一种交联型聚醚酰亚胺基介电复合薄膜的制备方法和用途技术

本发明专利技术提供一种交联型聚醚酰亚胺基介电复合薄膜的制备方法和用途，采用具有核壳结构的纳米陶瓷粒子作为填料，并对该填料的表面进行有机功能化改性，引入了可交联官能团，使纳米粒子与聚醚酰亚胺基体发生交联反应，形成网状结构，解决填料的分散性及相容性问题；同时采用具有良好耐热性和机械性能的可交联聚醚酰亚胺作为聚合物基体材料，制备具有良好介电性能的交联型聚醚酰亚胺基介电复合薄膜材料，其在室温下和高温下均具备较高的介电常数以及较低的介电损耗。实验证明，本发明专利技术的聚醚酰亚胺基介电复合薄膜材料在室温下和高温下均具有良好的介电性能，是一种有希望在介电电容器、半导体及电子封装等现代电子电力领域应用的复合介电材料。

Preparation and application of a crosslinked polyetherimide based dielectric composite film

【技术实现步骤摘要】
一种交联型聚醚酰亚胺基介电复合薄膜的制备方法和用途
本专利技术属于介电材料
，特别涉及一种具有较好介电性能的交联型聚醚酰亚胺基介电复合材料、由其制备得到的介电复合薄膜、及二者的制备方法和用途。
技术介绍
随着混合动力电动车、风力发电机和脉冲电力系统等新兴应用的发展，介电复合薄膜在现代电子电气工业领域中的需求不断增加。目前，以聚合物为基体的介电复合薄膜已被广泛研究，其结合了陶瓷和聚合物的优点，即陶瓷的高介电常数及聚合物的加工性和低介电损耗等。然而，由于无机陶瓷与聚合物基体之间的表面能差异，分散性和相容性仍是介电纳米复合薄膜中的一大挑战，与此同时，介电复合薄膜在高温下的介电性能依然需要改进。表面改性是一种有效解决陶瓷填料分散性问题的方法，钛酸钡(BT)由于高介电常数而被广泛用作介电复合薄膜的陶瓷填料，制备具有核壳结构的纳米填料可为开发具有增强介电性能的复合材料提供新思路。热稳定性对于介电复合薄膜而言是一个至关重要的特性，以满足器件在高温下的使用。聚醚酰亚胺(PEI)作为一种广泛应用的特种工程塑料，具有良好的耐热性(Tg>200℃)和加工性能；同时，它具有较低的介电损耗，因此被认为是理想的制备具有良好耐热性的介电复合薄膜的聚合物基体。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的介电复合材料在应用中填料的分散性及相容性不好等问题，同时解决介电复合材料在高温下使用所表现出的较差的介电性能及热稳定性能等问题，提供了一种交联型聚醚酰亚胺基介电复合材料及其制备方法和用途；本专利技术还提供了一种交联型聚醚酰亚胺基介电复合薄膜及其制备方法和用途。本专利技术采用具有核壳结构的纳米陶瓷粒子作为填料，并对该填料的表面进行有机功能化改性，引入了可交联官能团，使纳米粒子与具有良好耐热性的聚醚酰亚胺基体发生交联反应，形成网状结构，制备具有良好热稳定性及介电性能的交联型聚醚酰亚胺基介电复合薄膜。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：本专利技术提供一种聚醚酰亚胺基介电复合材料，所述材料包括聚醚酰亚胺基体聚合物，和分散在聚醚酰亚胺基体聚合物中的具有核壳结构的无机纳米陶瓷粒子。根据本专利技术，所述具有核壳结构的无机纳米陶瓷粒子为在无机纳米陶瓷颗粒表面依次进行双氧水羟基化，γ-氨丙基三乙氧基硅烷官能化和苯炔基官能化反应后制备得到的；其中，双氧水羟基化、γ-氨丙基三乙氧基硅烷官能化和苯炔基官能化的聚合产物为壳结构；无机纳米陶瓷颗粒为核结构。根据本专利技术，所述无机纳米陶瓷颗粒为钛酸钡(BaTiO3，简记BT)，钛酸锶钡，二氧化钛等纳米颗粒，还优选地，所述无机纳米陶瓷颗粒为钛酸钡纳米颗粒。根据本专利技术，所述无机纳米陶瓷颗粒的粒径为50-100nm。根据本专利技术，所述聚醚酰亚胺基体聚合物在聚醚酰亚胺基介电复合材料的体积百分含量为50-95％，优选为70-90％，还优选为75-90％；所述具有核壳结构的无机纳米陶瓷粒子在聚醚酰亚胺基介电复合材料的体积百分含量为5-50％，优选为10-30％，还优选为10-25％。本专利技术提供上述聚醚酰亚胺基介电复合材料的制备方法，所述方法包括步骤如下：第一步：对无机纳米陶瓷颗粒表面依次进行双氧水羟基化，γ-氨丙基三乙氧基硅烷官能化和苯炔基官能化，制备得到具有核壳结构的无机纳米陶瓷粒子，并作为无机纳米填料；第二步：制备聚醚酰胺酸溶液，并待作为聚合物基体；第三步：将第一步的具有核壳结构的无机纳米陶瓷粒子和第二步的聚醚酰胺酸溶液混合，经热处理后制备得到聚醚酰亚胺基介电复合材料。