[發明專利]一種GEMA-MMA共聚物電介質薄膜及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202211718111.7
• 申請日: 2022-12-29
• 公開（公告）號: CN116003846A
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 劉雷鵬;贠浩辰;張康寧;吉喆;陳曉飛;段遠多;呂生華
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L33/12;C08F220/14;C08F220/30;H01G4/33
• 代理公司: 北京中巡通大知識產權代理有限公司 11703
• 代理人: 郭瑤

本發明公開了一種GEMA?MMA共聚物電介質薄膜及其制備方法和應用，屬于聚合物基電介質材料技術領域。本發明制備方法采用一種以木質素為來源的生物質原料愈創木酚(GA)，通過酯化反應制得甲基丙烯酸愈創木酚酯(GEMA)，GEMA和甲基丙烯酸甲酯(MMA)進行共聚得到GEMA?MMA共聚物電介質薄膜，可有效提高極化強度和擊穿強度，進而更有效的提高聚合物的儲能密度。本發明制備方法簡單、重復性好，且可通過控制GEMA與MMA共聚的摩爾比例來提高擊穿強度和儲能密度，進而增大聚合物的儲能效率，可用于改善薄膜電容器的擊穿強度和儲能密度。

技術領域

本發明屬于聚合物基電介質材料技術領域，具體涉及一種GEMA-MMA共聚物電介質薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，各種能源的有效利用和儲存已成為了一個熱門的研究課題，聚合物薄膜電容器作為一種物理儲能器件，具有超高功率密度，能夠極快的進行能量儲存和釋放等優點，被廣泛應用于電容器、脈沖功率技術及電動車技術等領域。

目前在薄膜電容器中商業化應用最為廣泛的是雙軸拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜，它具有很高的擊穿強度，但其儲能密度非常低，只有2～4J/cm³；聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物屬于非線性電介質，相比于其它材料其具有很高的介電常數而被廣泛研究，但是較高的極化損耗、較差的充放電效率使其在電介質材料儲能領域受限；以木質素為來源的愈創木酚，又名2-甲氧基苯酚，是一種天然有機物，有特殊的香味，廣泛應用到香料和醫藥的領域，但其在電子材料方面的應用較少，對其進行功能化改性，有在電介質材料領域應用的潛力。愈創木酚分子結構中含有極性基團酚羥基，可通過有機合成方法對愈創木酚進行改性，制備愈創木酚結構的可聚合單體，并且含有苯環和酯基的結構優勢，δ-π鍵相互作用從而提高儲能密度降低能量損耗。

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是一種常見的有機聚合物，又稱其為有機玻璃，可用作線性電介質材料，但是PMMA的擊穿強度相對較低，且PMMA分子鏈中的酯基為極性基團，相鄰極性基團之間存在著強耦合力，會導致弛豫從而引起較高的介電損耗，從而導致其儲能密度較低限制了其在電介質領域的應用。因此，需要對其進行改性研究，以提升其儲能密度。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種GEMA-MMA共聚物電介質薄膜及其制備方法和應用，以解決現有甲基丙烯酸甲酯介電損耗較大，導致其儲能密度低的問題。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

本發明公開了一種GEMA-MMA共聚物電介質薄膜的制備方法，包括以下步驟：

1)將愈創木酚、甲基丙烯酸酐和酯化劑混合均勻，在惰性氣氛下反應，冷卻至室溫，用二氯甲烷稀釋，經洗滌，冷凍干燥，得到GEMA；

2)將甲基丙烯酸甲酯與步驟1)制得的GEMA溶解于DMF中，加入引發劑，在惰性氣氛下反應，經提純，加熱，烘干，得到GEMA-MMA共聚物電介質薄膜。

優選地，步驟2)中，GEMA與甲基丙烯酸甲酯的摩爾比為1:(6～10)。

優選地，步驟2)中，惰性氣氛為氬氣，反應溫度為80℃，反應時間為12h。

優選地，步驟2)中，通過甲醇沉淀提純，在80℃下加熱12h。

優選地，步驟1)中，愈創木酚：甲基丙烯酸酐的摩爾比為：2:2:1。

優選地，步驟1)中，酯化劑為DMAP，DMAP的摩爾百分比為2mol％。

優選地，步驟1)中，惰性氣氛為氬氣，反應時間為24h。

優選地，步驟1)中，洗滌條件為：依次用飽和NaHCO₃水溶液、1mol/L的NaOH水溶液、0.5mol/L的NaOH水溶液、1.0mol/L的HCl水溶液和去離子水進行洗滌。