CN101343371A - 含氟的环烯烃驻极体薄膜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种含氟的环烯烃驻极体薄膜，其包括：含氟的环烯烃聚合物薄膜，其特征为具有以含氟烷基接枝的环烯烃聚合物；以及在该含氟的环烯烃聚合物薄膜上的聚对－二甲基苯薄膜。

Description

含氟的环烯烃驻极体薄膜
技术领域
一般说来，本发明涉及驻极体(electret)薄膜，更特定地，涉及含氟环烯烃驻极体薄膜。
背景技术
以往有机聚合物的商业应用包括制造介电材料，如驻极体。一般是通过注入电荷而将有机聚合物制成驻极体。授予Nowlin等人的美国专利第4,291,245号揭示了聚合物驻极体及制备聚合物驻极体的方法。该聚合物驻极体通常可用于提供电(子)装置诸如声音换能器(acoustictransducers)、电图装置(electrophotophy)及复印机的组件。授予Tai等人的美国专利第6,806,593号描述了从有机聚合物薄膜形成驻极体。通过制造微型驻极体话筒的微细加工技术形成该驻极体。
通过注入电荷制备的驻极体可能产生表面电荷，该表面电荷易受灰尘及湿气影响而导致衰减。在驻极体中的电荷也可能由于物理性振动或与金属线、带电体及导体接触而衰减。现有许多小型、高质量及便宜的驻极体设计。不过，却没有一种设计能使驻极体的电荷衰减降至最小。
发明内容
本发明提供一种含氟环烯烃驻极体薄膜，其包括：
含氟的环烯烃聚合物薄膜，其特征为具有以含氟烷基接枝的环烯烃聚合物；以及在该含氟的环烯烃聚合物薄膜上的聚对-二甲基苯薄膜。
在一个具体实施例中，本发明提供一种含氟环烯烃驻极体薄膜的制法，其包含下述步骤：提供含氟环烯烃聚合物薄膜，其特征为具有接枝在环烯烃聚合物上的含氟烷基；提供对-二甲基苯单体蒸气且其量足以包覆含氟环烯烃聚合物薄膜；以及在蒸发室中引进蒸气及含氟环烯烃聚合物薄膜，将该蒸发室抽真空并调节到可使蒸气冷凝的温度，藉此使聚对-二甲基苯薄膜包覆该含氟环烯烃聚合物薄膜。
在另一个具体实施例中，本发明提供一种组合物，其具有约10重量％至约99.95重量％的热塑性树脂以及约0.05重量％至约90重量％的由上述方法制备的含氟环烯烃驻极体薄膜。
在下文的说明中将部分提出本发明的其它目的与优点，而且从该说明中将了解本发明其中一部分，或者通过实施本发明也可得知。通过随附的权利要求书中特别列出的组件与组合将可了解且实现本发明的目的与优点。
应该了解的是，上文的概要说明以及下文的详细说明都仅供作例示与解释，其并非限制本发明。
附图说明
参照各附图可更好的了解本发明的摘要以及上文中的详细说明。为完成说明本发明的目的，各附图中指出优选的具体实施例。然而，应了解的是，本发明并非限于图中所绘的精确排置方式及设备装置。
在各图中：
图1为说明常用驻极体薄膜的表面电压测试结果曲线图。
图2为说明根据本发明所述的含氟环烯烃驻极体薄膜的表面电压测试结果曲线图。
具体实施方式
本发明提供一种含氟环烯烃驻极体薄膜，其包括：含氟的环烯烃聚合物薄膜，其特征为具有以含氟烷基接枝的环烯烃聚合物；以及在该含氟的环烯烃聚合物薄膜上的聚对-二甲基苯薄膜。根据本发明的实施例，环烯烃聚合物可包括具有约60℃至250℃的玻璃化转变温度及约400至300000的分子量的烯烃聚合物或其衍生物。
