CN103951967A - 绝缘耐高压薄膜材料 - Google Patents

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本发明涉及一种绝缘耐高压薄膜材料，由含有聚氨酯预聚物的分散液制备得到，所述含有聚氨酯预聚物的分散液是由聚氨酯预聚物、端羟基氢化聚丁二烯和聚烯丙胺树脂在离子表面活性剂的存在下形成的水分散液。本发明所述的绝缘耐高压薄膜材料不仅具有优异的电绝缘性，优良的力学性能；而且还具有低的介质损耗和高的电气强度，特别适用于电子或电气元件的绝缘耐高压薄膜材料，例如可以用于电容器或电池中。

Description

绝缘耐高压薄膜材料
技术领域
本发明涉及电气电子绝缘材料的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种绝缘耐高压薄膜材料。 
背景技术
绝缘材料在电气电子产品中是必不可少的材料。在各种电气电子领域中的元器件，例如：电容器、电池等，都需要使用绝缘材料，以保证元件能正常和安全的工作。绝缘耐高压薄膜是一种能够保证良好电绝缘性的薄膜，不仅需要具有通常高于1010Ω·cm的电阻率，而且还需要具有很高的击穿场强，而电子结构特点是禁带宽度大，此外为了用于高频绝缘，还要求材料具有低的介电损耗。绝缘耐高压薄膜大致可以分为无机和有机两个类型。其中，无机绝缘薄膜通常称为电介质薄膜，常用无机电介质薄膜主要有氧化硅、氮化硅、氧化铝以及氮化铝等，其通常可以通过物理气相沉积或者化学气相沉积等方法制备得到；而常用的有机绝缘薄膜材料主要有：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚乙烯以及聚偏二氟乙烯等。绝缘材料用作电绝缘薄膜时，除了需要具有耐击穿、高电阻率的特性外，还需要具有较低的介电常数低，以减少介质损耗；此外为了保证使用性能，还需要具有优异的耐化学溶剂性能和足够的拉伸强度。 
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种适用于电子或电气元件的绝缘耐高压薄膜材料。 
为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下： 
一种绝缘耐高压薄膜材料，由含有聚氨酯预聚物的分散液制备得到，其特征在于：所述含有聚氨酯预聚物的分散液是由聚氨酯预聚物、端羟基氢化聚丁二烯和聚烯丙胺树脂在离子表面活性剂的存在下形成的水分散液。 
其中，所述分散液中，所述聚氨酯预聚物的含量为10～12wt％，端羟基氢化聚丁二烯的含量为0.8～1.2wt％，聚烯丙胺树脂的含量为1.8～2.0wt％，离子表面活性剂的含量为0.5～2.5wt％和余量的水。 
其中，所述分散液的颗粒尺寸约为0.10～0.50微米。 
其中，所述聚氨酯预聚物由含有二异氰酸酯、聚醚多元醇、扩链剂和催化剂的组分制备得到。作为优选地，聚氨酯预聚物由含有22.0～27.5重量份的二异氰酸酯、15.0～17.5重量份的聚醚多元醇、7.5～8.5重量份的扩链剂和0.1～0.3重量份的催化剂制备得到。所述二异氰酸酯是选自MDI、TDI或二者的混合物。所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇，例如分子量为1000或2000的聚氧化丙烯二醇。其中，所述扩链剂选自乙二醇、二甘醇、丙二醇、二丙二醇、1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、1，5-戊二醇或乙二胺中的至少一种。所述催化剂选自三乙胺、二甲基环己胺、二辛酸亚锡、二辛酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡中的至少一种。此外，所述聚氨酯预聚物还包括另外可用的添加剂。所述的添加剂根据需要，例如还可以包括稳定剂、抗氧剂或阻燃剂等。 
与现有技术相比，本发明所述的绝缘耐高压薄膜材料具有以下突出的有益效果： 
本发明所述的绝缘耐高压薄膜材料不仅具有优异的电绝缘性，优良的力学性能；而且还具有低的介质损耗和高的电气强度，特别适用于电子或电气元件的绝缘耐高压薄膜材料，例如可以用于电容器或电池中。 
