【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于聚合物领域，具体地，涉及一种高工作温度聚丙烯介电储能材料，该聚丙烯介电储能材料在制备高温储能介电材料中的应用，以及一种高工作温度的电容膜。
技术介绍
1、能源是当代社会发展的动力。近年来，随着新能源、航空航天、地下资源开采、国防军工等科技领域的迅猛发展，不仅对电介质电容器的需求量逐年递增，更要求其能够在更为严苛的温度条件下使用。然而以聚合物电介质材料为主体的薄膜电容器热稳定性差，无法在高温环境下稳定工作。尤其在高电场作用下，温度升高会导致聚合物电介质内部泄漏电流呈指数上升趋势，造成充放电效率及储能密度急剧下降，无法满足应用需求。更严重的是，泄漏电流转变成焦耳热，使电容器温度持续上升，最终损坏。
2、双向拉伸聚丙烯(bopp)是目前商用化程度最高、应用最为广泛的聚合物薄膜电容器介质材料，其综合性能优异、规模化制备工艺成熟，目前已在电动汽车、风电、光伏、照明和铁路机车等行业中广泛应用。
3、然而，聚丙烯薄膜电容器的一个固有缺点是高温条件下介电储能性能差、可靠性大幅下降。例如在室温下，bopp即使在接近其击穿场强时充放电效率仍可高达95％以上，但在120℃温度下，其效率降低至约70％。这不仅使其储能密度大幅下降，并且还产生大量废热在器件内部聚集，最终导致器件过热损坏(热失控)。
4、目前，从材料角度提高聚合物电容薄膜工作温度的方法主要有两类。第一类方法是提高聚合物介质材料的热稳定性，即合成具有高玻璃化转变温度(tg)的聚合物介质材料。第二类方法是在聚合物介质材料中引入第二相填料制备复合
5、因此有必要寻找一种介电储能特性调控能力明显、制备工艺简单、贴合工程实际应用的新型聚丙烯介电储能材料。
6、接枝改性是聚丙烯功能化的一种常见手段，通常使用的方法有熔融接枝和固相接枝。熔融接枝设备简单，成本低廉，但反应温度高，过程不易控制，副产物多，适用单体种类较少，目前只用于酸酐类或少数丙烯酸酯类接枝物相容剂的制备。固相接枝反应温度在聚丙烯的熔点以下，副反应较少，接枝效率高，接枝单体适用范围广泛，如y.pan等在"solid-phase grafting of glycidyl methacrylate onto polypropylene."(journal ofapplied polymer science，1997，65(10)：1905-1912)中研究了聚丙烯固相接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(gma)的反应条件，并指出固相接枝和熔融接枝的影响因素有巨大区别。悬浮接枝是一种特殊的固相接枝，通过在反应体系中引入水相介质作为分散剂，进一步降低反应温度，提高接枝的均匀性并降低副产物的生成。此外，李乔钧等在“聚丙烯悬浮法接枝苯乙烯的研究”(合成树脂及塑料，1996，13(1):7-10.)中对于聚丙烯悬浮接枝苯乙烯的反应条件和影响因素进行了讨论。祝宝东等在“聚丙烯水相悬浮接枝双单体苯乙烯和马来酸酐”(现代塑料加工应用，2009，5:3.)中报道了通过水相悬浮接枝得到了接枝率8.97％的聚丙烯双单体接枝物。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种高工作温度聚丙烯介电储能材料及其在制备高温储能介电材料中的应用与电容膜，该聚丙烯介电储能材料具有高工作温度，且在较高工作温度下也可保持高储能效率和储能密度。
2、本专利技术的第一方面提供一种高工作温度聚丙烯介电储能材料，该聚丙烯介电储能材料包括作为基体相的衍生自聚丙烯的结构单元，以及作为分散相的衍生自含烯基功能性单体的结构单元；所述聚丙烯介电储能材料的灰分含量小于50ppm，优选小于36ppm，更优选小于30ppm；所述聚丙烯介电储能材料中衍生自含烯基功能性单体且处于接枝态的结构单元与衍生自含烯基功能性单体且处于自聚态的结构单元的质量比大于等于1.5，优选为大于等于2；所述聚丙烯介电储能材料在120℃、200mv/m场强下的直流体积电阻率为1.5×1014ω·m～0.9×1020ω·m。
3、本专利技术的第二方面提供上述高工作温度聚丙烯介电储能材料在储能电介质中，特别是高温储能电介质的应用。
4、本专利技术的第三方面提供一种电容膜，该电容膜为一层或多层，其中至少一层中的至少一部分为上述的高工作温度聚丙烯介电储能材料。
5、本专利技术的接枝改性聚丙烯介电储能材料可形成电荷深陷阱，工作温度范围很宽，特别是，在较高工作温度下也可以保持良好的介电性能和储能性能，因此尤其适用于高温、高运行场强工况。
6、本专利技术的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