含氟环烯烃聚合物薄膜，例如，可以以共聚物如嵌段共聚物、交替共聚物或无规共聚物的形式提供。例如，在环烯烃共聚物上可通过接上含氟烷基而形成含氟环烯烃聚合物薄膜。在一些实施例中，可通过将单体如乙烯、丙烯、C4-16α-烯烃或其组合与环烯烃单体共聚而形成环烯烃共聚物。根据其它例子，环烯烃单体可选自，但不限于，二环庚烯、三环癸烯及四环十二烯。该环烯烃单体也可含有额外的元素，如氟、氯或氧原子，它们在聚合反应过程中可链接到单体上。此外，环烯烃单体也可以以烷基作为非必须取代基。在另一实施例中，在该环烯烃聚合物及含氟烷基上可有氯原子、氧原子或二者。
在本发明的另一个具体实施例中，在含氟环烯烃聚合物薄膜中，含氟烷基可包括C1-30含氟烷基链。不过，本发明的含氟环烯烃驻极体薄膜不限于在含氟环烯烃聚合物薄膜中具有含氟烷基链的那些。在含氟环烯烃聚合物薄膜中，其它部分氟化烷基或全氟烷基及其衍生物也可以以不饱和单体的形式并入以形成支链。在本发明的另一个具体实施例中，不饱和单体在接枝于环烯烃聚合物的单体单元之前可先进行均聚。含氟烷基可包含具有通式CH2＝CH-Rf或CH2＝CH-(CH2CH2)n-Rf’的非环状或环状烷基链，其中n为1或2，Rf和Rf’都包含C1-30含氟烷基链。在本发明的范围中也可涵盖具有相似结构的其它含氟环烯烃聚合物、共聚物或其衍生物。
根据一些实施例，含氟环烯烃聚合物薄膜可用聚对-二甲基苯薄膜包覆，该聚对-二甲基苯薄膜包含至少一种聚对-二甲基苯N、聚对-二甲基苯D及聚对-二甲基苯C。聚对-二甲基苯通常通过聚合对-二甲基苯或其经取代的衍生物而制造。聚对-二甲基苯薄膜也可包含其它对-二甲基苯单体和经取代的衍生物。例如，在对-二甲基苯的芳环上可具有氰基、邻-二氰基、氯或二氯取代基。在对-二甲基苯上也可具有氟原子、氯原子或其组合。这些原子可为对-二甲基苯的亚甲基中的氢原子的取代基。或者，这些原子可通过化学键链接在对-二甲基苯的亚甲基或其它官能基团上。
已知聚对-二甲基苯提供材料，如塑料、橡胶、金属、显微电机系统(MEMS)兼容性材料、木材、纸和无机材料的包覆层。所以本发明的聚对-二甲基苯薄膜可通过本领域已知的任何方法，例如，本领域的技术人员已知的蒸发或沉积方法而形成。在本发明的一个具体实施例中，可提供呈聚对-二甲基苯蒸气形式的聚对-二甲基苯单体，以包覆含氟环烯烃聚合物。然后将聚对-二甲基苯蒸气导向含氟环烯烃聚合物并调节至可使蒸气凝结的温度，以致可将聚对-二甲基苯薄膜包覆在含氟环烯烃聚合物薄膜上。在其它实施例中，聚对-二甲基苯薄膜可通过将聚对-二甲基苯单体转变成预聚物，然后通过精确涂布、浸涂、喷涂、真空沉积、化学蒸气沉积(CVD)或狭缝涂布，将该预聚物涂布在含氟环烯烃聚合物薄膜上形成保护薄膜而制备。聚对-二甲基苯薄膜可具有约0.1至10μm的厚度。例如，聚对-二甲基苯薄膜可具有约1μm的厚度。
在本发明的另一个具体实施例中，含氟环烯烃驻极体薄膜进一步包含位于驻极体薄膜一侧的导电薄膜。含氟环烯烃驻极体薄膜包含包覆在驻极体薄膜的另一侧的聚对-二甲基苯薄膜。不过，含氟环烯烃驻极体薄膜的结构不限于实施例所述的那些。在含氟环烯烃驻极体薄膜上具有另外的金属或聚对-二甲基苯外包覆层的其它相似结构也涵盖在本发明的范围中。
本发明也提供一种含氟环烯烃驻极体薄膜的制法。该制法包含下述步骤：提供含氟环烯烃聚合物薄膜，该薄膜的特征为具有接枝在环烯烃聚合物上的含氟烷基；提供对-二甲基苯单体蒸气，其量足以包覆含氟环烯烃聚合物薄膜；以及在蒸发室中引进蒸气和含氟环烯烃聚合物薄膜。例如，将该室抽真空并调节到可使蒸气冷凝的温度，以使聚对-二甲基苯薄膜包覆含氟环烯烃聚合物薄膜，形成含氟环烯烃驻极体薄膜。