根据本专利技术，所述双氧水羟基化可以包括如下步骤：1-1)将无机纳米陶瓷颗粒与双氧水混合(如超声分散)，惰性气体保护条件下进行回流处理，洗涤，分离，烘干，制备得到羟基化的无机纳米陶瓷颗粒。根据本专利技术，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷官能化可以包括如下步骤：1-2)将上述的羟基化的无机纳米陶瓷颗粒与甲苯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合(如超声分散)，在惰性气体保护的条件下进行回流处理，洗涤，分离，烘干，制备得到γ-氨丙基三乙氧基硅烷官能化的无机纳米陶瓷颗粒。根据本专利技术，所述苯炔基官能化的试剂选自4-苯基乙炔基邻苯二甲酸酐。根据本专利技术，所述苯炔基官能化可以包括如下步骤：1-3-1)将上述的γ-氨丙基三乙氧基硅烷官能化的无机纳米陶瓷颗粒与有机溶剂(如DMAc)混合(如超声分散)，得到分散液；1-3-2)将4-苯炔乙炔基邻苯二甲酸酐、三乙胺和乙酸酐加入到上述分散液中，在惰性气体的保护下进行搅拌处理，反应，制备得到苯炔基官能化的无机纳米陶瓷颗粒，即具有核壳结构的无机纳米陶瓷粒子。根据本专利技术，步骤1-3-2)中，具体包括如下步骤：1-3-2’)将4-苯基乙炔基邻苯二甲酸酐加入到上述分散液中，在惰性气体的保护下进行搅拌处理，反应，随后将三乙胺和乙酸酐加入到分散液中，在惰性气体保护的条件下进行反应，洗涤，分离，干燥，制备得到苯炔基官能化的无机纳米陶瓷颗粒，即具有核壳结构的无机纳米陶瓷粒子。根据本专利技术，所述聚醚酰胺酸溶液的制备方法包括如下步骤：2)以4,4’-二氨基二苯醚、双酚A型二醚二酐、4-苯基乙炔基邻苯二甲酸酐为聚合单体，N,N二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂，经缩聚反应，制备得到含有苯炔基封端的聚醚酰胺酸溶液。根据本专利技术，所述第三步具体包括如下步骤：3-1)将第一步的具有核壳结构的无机纳米陶瓷粒子分散于有机溶剂中，形成稳定的悬浊液，并记为溶液B；3-2)将第二步的聚醚酰胺酸溶液记为溶液A，将溶液A和溶液B混合，经热处理后制备得到聚醚酰亚胺基介电复合材料。其中，步骤3-2)中，所述热处理的温度为100-350℃，所述热处理的时间为2-8h。优选地，所述热处理的温度为150-320℃，所述热处理的时间为3-7h。所述热处理还可以是分步进行的，例如150℃处理0.5h、200℃处理1h、250℃处理0.5h、320℃处理2h。其中，步骤3-2)中，所述热处理前还包括真空条件下干燥处理，例如真空条件下100℃处理1-2h。本专利技术提供一种聚醚酰亚胺基介电复合材料的用途，其用于制备聚醚酰亚胺基介电复合薄膜。本专利技术提供一种聚醚酰亚胺基介电复合薄膜，所述复合薄膜包括上述的聚醚酰亚胺基介电复合材料。根据本专利技术，所述聚醚酰亚胺基介电复合薄膜的厚度为5-50微米。根据本专利技术，所述聚醚酰亚胺基介电复合薄膜的介电常数最高达到8左右。根据本专利技术，所述聚醚酰亚胺基介电复合薄膜在150℃的介电损耗保持在0.012以下。根据本专利技术，所述聚醚酰亚胺基介电复合薄膜是由上述聚醚酰亚胺基介电复合材料制备得到的。本专利技术提供一种上述聚醚酰亚胺基介电复合薄膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：第一步：对无机纳米陶瓷颗粒表面依次进行双氧水羟基化，γ-氨丙基三乙氧基硅烷官能化和苯炔基官能化，制备得到具有核壳结构的无机纳米陶瓷粒子，并作为无机纳米填料；第二步：制备聚醚酰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚醚酰亚胺基介电复合材料，其中，所述材料包括聚醚酰亚胺基体聚合物，和分散在聚醚酰亚胺基体聚合物中的具有核壳结构的无机纳米陶瓷粒子。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚醚酰亚胺基介电复合材料，其中，所述材料包括聚醚酰亚胺基体聚合物，和分散在聚醚酰亚胺基体聚合物中的具有核壳结构的无机纳米陶瓷粒子。


