含氟超支化聚硅氧烷的合成及其对环氧树脂导热性能的影响

当聚合物被用作电子设备时，它们不可避免地会在有限的空间内产生非常高的热量。如果散热不及时，积累的热量将严重影响电子元件的性能、寿命和可靠性，甚至破坏附近其他元件的功能。因此，增强聚合物的导热性已成为下一代电子产品开发的主要挑战。其中，环氧树脂(EP)作为一种经典的热固性聚合物，因其优异的热机械性能和较高的热稳定性，被广泛应用于涂料、粘合剂和电子封装等领域。然而，由于缺乏导热性，在某种程度上限制了它作为微电子元件的使用综上所述，有必要对EP进行改性，使其具有良好的导热性和耐热性，同时又不影响其原有的介电性能。

现有的EP改性方法主要有化学合成改性和物理共混改性。化学合成改性是通过相关的化学反应将新的元素或官能团引入EP体系，从而改善EP的一个或多个方面的性能，但工艺往往比较复杂，难以兼顾耐热性、韧性和介电性能的改善。物理共混改性是将EP与不同的小分子有机物、高分子量聚合物和无机纳米颗粒共混，得到综合性能优异的聚合物体系。该方法的优点是成本低，选材灵活，操作简单，缺点是共混体系相容性差，改性效果不理想因此，选择合适的性能优良的改性剂是EP物理共混改性的关键。

作为超支化聚合物的一个分支，超支化聚硅氧烷(HBPSi)继承了超支化聚合物和硅树脂的优点，HBPSi不仅具有高耐热性、高耐候性和高粘度，而且在其分子端具有大量的高活性反应基团。此外，HBPSi的主链含有大量的Si-O-Si键，这些键的键长和键角大，因此HBPSi分子具有柔韧性，并且具有高流动性。

同时，HBPSi的超支化枝晶结构也赋予其高流变性能、高溶解度、多内腔结构等特点广泛应用于结构材料、保护涂层、柔性电子器件和微流控领域。同时，氟聚合物作为一种含有大量C-F基团的聚合物，由于C-F键非常稳定，键能大，表现出优异的耐化学腐蚀、耐老化和电绝缘等特性。因此在分子链上带氟原子制备HBPSi，不仅可以获得具有高能量的F-C键，还可以结合Si元素和F元素的优异性质，获得综合性能优异的F-HBPSi。

西安大学化学工程学院贾园团队采用溶胶-凝胶法和便捷酯交换法分别制备了两种新型含氟超支化聚硅氧烷(F-HBPSi-1和F-HBPSi-2)。然后将这两种制备的F-HBPSi作为改性相与EP共混，得到两种新的系列聚合物合金F-HBPSi-1/EP和F-HBPSi-2/EP。测定了固化后的F-HBPSi/EP树脂的介电性能和热导率，并用热重法(TG)研究了其热性能。结果表明，这两种F-HBPSi/EP的导热系数和热稳定性都得到了有效提高，而介电性能没有进一步受损。同时，F-HBPSi-2/EP比F-HBPSi-1/EP具有更好的导热性和热稳定性。F-HBPSi-2/EP整体性能的提高可归因于F-HBPSi-2的低粘度和优异的相容性，以及氟与硅之间良好的协同作用。

图. F-HBPSi/EP的制备工艺

图. F-HBPSi/EP的制备工艺

文献来源：Yuan Jia*, Juxiang Yang, Zhen Liu, Beibei Li. J Appl Polym Sci. 2023, 140, e53315.