一种采用化学纳米掺杂技术制备高耐电晕薄膜的方法技术

技术编号:15502191 阅读:302 留言:0更新日期:2017-06-03 23:12
一种采用化学纳米掺杂技术制备高耐电晕薄膜的方法,涉及一种高耐电晕薄膜制备方法。本发明专利技术要解决聚合物的高度对称性,纳米材料不利于在其中的分散问题。本发明专利技术方法:将氨基硅氧烷和甲基三乙氧基硅混合,水解处理后缩聚反应,加入偏苯三酸酐,加热,自然降温,得产物一;在强力搅拌、超声、加热的条件下,将水缓慢地滴加到异丙醇铝的甲苯溶液,得产物二;将产物一与产物二混合,加入脱水剂,加热,自然降温后室温下陈化;然后分散到N,N'‑二甲基乙酰胺中,加入4,4'‑二氨基二苯醚,混匀,分批加均苯四甲酸二酐,室温下加入脱水剂,加热,降至室温后流延成膜,梯度升温后退火处理。本方法可用于高电晕聚酰亚胺薄膜的制备。

Method for preparing high corona resistant film by adopting chemical nano doping technology

The invention relates to a method for preparing a high corona resistant film by adopting chemical nanometer doping technology, relating to a preparation method of a high corona resistant film. The invention solves the problem of the dispersion of the polymer, which is highly symmetric. The method of the invention: amino siloxane and methyl triethoxysilicane mixed polycondensation reaction after hydrolysis treatment, adding three trimellitic anhydride, heating, natural cooling, was the product of a strong; in stirring, ultrasonic and heating conditions, the toluene solution of water slowly dripped into the products of aluminum isopropoxide and two products; with a mixture of two products, adding dehydrating agent, heating and natural cooling at room temperature after Chen; and then dispersed into N, N'two methylacetamide, adding 4,4' two amino two phenyl ether, mixing, batch add pyromellitic dianhydride, at room temperature adding dehydrating agent, heated to room temperature after film casting. Temperature gradient after annealing treatment. This method can be used for the preparation of high corona polyimide film.