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1.一种高工作温度聚丙烯介电储能材料，该聚丙烯介电储能材料包括作为基体相的衍生自聚丙烯的结构单元，以及作为分散相的衍生自含烯基功能性单体的结构单元；所述聚丙烯介电储能材料的灰分含量小于50ppm，优选小于36ppm，更优选小于30ppm；所述聚丙烯介电储能材料中衍生自含烯基功能性单体且处于接枝态的结构单元与衍生自含烯基功能性单体且处于自聚态的结构单元的质量比大于等于1.5，优选为大于等于2；所述聚丙烯介电储能材料在120℃、200MV/m场强下的直流体积电阻率为1.5×1014Ω·m～0.9×1020Ω·m。
2.根据权利要求1所述的高工作温度聚丙烯介电储能材料，其中，所述聚丙烯介电储能材料具有以下特征中的至少一种：在230℃，2.16kg载荷下的熔体流动速率为1～10g/10min，优选为1.5～8g/10min，进一步优选为2～5g/10min；熔融温度Tm为155～168℃，优选为157～165℃；弯曲模量为1400～2000MPa，优选为1500～1800MPa。
3.根据权利要求1所述的高工作温度聚丙烯介电储能材料，其中，所述聚丙烯介电储能材料具
4.根据权利要求1所述的高工作温度聚丙烯介电储能材料，其中，所述含烯基功能性单体选自具有式1所示结构的单体中的至少一种，
5.根据权利要求4所述的高工作温度聚丙烯介电储能材料，其中，Rb、Rc、Rd各自独立地选自H、取代或未取代的C1-C6烷基；Ra选自取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C1-C20烷氧基、取代或未取代的C6-C20芳基、取代或未取代的C1-C20酯基、取代或未取代的C1-C20羧基、取代或未取代的C3-C20环烷基或杂环基、氰基、取代或未取代的C3-C20硅烷基；所述取代的基团为卤素、-OH、-NH2、＝O、C1-C12烷基、C3-C6环烷基、C1-C12的烷氧基、C1-C12的酰氧基；Ra和Rd任选地与双键共同形成4-6元杂环。
6.根据权利要求5所述的高工作温度聚丙烯介电储能材料，其中，Rb、Rc、Rd各自独立地选自H、取代或未取代的C1-C6烷基；
7.根据权利要求6所述的高工作温度聚丙烯介电储能材料，其中，所述含烯基功能性单体为苯乙烯类单体，所述苯乙烯类单体选自苯乙烯、α-甲基苯乙烯、1-乙烯基萘、2-乙烯基萘、单取代或多取代的苯乙烯、单取代或多取代的α-甲基苯乙烯、单取代或多取代的1-乙烯基萘和单取代或多取代的2-乙烯基萘中的至少一种；所述取代的基团优选选自卤素、羟基、氨基、磷酸基、磺酸基、C1-C8的直链烷基、C3-C8的支链烷基或环烷基、C1-C6的直链烷氧基、C3-C8的支链烷氧基或环状烷氧基、C1-C8的直链酯基、C3-C8的支链酯基或环状酯基、C1-C8的直链胺基以及C3-C8的支链胺基或环状胺基中的至少一种；优选地，所述苯乙烯类单体选自苯乙烯、α-甲基苯乙烯、2-甲基苯乙烯、3-甲基苯乙烯和4-甲基苯乙烯中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的高工作温度聚丙烯介电储能材料，其中，所述含烯基功能性单体为含烯基的硅烷类单体，所述含烯基的硅烷类单体选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、乙基乙烯基二乙氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三异丙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、烯丙基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、烯丙基三叔丁氧基硅烷、烯丙基三乙酰氧基硅烷、甲基烯丙基二甲氧基硅烷和乙基烯丙基二乙氧基硅烷中的至少一种。
9.根据权利要求6所述的高工作温度聚丙烯介电储能材料，其中，所述含烯基功能性单体为丙烯酸酯类单体和/或丙烯酸类单体，优选地，所述丙烯酸酯类单体选自(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸仲丁酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸椰子油酸酯、(甲基)丙烯酸十八烷基酯、(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯、(甲基)丙烯酸二乙氨基乙酯、(甲基)丙烯酸二甲氨基丙酯和(甲基)丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种；优选地，所述丙烯酸类单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸和2-乙基丙烯酸中的至少一种。
10.根据权利要求5所述的高工作温度聚丙烯介电储能材料，其中，所述含烯基功能性单体为马来酸酐、马来酰亚胺及其衍生物、衣康酸酐、α-亚甲基-γ-丁内酯中的至少一种，优选地，所述含烯基功能性单体为马来酸酐。
11.根据权利要求1所述的高工作温度聚丙烯介电储能材料，其中，所述聚丙烯的粒径为16～50...