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明所述的绝缘耐高压薄膜材料做进一步的阐述，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解；需要指出的是实施例中有关材料以及性能等的描述都是示例性的，而并不是指对发明保护范围的限制。 
在以下实施例和比较例中： 
所述的聚氧化丙烯二醇的羟值为54～58mgKOH/g，酸值不高于0.10mgKOH/g(东大，DL-2000)。 
所述的表面活性剂是十二烷基磺酸钠的20％水溶液。 
所述端羟基氢化聚丁二烯的氢化度大于98％，羟基官能度为1.9，羟值为31mgKOH/g，分子量为3100(美国Sartomer公司，Krasol HLBH-P3000)。 
所述的聚烯丙胺树脂为PAA-01，分子量为1000(日本纺绩株式会社Nitto Boseki Co.Ltd.)。 
所述的二异氰酸酯为液化MDI产品(碳化二亚胺改性的MDI)。 
实施例1 
制备聚氨酯预聚物 
将15.8重量份聚氧化丙烯二醇和8.0重量份的份1，4-丁二醇混合，然后将混合物加热至40℃；然后，将该混合物与24.2重量份的MDI以及0.2重量份的二月桂酸二丁基锡混合；然后，将掺混物在80℃下加热3小时得到聚氨酯预聚物。 
制备分散液 
通过高剪切混合器在转速约为2000rpm的条件下旋转，将10重量份的聚氨酯预聚物、0.8重量份的端羟基氢化聚丁二烯、1.8重量份的聚烯丙胺树脂、1.5重量份的表面活性剂以及10重量份的去离子水进行混合；缓慢加入去离子水，直至观察到相反转；然后再加入剩余量的水(水的总量为85.9重量份)；得到的分散液中颗粒尺寸约为0.20微米。 
制备薄膜 
采用公知的方法将所述分散液浸渍到可分离的基板表面，然后在室温下放置3～5min，然后在80℃固化处理30min，之后冷却至室温，将得到的薄膜从可分离的基板表面即可得到所述的绝缘耐高压薄膜材料。所述薄膜材料的厚度可以通过调节浸渍的时间，以及分散液的浓度(可以加去离子水稀释所述分散液，或者在制备时提高所述分散液的浓度)，所述薄膜的厚度可以在10～1000微米之间。 
实施例2 
聚氨酯预聚物 
将15.8重量份聚氧化丙烯二醇和8.0重量份的份1，4-丁二醇混合，然后将混合物加热至40℃；然后，将该混合物与24.2重量份的MDI以及0.2重量份的二月桂酸二丁基锡混合；然后，将掺混物在80℃下加热3小时得到聚氨酯预聚物。 
制备分散液 
通过高剪切混合器在转速约为2000rpm的条件下旋转，将10重量份的聚氨酯预聚物、1.2重量份的端羟基氢化聚丁二烯、2.0重量份的聚烯丙胺树脂、1.8重量份的表面活性剂以及10重量份的去离子水进行混合；缓慢加入去离子水，直至观察到相反转；然后再加入剩余量的水(水的总量为85.0重量份)；得到的分散液中颗粒尺寸约为0.20微米。 
制备薄膜 
采用公知的方法将所述分散液浸渍到可分离的基板表面，然后在室温下放置3～5min，然后在80℃固化处理30min，之后冷却至室温，将得到的薄膜从可分离的基板表面即可得到所述的绝缘耐高压薄膜材料。所述薄膜材料的厚度可以通过调节浸渍的时间，以及分散液的浓度(可以加去离子水稀释所述分散液，或者在制备时提高所述分散液的浓度)，所述薄膜的厚度可以在10～1000微米之间。 
实施例3 
聚氨酯预聚物 
将17.5重量份聚氧化丙烯二醇和8.5重量份的份1，4-丁二醇混合，然后将混合物加热至50℃；然后，将该混合物与27.5重量份的MDI以及0.2重量份的二月桂酸二丁基锡混合；然后，将掺混物在80℃下加热3小时得到聚氨酯预聚物。 
制备分散液 
通过高剪切混合器在转速约为2000rpm的条件下旋转，将10重量份的聚氨酯预聚物、1.2重量份的端羟基氢化聚丁二烯、2.0重量份的聚烯丙胺树脂、1.8重量份的表面活性剂以及10重量份的去离子水进行混合；缓慢加入去离子水，直至观察到相反转；然后再加入剩余量的水(水的总量为85.0重量份)；得到的分散液中颗粒尺寸约为0.20微米。 
制备薄膜 
