动态交联多相多组分双马来酰亚胺树脂的结构与性能调控及其高频高速印制电路板树脂膜的研究

High frequency and high speed printed circuit boards (PCBs) based on high performance resin films are the guarantee for achieving faster transmittance of electric information with higher capacity, however traditional crosslinked thermosetting resins cannot be dissolved and molten, this inherent nature becomes one main reason for making the giant amount of electric waster difficult to be treated safely and utilized. This proposal contains following main contents, they are building multi-phase permanent organic dynamic network (Vitrimer) based on thermally resistant rigid and flexible structures, designing bismaleimide with exchangeable disulfide/polyphenyl ether as the base system, and then adjusting structure, chemorheological property and curing kinetics through copolymerizing with aromatic amines containing disulfides and functionalized polyphenylene ether, intensive study on the formation and evolution of aggregation structure, drawing the holographic structure spectra of multi-phase vitrimer resins, revealing the relationship and mechanism of ‘composition-processing-structure-property’; based on these theoretic studies, building new technique for designing and preparing vitrimer-type resin films for high frequency and high speed PCBs, fully evaluating the overall performances of these resin films, and consequently getting qualified resin films with independent intellectual property, these films also have good abilities of reprocessing, repairing and recycling. This proposal will provide new examples for developing sustainable high performance thermosetting resins.

高频高速印制电路板（PCB）树脂膜基板是更大容量电子信息实现更快传输的物质保障，而传统热固性树脂交联网络的不溶不熔特性成为造成巨量电子垃圾难以无害化处置和资源化利用的主要因素之一。本项目从构建由刚性耐热结构和柔性结构组成的新型多相多组分动态有机交联网络（Vitrimer）出发，以含二硫键双马来酰亚胺/聚苯醚为基本体系，通过与含二硫键芳香胺共聚、聚苯醚功能化等手段调控多相多组分体系的结构、化学流变性和固化动力学，深入研究聚集态结构的形成、演化与控制，绘制Vitrimer树脂的“全息”结构谱，阐明“组成-工艺-结构-性能”的关系及机制；在此基础上，建立基于Vitrimer特性的高频高速PCB树脂膜的设计与制备新技术，全面评价树脂的使用性能，获得具有自主知识产权的可修复、可再加工和可回收的高频高速PCB树脂膜，为新型可持续发展的高性能热固性树脂的研发提供新的理论和实践依据。

高频高速印制电路板（PCB）用树脂膜是实现智能交通、5G通信为代表的尖端技术亟需的关键材料，而传统热固性树脂交联网络的不溶不熔特性成为造成巨量电子垃圾难以无害化和资源化利用的主要因素。因此，新一代PCB用高性能树脂的性能指标不仅应包括传统的性能指标，而且还必须增加可修复、可再加工和可回收利用等新功能。对于我国而言，其意义不仅仅在于开创新的树脂体系，更重要的是可以抓住难得的机遇，建立新的材料标准，从根本上改变全球PCB制造产业的选材格局，实现弯道超车。本项目主要研究内容为（1）多相多组分永久动态交联聚合物（Vitrimer）树脂体系的聚集态结构的构筑及其调控。从不同动态交联键（二硫键、酯键）、不同树脂品种（双马来酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂、聚酯（酰胺）、聚硅氧烷等）出发，设计合成了多种新型含动态键的化合物与聚合物，通过共聚、共混等简单工艺，构建了七种由刚性耐热结构和柔性结构组成的新型多相多组分Vitrimer体系（特别是其中两种基于生物质原材料），系统研究了Vitrimer树脂体系的化学结构，深入探讨了聚集态结构的形成、演化、控制及机理；考察了树脂的常规综合性能以及自修复、回收和重塑等新功能，构建“组成 - 工艺 - 结构 - 性能”关系及机制。（2）设计制备了两种基于生物质原材料的树脂体系，研究了树脂的综合性能及其与结构的关系，探索材料可持续发展的新途径。（3）面向国家对关键基础材料的重大需求，为解决传统热固性树脂存在的阻碍可持续发展的瓶颈问题，首次提出了基于Vitrimer体系的新一代高频高速PCB用永久动态交联多功能树脂膜基板材料的研究思路，研制了具有自主知识产权的新一代高频高速PCB用高性能树脂膜，在传统树脂所需的高耐热、高强度的基础上，同时赋予了树脂可自修复、可回收和可重塑等新功能。围绕本项目研究内容，发表SCI收录论文27篇；获授权发明专利9项；培养研究生共14名。