【技术特征摘要】
1.一种高工作温度聚丙烯介电储能材料，该聚丙烯介电储能材料包括作为基体相的衍生自聚丙烯的结构单元，以及作为分散相的衍生自含烯基功能性单体的结构单元；所述聚丙烯介电储能材料的灰分含量小于50ppm，优选小于36ppm，更优选小于30ppm；所述聚丙烯介电储能材料中衍生自含烯基功能性单体且处于接枝态的结构单元与衍生自含烯基功能性单体且处于自聚态的结构单元的质量比大于等于1.5，优选为大于等于2；所述聚丙烯介电储能材料在120℃、200mv/m场强下的直流体积电阻率为1.5×1014ω·m～0.9×1020ω·m。
2.根据权利要求1所述的高工作温度聚丙烯介电储能材料，其中，所述聚丙烯介电储能材料具有以下特征中的至少一种：在230℃，2.16kg载荷下的熔体流动速率为1～10g/10min，优选为1.5～8g/10min，进一步优选为2～5g/10min；熔融温度tm为155～168℃，优选为157～165℃；弯曲模量为1400～2000mpa，优选为1500～1800mpa。
3.根据权利要求1所述的高工作温度聚丙烯介电储能材料，其中，所述聚丙烯介电储能材料具有以下特征中的至少一种：
4.根据权利要求1所述的高工作温度聚丙烯介电储能材料，其中，所述含烯基功能性单体选自具有式1所示结构的单体中的至少一种，
5.根据权利要求4所述的高工作温度聚丙烯介电储能材料，其中，rb、rc、rd各自独立地选自h、取代或未取代的c1-c6烷基；ra选自取代或未取代的c1-c20烷基、取代或未取代的c1-c20烷氧基、取代或未取代的c6-c20芳基、取代或未取代的c1-c20酯基、取代或未取代的c1-c20羧基、取代或未取代的c3-c20环烷基或杂环基、氰基、取代或未取代的c3-c20硅烷基；所述取代的基团为卤素、-oh、-nh2、＝o、c1-c12烷基、c3-c6环烷基、c1-c12的烷氧基、c1-c12的酰氧基；ra和rd任选地与双键共同形成4-6元杂环。
6.根据权利要求5所述的高工作温度聚丙烯介电储能材料，其中，rb、rc、rd各自独立地选自h、取代或未取代的c1-c6烷基；
7.根据权利要求6所述的高工作温度聚丙烯介电储能材料，其中，所述含烯基功能性单体为苯乙烯类单体，所述苯乙烯类单体选自苯乙烯、α-甲基苯乙烯、1-乙烯基萘、2-乙烯基萘、单取代或多取代的苯乙烯、单取代或多取代的α-甲基苯乙烯、单取代或多取代的1-乙烯基萘和单取代或多取代的2-乙烯基萘中的至少一种；所述取代的基团优选选自卤素、羟基、氨基、磷酸基、磺酸基、c1-c8的直链烷基、c3-c8的支链烷基或环烷基、c1-c6的直链烷氧基、c3-c8的支链烷氧基或环状烷氧基、c1-c8的直链酯基、c3-c8的支链酯基或环状酯基、c1-c8的直链胺基以及c3-c8的支链胺基或环状胺基中的至少一种；优选地，所述苯乙烯类单体选自苯乙烯、α-甲基苯乙烯、2-甲基苯乙烯、3-甲基苯乙烯和4-甲基苯乙烯中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的高工作温度聚丙烯介电储能材料，其中，所述含烯基功能性单体为含烯基的硅烷类单体，所述含烯基的硅烷类单体选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、乙基乙烯基二乙氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三异丙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、烯丙基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、烯丙基三叔丁氧基硅烷、烯丙基三乙酰氧基硅烷、甲基烯丙基二甲氧基硅烷和乙基烯丙基二乙氧基硅烷中的至少一种。
9.根据权利要求6所述的高工作温度聚丙烯介电储能材料，其中，所述含烯基功能性单体为丙烯酸酯类单体和/或丙烯酸类单体，优选地，所述丙烯酸酯类单体选自(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸仲丁酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸椰子油酸酯、(甲基)丙烯酸十八烷基酯、(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯、(甲基)丙烯酸二乙氨基乙酯、(甲基)丙烯酸二甲氨基丙酯和(甲基)丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种；优选地，所述丙烯酸类单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸和2-乙基丙烯酸中的至少一种。
【专利技术属性】
技术研发人员：张雅茹，李琦，王铭锑，袁浩，何金良，邵清，李娟，张琦，权慧，高达利，胡世勋，李君洛，胡军，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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