【技术实现步骤摘要】
一种采用化学纳米掺杂技术制备高耐电晕薄膜的方法
专利技术涉及一种制备耐电晕薄膜的方法,具体涉及采用化学纳米掺杂技术制备具有高耐电晕特性的无机纳米硅铝氧化物复合聚酰亚胺薄膜的制备方法。
技术介绍
变频电机具有体积小,效能高,节能环保等优良特性,有广泛的应用领域,是当前各行各业无级变速传动的主流调速方案。变频电机技术的发展迫切的需要具有高耐电晕性能的薄膜材料,而以纳米材料复合聚酰亚胺薄膜成为该方向的极佳选择。但是由于均苯型聚酰亚胺基体材料的高度对称性,市售纳米材料如氧化硅,氧化铝等粉末材料,仅通过机械搅拌分散,很难达到理想的分散效果,而液相氧化物材料同样面临无机物与聚合物基体相容性的问题。
技术实现思路
纳米技术及纳米材料的发展,极大的推动了科技的发展。例如变频电机具有体积小,能效高,绿色环保等优点,但是其需要采用具有高耐电晕性的薄膜作为主绝缘,用以保护由于高频高压带来的电晕损害。而采用纳米材料复合聚酰亚胺制备的复合薄膜有着极高的耐电晕寿命,对变频电机的发展有着重要的应用意义。但是纳米材料制备及分散技术制约了该材料的进一步发展。本专利技术的目的是提供一种采用化学纳米掺杂技术制备高耐电晕薄膜的方法。对于纳米复合材料而言,聚合物基体的高度对称性,纳米材料不利于在其中的分散。本专利技术在纳米材料中引入可以与纳米材料有效结合的且与聚合物基体具有相似结构的聚合物,以促进纳米材料在聚合物基体中的分散。为解决上述技术问题,本专利技术的一种采用化学纳米掺杂技术制备高耐电晕薄膜的方法是按下述步骤进行的:步骤a、将氨基硅氧烷氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)和甲基三乙氧基硅(MTES)混合,进行水解处理后缩聚反应,加入偏苯三酸酐(TMA),加热反应,自然降温,得到产物一;步骤b、在强力搅拌、超声、加热的条件下,将水缓慢地滴加到异丙醇铝(AIP)的甲苯溶液,得到产物二;步骤c、将产物一与产物二混合,加入脱水剂,加热反应,自然降温后室温下陈化,得到硅/铝预聚物溶胶;步骤d、在10~20℃温度下,将步骤c获得的硅/铝预聚物溶胶分散到N,N'-二甲基乙酰胺中,加入4,4'-二氨基二苯醚,混匀,分批次加入均苯四甲酸二酐,反应结束后室温下加入脱水剂,加热反应,降至室温得到成膜液;步骤e、流延成膜,梯度升温后退火处理,得到高耐电晕薄膜。步骤a中将氨基硅氧烷和甲基三乙氧基硅(MTES)按比为1:(1~2)的物质的量混合,加到N-甲基-2-吡咯烷酮中,所述氨基硅氧烷和甲基三乙氧基硅的总质量浓度为10wt.%~15wt.%,加入去离子水,去离子水用量为硅元素物质的量的1.5~2倍,于80~85℃条件下水解4h,升温至120℃进行缩聚反应1h,缩聚同时蒸馏出反应生成的醇,自然降温后加入偏苯三酸酐(TMA)混合,偏苯三酸酐用量为氨基硅氧烷物质的量的30%~50%,再次加热至60℃反应1h,自然降温,得产物一。步骤b中在强力搅拌、超声、40~60℃的条件下,将水缓慢地滴加到质量分数少于15%的异丙醇铝(AIP)的甲苯溶液,得产物二;其中,滴加时间不少于2小时,水的加入量是溶液中铝元素物质的量的0.75~1.5倍。步骤c中按产物一与产物二中的n(Si):n(Al)=1:(5~9)的配比将产物一与产物二混合,加入脱水剂,升温至120℃加热反应2h,加热反应同时蒸馏出反应生成的醇,反应结束后自然降温,室温陈化24小时以上,得到硅/铝预聚物溶胶;所述脱水剂为溶质质量分数2%的醋酐。所述的步骤d中在10~20℃温度下,按无机掺杂量为5wt.%~25wt.%(即按照所制得的杂化聚酰亚胺薄膜的无机掺杂量计算,控制其掺杂量为5wt.%~25wt.%之间)将步骤c获得的硅/铝预聚物溶胶分散到N,N'-二甲基乙酰胺中,加入4,4'-二氨基二苯醚,混匀,分五次以每次减半的方式加入均苯四甲酸二酐将反应体系的固体含量控制在15wt.%~20wt.%之间(所要制备的聚酰胺酸溶液固体含量计算),相邻两批次的时间间隔为15~20min,其中所述均苯四甲酸二酐的物质的量与4,4'-二氨基二苯醚相同,反应结束后室温下加入脱水剂,搅拌条件下60℃加热反应4h,降至室温得到成膜液;所述脱水剂为醋酐,脱水剂加入量为反应生成聚酰胺酸的10wt.%~20wt.%。所述的步骤e:流延成厚度为300~600μm的膜,然后升温至在初始温度80℃条件下,保温20min,再升温至170~180℃,保温20min,升温至280℃,保温20min,升温至360℃,保温10min,随后在180℃退火10min,得到高耐电晕薄膜。步骤a中所述氨基硅氧烷为氨丙基三乙氧基硅烷、氨乙基三甲氧基硅烷或者氨丙基三甲氧基硅。步骤a中采用甲基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷中的一种或者其中几种的组合(组合时按任意比进行配比)替代甲基三乙氧基硅。本专利技术的主反应原理如下(1)氨丙基三乙氧基硅烷水解反应:反应条件80~85℃水解4h,通过调整a与b的比例来调整产物的构成;(2)甲基三乙氧基硅烷水解反应:反应条件80~85℃水解4h,通过调整m与n的比例来调整产物的构成;(3)氨丙基三乙氧基硅烷的水解产物与甲基三乙氧基硅烷水解产物的缩合反应:反应条件120℃反应1h,并蒸馏出反应生成的醇;(4)硅预聚物与偏苯三酸酐反应:反应条件60℃,此时有副反应(酰胺酸闭环反应或者羧酸与胺反应生成酰胺);(5)异丙醇铝的水解反应反应条件室温下超声强力搅拌,通过调整a与b的比例来调整产物的构成;(6)硅预聚物与铝水解物反应生成硅铝复合溶胶:(7)硅铝复合溶胶与聚酰胺酸在原位聚合中的反应热亚胺化过程中的其他反应,包括硅铝复合物溶胶烷氧基的脱除(纳米粒子的形成),聚酰胺酸的闭环反应等。本专利技术所通过在硅溶胶中引入带有活性的反应基团,并在此基础上反应生成具有一定分子链长度的聚酰胺酰亚胺有机分子链,使所制备的改性的硅铝复合溶胶与聚酰胺酸有良好的相容性,为纳米粒子在聚酰亚胺中分散打下良好的基础。本专利技术无机纳米粒子产生于聚酰胺酸凝胶膜向聚酰亚胺薄膜的转变过程中,在此过程中无机物粒子的位置相对固定,避免的无机物粒子与聚合物基体由于相容性所引起的团聚现象,有利于纳米粒子的粒径控制以及纳米粒子在基体中的分散。本专利技术通过调整硅复合物与铝复合物的比例即可调整纳米粒子的结构,这样既可以扩大纳米复合物在不同基体中的应用,又可以展现不同的陷阱结构,使通过调控纳米粒子结构改变材料电性能成为可能。本专利技术制备的耐电晕薄膜(掺杂量为20wt.%)在20kV/mm,工频50Hz条件下,其使用寿命可达1.5×105h。附图说明图1是采用化学纳米掺杂技术制备的高耐电晕薄膜的SEM图;图2是硅/铝预聚物溶胶照片;图3是纳米硅铝复合聚酰亚胺薄膜红外特征谱图;图4是工频下Kapton100CR,纯膜和具体实施方式三试样的耐电晕寿命与施加场强的关系。具体实施方式具体实施方式一:本实施方式中采用化学纳米掺杂的方法制备耐电晕聚酰亚胺薄膜的方法是按下述步骤进行的:步骤a、将氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)和甲基三乙氧基硅(MTES)按比为1:1.5的物质的量混合,加到N-甲基-2-吡咯烷酮中,所述氨丙基三乙氧基硅烷和本文档来自技高网...
一种采用化学纳米掺杂技术制备高耐电晕薄膜的方法