在本发明的一个具体实施例中，包覆聚对-二甲基苯薄膜的方法可包含三个步骤。第一个步骤为将固体二聚物诸如环状二-对-二甲基苯在约150℃至约200℃下蒸发。第二个步骤为定量地裂解或热解二聚物，其涉及在约670℃至约690℃下裂解苯甲基的碳-碳键，得到呈蒸气态的对-二甲基苯单体。最后，单体进入含有含氟环烯烃聚合物薄膜的室温沉积室。所以，单体在含氟环烯烃聚合物薄膜的所有暴露表面上凝结及聚合，以在其上提供聚对-二甲基苯薄膜。可用于该具体实施例的装置可包含蒸发段、热解区及沉积室，它们通过管线连接。在该装置中，沉积室具有与提供所需压力的泵连接的设有阀的出口。此外，在装置中也设有用于蒸发及热解的加热构件。
在本发明的另一个具体实施例中，驻极体薄膜可掺有热塑性树脂而呈组合物形式。可掺入本文所述的驻极体薄膜的适当热塑性树脂包括，但不限于，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚烯烃、聚酯、聚丙烯酸酯、聚腈、聚苯乙烯、聚碳酸酯、环烯烃共聚物、热塑性弹性体以及其共聚物、衍生物及组合。这些掺合组合物的例子可具有约10重量％至约99.95重量％的热塑性树脂，以及约0.05重量％至约90重量％的上述驻极体薄膜。
如上述，在本发明的一个具体实施例中，随着所采取的包覆方法的不同，可形成厚度在约0.1至10μm范围内的保护膜。保护膜对于施加在驻极体薄膜上的温度波动具有高度耐受性。本文所述的保护膜也可具有高透明度。此外，制备本发明的含氟环烯烃驻极体的方法可在不修改用于驻极体薄膜的充电步骤下实施。此外，保护膜可具挠曲性及防水性，以致有助于促使驻极体薄膜具有稳定的电荷。
本发明的驻极体薄膜及其组合物可应用于各种装置的制造。例如，驻极体薄膜可被并入作为滤器(诸如病毒滤器及气溶胶滤器)的一部分。就音响方面的应用而言，可将驻极体并入驻极体电容器、硅驻极体电容器、扩音器(扬声器)、超声波应用、水听器(hydrophones)及头戴式耳机中。该驻极体薄膜也可应用在制造电子装置，如声波滤波器、驻极体中继站、光电开关及变换器上。驻极体薄膜的工业应用也包括驻极体马达、太阳能电池、空气过滤器及剂量仪。此外，驻极体薄膜可应用于光电照相技术。例如，可将驻极体并入静电印刷(xerography)装置及静电记录仪。
现参照下述特定的非限定性实施例更详细的说明本发明。细节说明参照本发明的具体实施例，其实施例在附图中说明。
实施例1：含氟环烯烃驻极体薄膜的制备
将7g聚对-二甲基苯N粉末置入以管线连接热解室及沉积室的蒸发槽。将具有厚度约6μm及直径约6cm的含氟环烯烃聚合物薄膜置于沉积室内的旋转盘。打开沉积室内的真空阀，使压力降至约0.5托或以下。通过加热汽化槽至约150℃蒸发聚对-二甲基苯N，以提供环状二聚物，诸如环状二-对-二甲基苯。接下来，将经蒸发的二聚物引进热解室，当将热解室加热至约680℃时，在该处通过裂解苯甲基的碳-碳键而将经蒸发的二聚体转变成对-二甲基苯单体。然后将该单体通过沉积室，在该处于室温下使单体在含氟环烯烃聚合物薄膜上冷凝和聚合，以提供具有厚度约1μm的聚对-二甲基苯薄膜。一旦完成沉积，将沉积室的温度降至室温。然后从沉积室取出含氟环烯烃驻极体薄膜样品。
实施例2：表面放电试验
