[發(fā)明專利]一種聚酰亞胺介電薄膜及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310081546.3
• 申請日: 2023-02-08
• 公開（公告）號: CN116162270A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張群;曹河文;祝春才;劉國隆;徐哲
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江中科玖源新材料有限公司
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L79/08;C08G73/10;C08K3/04
• 代理公司: 合肥金律專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34184
• 代理人: 楊霞

本發(fā)明提出了一種聚酰亞胺介電薄膜及其制備方法和應(yīng)用，所述聚酰亞胺介電薄膜的制備方法包括：將羧基化多壁碳納米管和2，4?二氨基苯酚進(jìn)行縮合反應(yīng)，得到鍵合氨基苯并噁唑的多壁碳納米管；再將鍵合氨基苯并噁唑的多壁碳納米管與芳香族二胺單體以及芳香族二酐單體進(jìn)行縮聚反應(yīng)，成膜后再進(jìn)行熱亞胺化反應(yīng)，即得到所述聚酰亞胺介電薄膜。本發(fā)明提出的一種聚酰亞胺介電薄膜及其制備方法和應(yīng)用，通過在聚酰亞胺合成中引入鍵合氨基苯并噁唑的多壁碳納米管，使所得聚酰亞胺介電薄膜在獲得高介電常數(shù)和低介電損耗的同時，還具有優(yōu)異的機(jī)械力學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電介質(zhì)薄膜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聚酰亞胺介電薄膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

聚酰亞胺是一種綜合性能優(yōu)越的高分子材料，廣泛應(yīng)用于航空航天、電子電器、船舶制造、化學(xué)化工等多個領(lǐng)域。因其突出的介電性能，且分子結(jié)構(gòu)易于設(shè)計與調(diào)控，聚酰亞胺作為介電材料的應(yīng)用領(lǐng)域涉及到微電子封裝、絕緣電纜、電熱冷卻、儲能電容器等方向。以前的研究大多專注于電力電子封裝領(lǐng)域的低介電常數(shù)聚酰亞胺，近年來，因世界能源問題的凸顯與科技的發(fā)展，各個領(lǐng)域?qū)δ懿牧系慕殡娦阅芏继岢隽诵乱螅蓱?yīng)用于介電儲能的高介電常數(shù)的聚酰亞胺薄膜受到越來越廣泛的關(guān)注。

制備高介電的聚酰亞胺基薄膜材料的方法主要有兩種方法，一種是通過高介電陶瓷微粉與聚酰亞胺復(fù)合來滿足，如翁凌等采用原位聚合法和高速砂磨法制備了納米鈦酸鋇/聚酰亞胺高介電常數(shù)復(fù)合薄膜，當(dāng)粉體的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到50％時，復(fù)合薄膜介電常數(shù)相較于純膜提高了10倍(翁凌等，納米鈦酸鋇摻雜聚酰亞胺基高介電復(fù)合薄膜的制備及性能，高分子科學(xué)與工程，2012，2:113-116)。但該方法的缺陷是由于材料自身的性能以及相關(guān)的提高介電常數(shù)的機(jī)理限制，致使高介電常數(shù)的復(fù)合材料需要高含量的陶瓷填充，極大地降低了聚合物基復(fù)合材料的柔韌性，易破壞材料的機(jī)械力學(xué)性能。另一種方法是將導(dǎo)電填料加入到聚酰亞胺基體中，利用滲流效應(yīng)來提高復(fù)合材料的介電常數(shù)。如Fuan等人將納米石墨片添加到聚偏氟乙烯中，制備了高介電的納米復(fù)合材料(Fuan?He，High?DielectricPermittivity?and?Low?Percolation?Threshold?in?Nanocomposites?Based?on?Poly(vinylidenefluoride)and?Exfoliated?Graphite?Nanoplates，AdvanceMaterials，2009，21:710-715)。但導(dǎo)電填料在滲流閾值附近易形成局部導(dǎo)電通道，介電損耗過大，因而限制了這類高介電常數(shù)復(fù)合薄膜材料的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種聚酰亞胺介電薄膜及其制備方法和應(yīng)用，通過在聚酰亞胺合成中引入鍵合氨基苯并噁唑的多壁碳納米管，使所得聚酰亞胺介電薄膜在獲得高介電常數(shù)和低介電損耗的同時，還具有優(yōu)異的機(jī)械力學(xué)性能。

本發(fā)明提出的一種聚酰亞胺介電薄膜的制備方法，包括如下步驟：

S1、將羧基化多壁碳納米管和2，4-二氨基苯酚進(jìn)行縮合反應(yīng)，得到鍵合氨基苯并噁唑的多壁碳納米管；

S2、將鍵合氨基苯并噁唑的多壁碳納米管與芳香族二胺單體以及芳香族二酐單體進(jìn)行縮聚反應(yīng)，成膜后再進(jìn)行熱亞胺化反應(yīng)，即得到所述聚酰亞胺介電薄膜。

本發(fā)明中，在聚酰亞胺合成中引入鍵合氨基苯并噁唑的多壁碳納米管：(1)鍵合氨基苯并噁唑的多壁碳納米管所具有的氨基可以與芳香族二酐單體發(fā)生反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對聚酰亞胺分子鏈的多壁碳納米管接枝，使得多壁碳納米管因受到聚合物分子鏈運(yùn)動的限制而難以接近，促使其在聚酰亞胺基體中均勻分散；(2)氨基苯并噁唑本身屬于一種強(qiáng)極性的單體，它的加入有利于所得聚酰亞胺薄膜介電性能的進(jìn)一步提高；(3)氨基苯并噁唑的鍵合也會減少碳納米管形成導(dǎo)電通道的可能性，在提高所得聚酰亞胺介電性能的同時，將介電損耗控制在適當(dāng)范圍之內(nèi)，最終制備出一種介電性能優(yōu)異的聚酰亞胺介電薄膜。

優(yōu)選地，所述羧基化多壁碳納米管和2，4-二氨基苯酚的質(zhì)量比為1:1-3；