采用公知的方法将所述分散液浸渍到可分离的基板表面，然后在室温下放置3～5min，然后在80℃固化处理30min，之后冷却至室温，将得到的薄膜从可分离的基板表面即可得到所述的绝缘耐高压薄膜材料。所述薄膜材料的厚度可以通过调节浸渍的时间，以及分散液的浓度(可以加去离子水稀释所述分散液，或者在制备时提高所述分散液的浓度)，所述薄膜的厚度可以在10～1000微米之间。 
对比例1 
制备聚氨酯预聚物 
将15.8重量份聚氧化丙烯二醇和8.0重量份的份1，4-丁二醇混合，然后将混合物加热至40℃；然后，将该混合物与24.2重量份的MDI以及0.2重量份的二月桂酸二丁基锡混合； 然后，将掺混物在80℃下加热3小时得到聚氨酯预聚物。 
制备分散液 
通过高剪切混合器在转速约为2000rpm的条件下旋转，将10重量份的聚氨酯预聚物、0.8重量份的端羟基氢化聚丁二烯、1.5重量份的表面活性剂以及10重量份的去离子水进行混合；缓慢加入去离子水，直至观察到相反转；然后再加入剩余量的水(水的总量为87.7重量份)；得到的分散液中颗粒尺寸约为0.20微米。 
制备薄膜 
采用公知的方法将所述分散液浸渍到可分离的基板表面，然后在室温下放置3～5min，然后在80℃固化处理30min，之后冷却至室温，将得到的薄膜从可分离的基板表面即可得到所述的绝缘耐高压薄膜材料。所述薄膜材料的厚度可以通过调节浸渍的时间，以及分散液的浓度(可以加去离子水稀释所述分散液，或者在制备时提高所述分散液的浓度)，所述薄膜的厚度可以在10～1000微米之间。 
对比例2 
制备聚氨酯预聚物 
将15.8重量份聚氧化丙烯二醇和8.0重量份的份1，4-丁二醇混合，然后将混合物加热至40℃；然后，将该混合物与24.2重量份的MDI以及0.2重量份的二月桂酸二丁基锡混合；然后，将掺混物在80℃下加热3小时得到聚氨酯预聚物。 
制备分散液 
通过高剪切混合器在转速约为2000rpm的条件下旋转，将10重量份的聚氨酯预聚物、2.6重量份的端羟基氢化聚丁二烯、1.5重量份的表面活性剂以及10重量份的去离子水进行混合；缓慢加入去离子水，直至观察到相反转；然后再加入剩余量的水(水的总量为85.9重量份)；得到的分散液中颗粒尺寸约为0.20微米。 
制备薄膜 
采用公知的方法将所述分散液浸渍到可分离的基板表面，然后在室温下放置3～5min，然后在80℃固化处理30min，之后冷却至室温，将得到的薄膜从可分离的基板表面即可得到所述的绝缘耐高压薄膜材料。所述薄膜材料的厚度可以通过调节浸渍的时间，以及分散液的浓 度(可以加去离子水稀释所述分散液，或者在制备时提高所述分散液的浓度)，所述薄膜的厚度可以在10～1000微米之间。 
对比例3 
聚氨酯预聚物 
将15.8重量份聚氧化丙烯二醇和8.0重量份的份1，4-丁二醇混合，然后将混合物加热至40℃；然后，将该混合物与24.2重量份的MDI以及0.2重量份的二月桂酸二丁基锡混合；然后，将掺混物在80℃下加热3小时得到聚氨酯预聚物。 
制备分散液 
通过高剪切混合器在转速约为2000rpm的条件下旋转，将10重量份的聚氨酯预聚物、2.0重量份的聚烯丙胺树脂、1.8重量份的表面活性剂以及10重量份的去离子水进行混合；缓慢加入去离子水，直至观察到相反转；然后再加入剩余量的水(水的总量为86.2重量份)；得到的分散液中颗粒尺寸约为0.20微米。 
制备薄膜 
采用公知的方法将所述分散液浸渍到可分离的基板表面，然后在室温下放置3～5min，然后在80℃固化处理30min，之后冷却至室温，将得到的薄膜从可分离的基板表面即可得到所述的绝缘耐高压薄膜材料。所述薄膜材料的厚度可以通过调节浸渍的时间，以及分散液的浓度(可以加去离子水稀释所述分散液，或者在制备时提高所述分散液的浓度)，所述薄膜的厚度可以在10～1000微米之间。 
对比例4 
聚氨酯预聚物 
将15.8重量份聚氧化丙烯二醇和8.0重量份的份1，4-丁二醇混合，然后将混合物加热至40℃；然后，将该混合物与24.2重量份的MDI以及0.2重量份的二月桂酸二丁基锡混合；然后，将掺混物在80℃下加热3小时得到聚氨酯预聚物。 
制备分散液 
