聚醚砜基介电复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及聚醚砜基介电复合材料及其制备方法，属于高分子介电材料技术领域。本发明专利技术解决的技术问题是提供耐热性好的聚醚砜基介电复合材料。该复合材料，以聚醚砜为基体，以CPEN@BT为填料；其中，CPEN@BT为含羧基聚芳醚腈改性纳米钛酸钡粒子。本发明专利技术的聚醚砜基介电复合材料，介电常数高，介电损耗低，且玻璃化温度高，耐热性能好，复合材料的电学、力学等综合性能有明显的改善。且通过球磨乳化工艺，可以迅速的将分散均匀的溶液倒入高速循环球磨乳化机中，避免粒子的二次沉降和团聚，得到的PES/CPEN@BT粒径也非常均一，即使纳米粒子含量高时，复合材料仍然展示了良好的界面相容性和分散性能。本发明专利技术方法简单，成本低，可适用于大规模的工业化连续生产。

Poly (ether sulfone) dielectric composite material and its preparation method

The invention relates to a polyether sulfone dielectric composite material and a preparation method thereof, belonging to the field of high polymer dielectric material technology. The technical problem solved by the invention is that the polyether sulfone dielectric composite material with good heat resistance is provided. The composites were prepared by using polyethersulfone as matrix and CPEN@BT as filler, in which CPEN@BT was carboxyl containing poly (arylene ether nitrile) modified nano barium titanate particles. The poly (ether sulfone) dielectric composite has high dielectric constant, low dielectric loss, high glass transition temperature and good heat resistance, and the electrical and mechanical properties of the composite material are obviously improved. And by ball milling the emulsification process, can be dispersed into the cycle of high-speed milling solution rapid emulsification machine, avoid particle two settlement and reunion, get the PES/CPEN@BT particle size is very uniform, even when the content of nanoparticles, the composite still shows good interfacial compatibility and dispersion properties. The method has the advantages of simple method and low cost, and can be applied to large-scale industrialized continuous production.