2.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述具有核壳结构的无机纳米陶瓷粒子为在无机纳米陶瓷颗粒表面依次进行双氧水羟基化，γ-氨丙基三乙氧基硅烷官能化和苯炔基官能化反应后制备得到的；其中，双氧水羟基化、γ-氨丙基三乙氧基硅烷官能化和苯炔基官能化的聚合产物为壳结构；无机纳米陶瓷颗粒为核结构。
优选地，所述无机纳米陶瓷颗粒为钛酸钡，钛酸锶钡，二氧化钛等纳米颗粒，还优选地，所述无机纳米陶瓷颗粒为钛酸钡纳米颗粒。
优选地，所述无机纳米陶瓷颗粒的粒径为50-100nm。


3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其中，所述聚醚酰亚胺基体聚合物在聚醚酰亚胺基介电复合材料的体积百分含量为50-95％，优选为70-90％，还优选为75-90％；所述具有核壳结构的无机纳米陶瓷粒子在聚醚酰亚胺基介电复合材料的体积百分含量为5-50％，优选为10-30％，还优选为10-25％。


4.权利要求1-3任一项所述的聚醚酰亚胺基介电复合材料的制备方法，所述方法包括步骤如下：
第一步：对无机纳米陶瓷颗粒表面依次进行双氧水羟基化，γ-氨丙基三乙氧基硅烷官能化和苯炔基官能化，制备得到具有核壳结构的无机纳米陶瓷粒子，并作为无机纳米填料；
第二步：制备聚醚酰胺酸溶液，并待作为聚合物基体；
第三步：将第一步的具有核壳结构的无机纳米陶瓷粒子和第二步的聚醚酰胺酸溶液混合，经热处理后制备得到聚醚酰亚胺基介电复合材料。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，所述双氧水羟基化可以包括如下步骤：
1-1)将无机纳米陶瓷颗粒与双氧水混合，惰性气体保护条件下进行回流处理，洗涤，分离，烘干，制备得到羟基化的无机纳米陶瓷颗粒。
优选地，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷官能化可以包括如下步骤：
1-2)将上述的羟基化的无机纳米陶瓷颗粒与甲苯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合，在惰性气体保护的条件下进行回流处理，洗涤，分离，烘干，制备得到γ-氨丙基三乙氧基硅烷官能化的无机纳米陶瓷颗粒。
优选地，所述苯炔基官能化的试剂选自4-苯基乙炔基邻苯二甲酸酐。
优选地，所述苯炔基官能化可以包括如下步骤：
1-3-1)将上述的γ-氨丙基三乙氧基硅烷官能化的无机纳米陶瓷颗粒与有机溶剂混合，得到分散液；
1-3-2)将4-苯炔乙炔基邻苯二甲酸酐、三乙胺和乙酸酐加入到上述分散液中，在惰性气体的保护下进...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云鹤，张宇，刘捷，朱丽雪，牛森，姜振华，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22