通过高剪切混合器在转速约为2000rpm的条件下旋转，将10重量份的聚氨酯预聚物、3.2重量份的聚烯丙胺树脂、1.8重量份的表面活性剂以及10重量份的去离子水进行混合；缓慢 加入去离子水，直至观察到相反转；然后再加入剩余量的水(水的总量为85.0重量份)；得到的分散液中颗粒尺寸约为0.20微米。 
制备薄膜 
采用公知的方法将所述分散液浸渍到可分离的基板表面，然后在室温下放置3～5min，然后在80℃固化处理30min，之后冷却至室温，将得到的薄膜从可分离的基板表面即可得到所述的绝缘耐高压薄膜材料。所述薄膜材料的厚度可以通过调节浸渍的时间，以及分散液的浓度(可以加去离子水稀释所述分散液，或者在制备时提高所述分散液的浓度)，所述薄膜的厚度可以在10～1000微米之间。 
对比例5 
制备聚氨酯预聚物 
将24.2重量份聚氧化丙烯二醇和8.0重量份的份1，4-丁二醇混合，然后将混合物加热至40℃；然后，将该混合物与15.8重量份的MDI以及0.2重量份的二月桂酸二丁基锡混合；然后，将掺混物在80℃下加热3小时得到聚氨酯预聚物。 
制备分散液 
通过高剪切混合器在转速约为2000rpm的条件下旋转，将10重量份的聚氨酯预聚物、1.5重量份的表面活性剂以及10重量份的去离子水进行混合；缓慢加入去离子水，直至观察到相反转；然后再加入剩余量的水(水的总量为88.5重量份)；得到的分散液中颗粒尺寸约为0.20微米。 
制备薄膜 
采用公知的方法将所述分散液浸渍到可分离的基板表面，然后在室温下放置3～5min，然后在80℃固化处理30min，之后冷却至室温，将得到的薄膜从可分离的基板表面即可得到所述的绝缘耐高压薄膜材料。所述薄膜材料的厚度可以通过调节浸渍的时间，以及分散液的浓度(可以加去离子水稀释所述分散液，或者在制备时提高所述分散液的浓度)，所述薄膜的厚度可以在10～1000微米之间。 
性能测试 
为了便于比较，各试样的膜厚均为50微米。 
表面电阻率的测量条件为23℃，50％RH下经24小时暴露后，试验电压为100V(试样厚度为50微米)。 
介质损耗因素试验时在试样上的交流电场强度为250V(试样厚度为50微米)。 
拉伸强度测试时，拉伸速度为100mm/min，标线间距为100mm。 
电气强度测试采用6mm直径电极，升压速度为500V/s。取10次试验的算术平均值作为试验结果。 
上述测试方法按照GB/T13542.2-2009的试验方法进行。测试结果如表1所示。 
表1 
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。 

Claims (8)

1.一种绝缘耐高压薄膜材料，由含有聚氨酯预聚物的分散液制备得到，其特征在于：所述含有聚氨酯预聚物的分散液是由聚氨酯预聚物、端羟基氢化聚丁二烯和聚烯丙胺树脂在离子表面活性剂的存在下形成的水分散液。
2.根据权利要求1所述的绝缘耐高压薄膜材料，其特征在于：所述分散液中聚氨酯预聚物的含量为10～12wt％，端羟基氢化聚丁二烯的含量为0.8～1.2wt％，聚烯丙胺树脂的含量为1.8～2.0wt％，离子表面活性剂的含量为0.5～2.5wt％和余量的去离子水。
3.根据权利要求1所述的绝缘耐高压薄膜材料，其特征在于：所述分散液的颗粒尺寸约为0.10～0.50微米。
4.根据权利要求1所述的绝缘耐高压薄膜材料，其特征在于：所述聚氨酯预聚物由含有二异氰酸酯、聚醚多元醇、扩链剂和催化剂的组分制备得到。
5.根据权利要求4所述的绝缘耐高压薄膜材料，其特征在于：所述聚氨酯预聚物由含有22.0～27.5重量份的二异氰酸酯、15.0～17.5重量份的聚醚多元醇、7.5～8.5重量份的扩链剂和0.1～0.3重量份的催化剂制备得到。
6.根据权利要求4所述的绝缘耐高压薄膜材料，其特征在于：所述二异氰酸酯是选自MDI、TDI或二者的混合物。
7.根据权利要求4所述的绝缘耐高压薄膜材料，其特征在于：所述聚醚多元醇为分子量为1000或2000的聚氧化丙烯二醇。
8.根据权利要求4所述的绝缘耐高压薄膜材料，其特征在于：所述聚氨酯预聚物还包括任选的添加剂，所述添加剂选自稳定剂、抗氧剂或阻燃剂中的至少一种。
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