【技术实现步骤摘要】
聚醚砜基介电复合材料及其制备方法
本专利技术涉及聚醚砜基介电复合材料及其制备方法，属于高分子介电材料

技术介绍
随着电子器件向轻量化、微型化和高性能化方向的发展，迫切需要具有高储能密度的电介质材料。电介质储能技术具有异常快的能量转换速率、工作时间长以及环境友好等特点，已成为一种极具发展潜力的能量存储技术。然而，传统的电介质材料大多使用陶瓷作为电介质材料，但陶瓷电介质材料不仅质量重、易碎，而且需要非常高的加工成型温度，严重阻碍了其在现代电子产品中的应用，所以开发质轻的电介质材料及制造高储能电容器装置是刻不容缓的。相比一般的陶瓷粉末，钛酸钡材料(BaTiO3，简写BT)作为一种典型的无机铁电陶瓷，具有独特的介电性能而受到广泛关注，在室温下具有非常高的介电常数(ε≈1000～2000)和较低的介电损耗(tanδ≈0.01)，是一种提升聚合物介电性能的理想无机填料。但由于传统的钛酸钡作为电介质材料，其密度大(6.017g/cm3)、不易成型加工，难以同时满足电介质材料的厚度薄、质量轻、介电常数高且损耗低的综合要求。因此，钛酸钡/聚合物复合材料应用而生，不仅可以保持较高的介电常数和低损耗，还大大降低了自身的重量，可满足电介质材料质轻和易成型加工的要求。聚醚砜(PES)作为一种新型热塑性高分子材料，是得到应用的为数不多的特种工程塑料之一。它具有优良的耐热性能、力学性能、绝缘性能以及易于加工成型等特点，特别是具有可以在高温下连续使用和在温度急剧变化的环境中仍能保持性能稳定等突出优点，在许多领域已经得到广泛应用。但是，聚醚砜的介电常数较低，因此，储存电荷的能力有限。如果将聚醚砜和钛酸钡材料复合，则有可能兼顾高储能和质量轻、机械性能好、易加工等性能。目前，倪涛、余自力等对纳米钛酸钡/聚醚砜材料进行了研究(倪涛，纳米BaTiO3/聚醚砜复合材料的制备和性能研究，四川大学硕士学位论文)，采用聚乙二醇(PEG)或硅烷偶联剂(KH750)对纳米钛酸钡进行改性，再采用溶液分散和水沉淀法制备得到纳米钛酸钡/聚醚砜复合材料。采用该方法制备出的复合材料，能够提高介电常数，减少介电损耗，但是，由于PEG的耐热性差，造成复合材料的耐热性能不佳。且采用该文件的制备方法，仍旧存在局部团聚的问题。且该方法将分散液直接滴入水中形成的粉体粒径大，也不易控制粒径大小。
技术实现思路
针对以上缺陷，本专利技术解决的技术问题是提供耐热性好的聚醚砜基介电复合材料。本专利技术聚醚砜基介电复合材料，以聚醚砜为基体，以CPEN@BT为填料；其中，CPEN@BT为含羧基聚芳醚腈改性纳米钛酸钡粒子。优选的，所述聚醚砜基介电复合材料的介电常数为6.7～20，介电损耗为0.016～0.048，玻璃化转变温度为222～235℃。其中，所述CPEN@BT纳米填料优选为采用如下方法制备得到：(1)取纳米钛酸钡，将其分散在四氢呋喃中，得到纳米钛酸钡悬浮液；(2)将含羧基聚芳醚腈溶液加到步骤(1)的纳米钛酸钡悬浮液中，混匀，得均相混合液；(3)将均相混合液旋干，得表面物理包覆CPEN的纳米钛酸钡，其中，所述旋干的温度为60～80℃，并且旋干采用超声波水浴加热；(4)将表面物理包覆CPEN的纳米钛酸钡磨细后置于烘箱180～220℃热处理3～5h，冷却后洗涤、干燥，即得CPEN@BT纳米填料。优选的，所述纳米钛酸钡和含羧基聚芳醚腈的质量比为5～15:1；更优选纳米钛酸钡和含羧基聚芳醚腈的质量比为10:1。作为优选方案，步骤(3)中的旋干温度为70℃，步骤(4)中，将表面物理包覆CPEN的纳米钛酸钡磨细后置于烘箱200℃热处理4h。本专利技术解决的第二个技术问题是提供本专利技术聚醚砜基介电复合材料的制备方法。本专利技术聚醚砜基介电复合材料的制备方法，包括如下步骤：a、将聚醚砜、CPEN@BT纳米填料和有机溶剂混合，得到聚醚砜/钛酸钡溶液；其中，聚醚砜的浓度为20～200mg/mL；CPEN@BT纳米填料用量为聚醚砜质量的10～60％；b、将十二烷基磺酸钠水溶液加入到高速乳化机中，转速为10000～14000转/分钟，稳定转速后，将a步骤制备的聚醚砜/钛酸钡溶液加入到高速球磨的十二烷基苯磺酸钠水溶液中，乳化3～5min，获得聚醚砜/钛酸钡均匀分散乳液；c、从聚醚砜/钛酸钡均匀分散乳液中除去有机溶剂，得到聚醚砜/钛酸钡均匀水分散液；d、将聚醚砜/钛酸钡均匀水分散液离心、干燥、得聚醚砜基介电复合材料。优选的，所述有机溶剂为氯仿和甲醇，且甲醇与氯仿的体积比为4～7:100。其中，甲醇主要起助溶作用。更优选的，甲醇与氯仿的体积比为5:100。优选的，聚醚砜、十二烷基苯磺酸钠和水的质量比为1:0.5～3％:5～10；更选聚醚砜、十二烷基苯磺酸钠和水的质量比为1:1％:7.5。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术的聚醚砜基介电复合材料，介电常数高，介电损耗低，且玻璃化温度高，耐热性能好，复合材料的电学、力学等综合性能有明显的改善。(2)本专利技术通过球磨乳化工艺，可以迅速的将分散均匀的溶液倒入高速循环球磨乳化机中，避免粒子的二次沉降和团聚，得到的PES/CPEN@BT粒径也非常均一，即使纳米粒子含量高时，复合材料仍然展示了良好的界面相容性和分散性能。(3)本专利技术方法简单，成本低，可适用于大规模的工业化连续生产。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的聚醚砜/钛酸钡水分散液的扫描电镜图；图2为本专利技术实施例1制备的聚醚砜基介电复合材料的断面扫描电镜图。具体实施方式本专利技术聚醚砜基介电复合材料，以聚醚砜为基体，以CPEN@BT为填料；其中，CPEN@BT为含羧基聚芳醚腈改性纳米钛酸钡粒子。本专利技术的专利技术人通过研究，发现用CPEN对BT进行改性的纳米粒子与PES基体树脂具有匹配的耐热性能，因此将两者复合后不会对复合材料的耐热性能产生不利影响，从而提高复合材料的耐热性能。此外，CPEN与PES具有相似的分子结构，根据“相似相容”增容原理可以改善两者的界面粘附性，同时，CPEN的侧基强极性氰基还可以增强其与基体分子链间的作用力增强，从而促进PES与CPEN@BT之间的相容。优选的，所述聚醚砜基介电复合材料的介电常数为6.7～20，介电损耗为0.016～0.048，玻璃化转变温度为222～235℃。其中，所述CPEN@BT纳米填料优选为采用如下方法制备得到：(1)取纳米钛酸钡，将其分散在四氢呋喃中，得到纳米钛酸钡悬浮液；(2)将含羧基聚芳醚腈溶液加到步骤(1)的纳米钛酸钡悬浮液中，混匀，得均相混合液；(3)将均相混合液旋干，得表面物理包覆CPEN的纳米钛酸钡，其中，所述旋干的温度为60～80℃，并且旋干采用超声波水浴加热；(4)将表面物理包覆CPEN的纳米钛酸钡磨细后置于烘箱180～220℃热处理3～5h，冷却后洗涤、干燥，即得CPEN@BT纳米填料。优选的，所述纳米钛酸钡和含羧基聚芳醚腈的质量比为5～15:1；更优选纳米钛酸钡和含羧基聚芳醚腈的质量比为10:1。作为优选方案，步骤(3)中的旋干温度为70℃，步骤(4)中，将表面物理包覆CPEN的纳米钛酸钡磨细后置于烘箱200℃热处理4h。本专利技术聚醚砜基介电复合材料的制备方法，包括如下步骤：a、将聚醚砜、CPEN@BT纳米填料和有机溶剂混合，得到聚醚砜/钛酸钡溶液；本文档来自技高网...

