[发明专利]一种聚合物薄膜电介质及其制备方法与用途

摘要

一种聚合物薄膜电介质，由含有脂环结构的二酐结构单元和二胺结构单元组成，其中二酐结构单元和二胺结构单元的摩尔组成比例为0.95～1.05:1。所述的聚合物薄膜电介质由含有脂环结构的二酐和二胺经过缩合聚合，并经过后续热酰亚胺化处理得到，制备方法如下：在惰性气体保护下，将二胺溶解于有机溶剂中，加入含有脂环结构的二酐，搅拌得到均相溶液，并在一定温度下继续反应6～10小时，得到聚酰胺酸(PAA)溶液。将含有脂环结构二酐的聚酰胺酸溶液涂覆于基底上，经过2小时50℃、再1小时100℃、再1小时150℃、再0.5小时180℃的升温、烘干处理后，浸入去离子水中剥离，然后再次烘干处理，得到聚酰亚胺薄膜电介质。本发明提供的聚合物薄膜电介质用于电动汽车或混合动力汽车的金属化薄膜电容器。

主权项

1.一种聚合物薄膜电介质，其特征在于，所述的聚合物薄膜电介质由含有脂环结构的二酐结构单元和二胺结构单元组成，二酐结构单元和二胺结构单元的摩尔组成比例为0.95～1.05:1；所述聚合物薄膜电介质具有下述式I所示的结构通式：

其中，Al选自下述基团中的任意一种：

n为15～100的整数；

X选自式II或式III或式IV所示的结构中的任意一种，

其中，式II中，n1为1～6的整数；式III和式IV中R为H或碳原子数小于等于4的烷基，式III和式IV中R的定义相同；

所述聚合物薄膜电介质的数均分子量(M_n)在6000～40000g/mol之间。

2.如权利要求1所述的聚合物薄膜电介质，其特征在于，所述的聚合物薄膜电介质介电常数在2.82～3.41范围内，介电损耗在0.009～0.024范围内，击穿强度达到390MV/m。

3.制备权利要求1或2所述的聚合物薄膜电介质的方法，其特征在于，所述聚合物薄膜电介质由含有脂环结构的二酐和二胺经过缩合聚合，再经过后续酰亚胺化处理得到，制备方法如下：

在惰性气体保护下，将基于式II或式III或式IV所示结构的二胺溶解于有机溶剂中，然后加入含有脂环结构的二酐，搅拌至全部溶解得到均相溶液，并在一定温度下继续反应6～10小时，得到聚酰胺酸(PAA)溶液；将上述聚酰胺酸溶液涂覆于基底上，经过2小时50℃、再1小时100℃、再1小时150℃、再0.5小时180℃的升温、烘干处理后，浸入去离子水中剥离，然后再次烘干处理，得到所述聚酰亚胺薄膜电介质材料。

4.如权利要求3所述的制备聚合物薄膜电介质的方法，其特征在于，所述的脂环结构二酐为1,2,3,4‑环丁烷四羧酸二酐(CBDA)、1,2,4,5‑环戊烷四羧酸二酐(CPDA)、十氢化联苯‑3,3’,4,4’‑四羧酸二酐(HBPDA)、1,2,4,5‑环己烷四羧酸二酐(CHDA)、双环[2,2,1]庚‑2,3,5,6‑四羧酸二酐(BHDA)或双环[2,2,2]辛‑2,3,5,6‑四羧酸二酐(BODA)；

所述的基于式II所示的二胺选自双(4‑氨基苯氧基)甲烷、双(4‑氨基苯氧基)乙烷、双(4‑氨基苯氧基)正丙烷、双(4‑氨基苯氧基)正丁烷、双(4‑氨基苯氧基)正戊烷、双(4‑氨基苯氧基)正己烷；

所述的基于式III所示的二胺选自1,4‑(4‑氨基苯氧基)苯、1,4‑(4‑氨基苯氧基)‑2,3‑甲基苯、1,4‑(4‑氨基苯氧基)‑2,3‑乙基苯、1,4‑(4‑氨基苯氧基)‑2,3‑正丙基苯、1,4‑(4‑氨基苯氧基)‑2,3‑异丙基苯、1,4‑(4‑氨基苯氧基)‑2,3‑正丁基苯、1,4‑(4‑氨基苯氧基)‑2,3‑异丁基苯；

所述的基于式IV所示的二胺选自1,4‑(4‑氨基苯氧基)环己烷、1,4‑(4‑氨基苯氧基)‑2,3‑甲基环己烷、1,4‑(4‑氨基苯氧基)‑2,3‑乙基环己烷、1,4‑(4‑氨基苯氧基)‑2,3‑正丙基环己烷、1,4‑(4‑氨基苯氧基)‑2,3‑异丙基环己烷、1,4‑(4‑氨基苯氧基)‑2,3‑正丁基环己烷、1,4‑(4‑氨基苯氧基)‑2,3‑异丁基环己烷；

所述的有机溶剂选自N‑甲基吡咯烷酮(NMP)、γ‑丁内酯、二甲基亚砜(DMSO)、N,N‑二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N‑二甲基甲酰胺(DMF)中至少一种；

所述二胺与脂环二酐的投料摩尔比例为0.95～1.05:1.0；

所述均相溶液固含量为10～25wt.％；

所述反应温度为室温，反应时间为6～10小时；

所述基底材料为玻璃板或硅片；

所述烘干处理步骤中，温度为50～150℃，时间为2～4小时。

5.如权利要求4所述的制备聚合物薄膜电介质的方法，其特征在于，所述制备方法制得的聚合物薄膜电介质厚度为2～50微米，优选为3～25微米。

6.如权利要求1‑5的任一项所述的聚合物薄膜电介质，其特征在于，所述的聚合物薄膜电介质用于金属化薄膜电容器，所述的金属化薄膜电容器应用于电动汽车或混合动力汽车。