【技术保护点】
一种采用化学纳米掺杂技术制备高耐电晕薄膜的方法,其特征在于该方法是按下述步骤进行的:步骤a、将氨基硅氧烷和甲基三乙氧基硅(MTES)混合,进行水解处理后缩聚反应,加入偏苯三酸酐(TMA),加热反应,自然降温,得到产物一;步骤b、在强力搅拌、超声、加热的条件下,将水缓慢地滴加到异丙醇铝(AIP)的甲苯溶液,得到产物二;步骤c、将产物一与产物二混合,加入脱水剂,加热反应,自然降温后室温下陈化,得到硅/铝预聚物溶胶;步骤d、在10~20℃温度下,将步骤c获得的硅/铝预聚物溶胶分散到N,N'‑二甲基乙酰胺中,加入4,4'‑二氨基二苯醚,混匀,分批次加入均苯四甲酸二酐,反应结束后室温下加入脱水剂,加热反应,降至室温得到成膜液;步骤e、流延成膜,梯度升温后退火处理,得到高耐电晕薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种采用化学纳米掺杂技术制备高耐电晕薄膜的方法,其特征在于该方法是按下述步骤进行的:步骤a、将氨基硅氧烷和甲基三乙氧基硅(MTES)混合,进行水解处理后缩聚反应,加入偏苯三酸酐(TMA),加热反应,自然降温,得到产物一;步骤b、在强力搅拌、超声、加热的条件下,将水缓慢地滴加到异丙醇铝(AIP)的甲苯溶液,得到产物二;步骤c、将产物一与产物二混合,加入脱水剂,加热反应,自然降温后室温下陈化,得到硅/铝预聚物溶胶;步骤d、在10~20℃温度下,将步骤c获得的硅/铝预聚物溶胶分散到N,N'-二甲基乙酰胺中,加入4,4'-二氨基二苯醚,混匀,分批次加入均苯四甲酸二酐,反应结束后室温下加入脱水剂,加热反应,降至室温得到成膜液;步骤e、流延成膜,梯度升温后退火处理,得到高耐电晕薄膜。2.根据权利要求1所述的一种采用化学纳米掺杂技术制备高耐电晕薄膜的方法,其特征于步骤a中将氨基硅氧烷和甲基三乙氧基硅(MTES)按比为1:(1~2)的物质的量混合,加到N-甲基-2-吡咯烷酮中,所述氨基硅氧烷和甲基三乙氧基硅的总质量浓度为10wt.%~15wt.%,加入去离子水,去离子水用量为硅元素物质的量的1.5~2倍,于80~85℃条件下水解4h,升温至120℃进行缩聚反应1h,缩聚同时蒸馏出反应生成的醇,自然降温后加入偏苯三酸酐(TMA)混合,偏苯三酸酐用量为氨基硅氧烷物质的量的30%~50%,再次加热至60℃反应1h,自然降温,得产物一。3.根据权利要求2所述的一种采用化学纳米掺杂技术制备高耐电晕薄膜的方法,其特征在于步骤b中在强力搅拌、超声、40~60℃的条件下,将水缓慢地滴加到质量分数少于15%的异丙醇铝(AIP)的甲苯溶液,得产物二;其中,滴加时间不少于2小时,水的加入量是溶液中铝元素物质的量的0.75~1.5倍。4.根据权利要求3所述的一种采用化学纳米掺杂技术制备高耐电晕薄膜的方法,其特征在于步骤c中按产物一与产...

【专利技术属性】
技术研发人员:范勇杨瑞宵陈昊
申请(专利权)人:哈尔滨理工大学哈尔滨科特纳新材料科技有限公司
类型:发明
国别省市:黑龙江,23

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1