【技术保护点】
聚醚砜基介电复合材料，其特征在于：以聚醚砜为基体，以CPEN@BT为填料；其中，CPEN@BT为含羧基聚芳醚腈改性纳米钛酸钡粒子。

【技术特征摘要】
1.聚醚砜基介电复合材料，其特征在于：以聚醚砜为基体，以CPEN@BT为填料；其中，CPEN@BT为含羧基聚芳醚腈改性纳米钛酸钡粒子。2.根据权利要求1所述的聚醚砜基介电复合材料，其特征在于：所述聚醚砜基介电复合材料的介电常数为6.7～20，介电损耗为0.016～0.048，玻璃化转变温度为222～235℃。3.根据权利要求1或2所述的聚醚砜基介电复合材料，其特征在于：所述CPEN@BT由如下方法制备得到：(1)取纳米钛酸钡，将其分散在四氢呋喃中，得到纳米钛酸钡悬浮液；(2)将含羧基聚芳醚腈溶液加到步骤(1)的纳米钛酸钡悬浮液中，混匀，得均相混合液；(3)将均相混合液旋干，得表面物理包覆CPEN的纳米钛酸钡，其中，所述旋干的温度为60～80℃，并且旋干采用超声波水浴加热；(4)将表面物理包覆CPEN的纳米钛酸钡磨细后置于烘箱180～220℃热处理3～5h，冷却后洗涤、干燥，即得CPEN@BT。4.根据权利要求3所述的聚醚砜基介电复合材料，其特征在于：所述纳米钛酸钡和含羧基聚芳醚腈的质量比为5～15:1；优选纳米钛酸钡和含羧基聚芳醚腈的质量比为10:1。5.根据权利要求3或4所述的聚醚砜基介电复合材料，其特征在于：步骤(3)中的旋干温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲泽军，侯洪波，胡林清，田雨涵，郑晓翼，钟家春，
申请(专利权)人：四川理工学院，
类型：发明
国别省市：四川,51