二苯基咪唑(2PI )等。该系列常在CCL、EMC和粉末涂料制造中用作固化(促进)剂,其特点有:固化速度快,固化温度低,分子量小,低量高效且价格便宜等。具体性能见表.1。
2 氰乙化系列
氰乙化系列(简写为CN)是咪唑氰乙化作用后的产物,适合于做酸酐促进剂,其熔点比较低,但要注意有释放丙烯腈的危险。具体性能见表.2。
3 氰乙化产物盐系列
氰乙化产物盐系列(简写为CNS)是氰乙化产物的二羧基苯羧酸盐。该系列衍生物的特点有:室温下适用期长,其羧基能和环氧树脂反应,环境污染少等,被广泛用于粉末涂料。具体性能见表.3。
4 氮杂苯系列
该系列(简写为A),其特点有:适用期长;适合作单组分化合物;具有三元氮环结构而耐热性较高等。广泛用于阻焊剂和粉末涂料。具体性能见表.4。
表.1 普通咪唑系列性能
表.2 氰乙化(CN)系列性能
表.3 氰乙化产物盐(CNS)系列性能
5 三聚异氰酸咪唑系列
该系列(简写为OK)的特点有:适用期长,粘结性好;适合作单组分化合物;最适合于做双氰胺的固化促进剂等。广泛用于阻焊剂和粉末涂料。具体性能见表.5。
表.5 三聚异氰酸咪唑(OK)系列性能
6 羟甲基咪唑系列
该系列(简写为HI)适用期长,可广泛用作胶粘剂和阻焊剂,但使用中可能有甲醛释放。具体性能见表.6。
表.6 羟甲基咪唑(HI)系列性能
7 咪唑啉系列
该系列(简写为IL)固化温度低,凝胶化时间不太受固化温度的影响,可广泛用于粉末涂料。具体性能见表.7。
表.7 咪唑啉(IL)系列性能
三咪唑材料的使用特性及分析
1 固态咪唑材料的物理性能
固态咪唑材料具有易于粉碎,生产率高的优点。其微粒最大粒径一般为:15 um ,平均粒径为:2—5um ,这类材料如:2PI、2PHI、2P4MHI、2MI—A、2PI—CNS、2PI—OK。
2 咪唑材料的溶解性,见表.8。
表.8 咪唑材料的溶解性(×0.01g /ml)
3 各类咪唑材料的凝胶化时间和适用期,见下图。
凝胶化时间
分析上图可以看出,普通咪唑系列其结构最简单,因而其固化物(胶粘剂)的适用期和凝胶化时间均最短。
4 咪唑材料用作环氧树脂固化剂的优点和固化机理分析
环氧树脂的固化剂可分为:加聚反应型固化剂,如胺类、酰胺类、酸酐类、多元苯酚及聚合硫醇等;催化加成型固化剂,如咪唑、双氰胺等。与传统的胺类固化剂相比,咪唑类固化剂表现出许多优点:①环氧固化物表现出高Tg、高HDT和优异的电性能;②固化体系的凝胶化时间和活性点易于控制;③在固化体系中用量比胺类少;④和酸肝、双氰胺等具有良好的相溶性;⑤毒性和刺激性小。
固化机理分析:
① NH与环氧基的作用: CH3
CH3
N NH + CH2—CH—R N N—CH2—CH—R
O OH
C2H5 C2H5
② N与环氧基的作用:
CH3CH3
N NCH2CH—R + CH2—CH—R/ R/—CHCH2—N + N—CH2CH—R
OH O O-OH
③ 氧自由基与环氧基的作用:
CH3
CH2—CH—R// + R/—CHCH2—N + N—CH2CH—R
O O- OH
C2H5
CH3
R/—CHCH2—N + N—CH2CH—R
O OH
R//—CH—CH2C2H5
O-
四. 咪唑材料的应用
常见咪唑材料的用途见表.9。咪唑材料作为环氧树脂的固化(促进)剂,在电子工业中得到重
要应用,具体领域包括:CCL、EMC、SMT用胶粘剂及阻焊剂等。
表.9 常见咪唑材料的用途
⑴在CCL中的应用
测试试验的树脂体系如下:
双酚A型环氧100
双氰胺8
促进剂0.3
试验测得使用不同促进剂时CCL的玻璃化温度(Tg)如表.10所示。
表.10 使用不同促进剂的CCL玻璃化温度
促进剂2PI 2E4MI 2MI DMBA
Tg(℃)157 153 152 148 由表.10可以看出:咪唑系列作为环氧树脂的固化促进剂,具有较高的Tg。其中2PI的Tg相