对实施例1的含氟环烯烃驻极体薄膜进行表面放电试验。该驻极体薄膜在具有约15μm厚度的含氟环烯烃聚合物薄膜上包括厚度为约1μm的聚对-二甲基苯薄膜。通过在约14,000伏特的电压下进行电晕放电30秒而将驻极体薄膜充电。然后将经充电的薄膜放入PE塑料袋贮存不同时间。然后使用PE夹将薄膜从袋中移出以供进行表面放电测试。
参照图2，一开始测得驻极体薄膜具有约900伏特的电压。接下来几天后，如图2所示，测得的驻极体薄膜电压通过表面放电迅速衰减至约800伏特的稳定状态。所以，驻极体薄膜通过电压衰减只有约10％的电压下降。相对照地，由对比图1可知，对于不具有聚对-二甲基苯保护的常用驻极体薄膜而言，表面电荷试验结果显示在5天之内电压急剧衰减。5天之后，所测得的常用驻极体薄膜的电压下降超过60％，而呈约300伏特的稳定电压。所以，本发明的驻极体薄膜显然具有相对较小的电荷衰减率以及高于常用驻极体薄膜的电荷密度。
本领域的技术人员通过参考说明书和实施本文所揭示的发明可显而易知本发明的其它具体实施例。说明书和实施例仅为示例性质，本发明的实际范围及精神由下述权利要求书指示。
本领域的技术人员应该了解可对上述各项具体实施例进行变化，而不致悖离其广义的发明性概念。因此，应了解本发明并不限于此处揭示的特定具体实施例，而是涵盖如下述各项权利要求所定义的本发明精神及范围内的修饰。

Claims (11)

1、一种含氟环烯烃驻极体薄膜，其包括：
含氟的环烯烃聚合物薄膜，其特征为具有以含氟烷基接枝的环烯烃聚合物；以及
在该含氟的环烯烃聚合物薄膜上的聚对-二甲基苯薄膜。
2、如权利要求1所述的含氟环烯烃驻极体薄膜，其中该含氟烷基接枝在该环烯烃聚合物的单体单元上，该单体单元包含至少一种乙烯、丙烯、α-烯烃及环烯烃单体。
3、如权利要求1所述的含氟环烯烃驻极体薄膜，其中该聚对-二甲基苯薄膜包含至少一种聚对-二甲基苯N、聚对-二甲基苯D及聚对-二甲基苯C。
4、如权利要求1所述的含氟环烯烃驻极体薄膜，其中该聚对-二甲基苯薄膜包含具有氰基及二氰基取代基中的至少一种的对-二甲基苯或以氟原子及氯原子中的至少一种作为取代基的对-二甲基苯。
5、如权利要求1所述的含氟环烯烃驻极体薄膜，其中是通过蒸发而在该含氟环烯烃聚合物上形成该聚对-二甲基苯薄膜。
6、如权利要求1所述的含氟环烯烃驻极体薄膜，其中该聚对-二甲基苯薄膜具有约0.1至10μm的厚度。
7、如权利要求1所述的含氟环烯烃驻极体薄膜，其中在该含氟环烯烃聚合物薄膜的一侧上进一步包含导电薄膜。
8、一种含氟环烯烃驻极体薄膜的制法，其包含下述步骤：
提供含氟环烯烃聚合物薄膜，其特征为具有接枝在环烯烃聚合物上的含氟烷基；
提供对-二甲基苯单体蒸气，其量足以包覆该含氟环烯烃聚合物薄膜；以及
在蒸发室中引进蒸气及该含氟环烯烃聚合物薄膜，将该蒸发室抽真空并调节到可使蒸气冷凝的温度，藉此使聚对-二甲基苯薄膜包覆该含氟环烯烃聚合物薄膜。
9、如权利要求10所述的制备方法，其中该聚对-二甲基苯薄膜包括至少一种聚对-二甲基苯N、聚对-二甲基苯D及聚对-二甲基苯C。
10、如权利要求10所述的制备方法，其中该聚对-二甲基苯薄膜包含具有氰基及二氰基取代基中的至少一种的对-二甲基苯或以氟原子及氯原子中的至少一种作为取代基的对-二甲基苯。
11、如权利要求10所述的制备方法，其中该聚对-二甲基苯薄膜具有约0.1至10μm的厚度。
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