[发明专利]一种结晶型含萘聚芳酰胺高温储能薄膜介电材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种结晶型含萘聚芳酰胺高温储能薄膜介电材料及其制备方法和应用，属于聚合物介电材料技术领域。本发明提供的结晶型含萘聚芳酰胺高温储能薄膜介电材料，萘环的引入可以改善其溶解性，醚键的引入可以增加链段的柔韧性，同时少量刚性苯环的加入能够增加主链的刚性，通过调节刚性链段的比例，使得聚芳酰胺具有结晶的特性，这种结晶型的含萘聚芳酰胺同时具备耐高温、高能量密度以及高充放电效率等优势。实施例的结果表明，本发明提供的结晶型含萘聚芳酰胺高温储能薄膜介电材料在200℃高温下，放电能量密度为2.2J/cm³，在纯聚合物介电材料中具有着不可比拟的地位。

技术领域

本发明涉及聚合物介电材料技术领域，尤其涉及一种结晶型含萘聚芳酰胺高温储能薄膜介电材料及其制备方法和应用。

背景技术

将酰胺键(85％以上)与苯环直接相连的芳香族聚酰胺称为聚芳酰胺。聚芳酰胺由于其出色的耐热性和机械强度而被视为高性能有机高分子材料。聚芳酰胺突出的特性主要来自于其全芳香结构和高分子主链中所存在的大量酰胺键。由酰胺键形成的分子间氢键使得这些刚性的棒状高分子链高度取向，有序排布，形成了微晶区，导致高分子链间的紧密堆积和高内聚能。商业上最著名的聚芳酰胺，聚对苯二甲酰对苯二胺和间苯二甲酰间苯二胺的纤维制品，即芳纶1414和芳纶1313已成功用于先进技术，并转变为高强度和耐火的纤维和涂料，可用于航空航天和军械工业，比如防弹衣、防护服、运动服、电绝缘以及石棉替代品和工业过滤器等。聚芳酰胺主链中的刚性芳环结构，苯环的憎水性极大程度的降低了其吸水率，同时给了它极高的热稳定性。但正由于其高结晶性和高热稳定性，导致其不可以熔融加工或溶液加工，而只能溶于浓硫酸中纺丝加工，这种加工方式成本高、环境污染大，极大的限制了聚芳酰胺材料的应用领域。

随着现代电子、电气设备和系统的高速发展以及对新型能源的迫切需求，对储能装置的储能能力和效率以及耐温性提出更高的挑战，而储能设备中最重要的是介电电容器，其具有高的功率密度，可以将储存的能量在极短的时间内释放出去，具有极大的应用前景。目前，应用最广泛的商业电容器-双向拉伸聚丙烯(BOPP)，以其高的击穿强度、低的介电损耗和低成本受到了广泛的亲睐。但是最高2J/cm³的放电能量密度限制了现在和未来对更高能量密度需求的使用，更重要的是BOPP的最高使用温度仅为105℃，远远满足不了航空航天、石油、天然气开采等领域对高温使用的需求。因此，迫切需要开发出耐高温(200℃)、高能量密度以及高充放电效率的纯聚合物基介电储能材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结晶型含萘聚芳酰胺高温储能薄膜介电材料及其制备方法和应用，所述结晶型含萘聚芳酰胺高温储能薄膜介电材料同时具备耐高温、高能量密度以及高充放电效率等优势。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种结晶型含萘聚芳酰胺高温储能薄膜介电材料，具有式I所示结构：

其中，n＝100～800，且n为整数；

R₁为R₂为

R'为

优选的，包括n＝100～600；或n＝400～800。

本发明提供了上述技术方案所述结晶型含萘聚芳酰胺高温储能薄膜介电材料的制备方法，包括以下步骤：

将1,4-萘二甲酸、对苯二甲酸、含苯醚基团的二胺、亚磷酸三苯酯、N-甲基吡咯烷酮、吡啶和氯化锂混合，将所得混合物料进行Yamazaki磷酰化反应，得到结晶型含萘聚芳酰胺高温储能薄膜介电材料；

所述含苯醚基团的二胺为1,4-双(4-氨基苯氧基)苯或4,4-二氨基二苯醚。