用于電容器的無定形聚碳酸酯膜、制備方法、以及由其制造的制品的制作方法
【專利摘要】包含聚碳酸酯的單軸拉伸的擠出膜，其中所述膜具有至少一個(gè)具有第一表面和第二表面的無皺區(qū)，所述至少一個(gè)擠出的無皺區(qū)具有：大于0且小于7微米的厚度，和所述膜的厚度變化為所述膜厚度的+/-10%或更小，和表面粗糙度平均值小于所述膜平均厚度的+/-3%，通過光學(xué)表面光度法測得；并且進(jìn)一步其中所述膜具有：在1kHz和室溫的介電常數(shù)為至少2.7；在1kHz和室溫的耗散因子為1%或更?。缓蛽舸?qiáng)度為至少300伏特/微米。
【專利說明】用于電容器的無定形聚碳酸酯膜、制備方法、以及由其制造的制品
【背景技術(shù)】
[0001 ] 本發(fā)明涉及聚合物膜，特別地涉及用于制造電容器的無定形聚合物膜。
[0002]具有高體積能量密度、高操作溫度、和長壽命的靜電膜電容器是脈沖功率、汽車、 和工業(yè)電子制品的關(guān)鍵部件。電容器本質(zhì)上是能量儲(chǔ)存裝置，具有兩個(gè)平行的導(dǎo)電板，這兩個(gè)導(dǎo)電板由絕緣(介電)膜的薄層分開。當(dāng)橫越板施加電壓時(shí)，介電材料中的電場替代電荷，由此儲(chǔ)存能量。電容器所儲(chǔ)存的能量的量取決于絕緣材料的介電常數(shù)和擊穿電壓，以及膜的尺寸(總面積和厚度)，使得為了最大化電容器可積聚的能量的總量，膜的介電常數(shù)和擊穿電壓被最大化，且膜的厚度被最小化。因?yàn)殡娙萜髦薪殡姴牧系奈锢硖匦允请娙萜餍阅艿闹饕獩Q定性因素，電容器中介電材料的一種或多種物理性質(zhì)的改善可導(dǎo)致電容器部件的相應(yīng)性能改善，通常導(dǎo)致電子系統(tǒng)或內(nèi)含電子系統(tǒng)的產(chǎn)品的性能和壽命增強(qiáng)。
[0003]由雙軸取向的聚(丙烯)(BOPP)制得的靜電膜電容器已經(jīng)用于要求低耗散因子、 高絕緣電阻和低介電吸收的應(yīng)用，例如用于電器件，電子設(shè)備，烘箱和熔爐，冰箱，汽車，和家用設(shè)備。為約2.2的低介電常數(shù)(Dk)和約100°C的最大工作溫度限制了這些電容器在要求高操作溫度和/或高能量密度的應(yīng)用中的用途。聚(碳酸酯)(也稱為聚碳酸酯，或PC) 膜具有比BOPP膜(約3.0)高的介電常數(shù)和約125°C的較高的最大工作溫度。
[0004]因此，本領(lǐng)域仍需要新型膜以及它們的制備方法，可以制得具有極高純度和具有優(yōu)越電學(xué)性質(zhì)(特別是高擊穿強(qiáng)度和高介電常數(shù))的膜。如果這樣的膜可以在比BOPP膜高的溫度操作，則這是進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)一步需要制備這種膜的有效方法，該方法可修正為工業(yè)規(guī)模的方法。如果這樣的方法是環(huán)境友好的，則這是進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明涉及包含聚碳酸酯的單軸拉伸的擠出膜，其中所述膜具有至少一個(gè)具有第一表面和第二表面的無皺區(qū)，所述至少一個(gè)擠出的無皺區(qū)具有:大于0且小于7微米的厚度，和所述膜的厚度變化為所述膜厚度的+/-10%或更小，和表面粗糙度平均值小于所述膜平均厚度的+/_3%，通過光學(xué)表面光度法測得；并且進(jìn)一步其中所述膜具有:在IkHz和室溫的介電常數(shù)為至少2.7 ;在IkHz和室溫的耗散因子為1%或更?。缓蛽舸?qiáng)度為至少300伏特/微米。
[0006]也公開了包含以上組合物的制品。
[0007]在另一種實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及鍍金屬的單軸拉伸的擠出膜。
[0008]在另一種實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及由鍍金屬的單軸拉伸的擠出膜制備的電容器。
[0009]在另一種實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及電子制品，其包括由用纏繞的鍍金屬的單軸拉伸的擠出膜制備的電容器。
【具體實(shí)施方式】
[0010]發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有優(yōu)越性質(zhì)的用于靜電電容器的聚碳酸酯基底膜可以在無溶劑法中通過擠出制備。在出乎意料和重要的特征中，擠出的膜可以具有擊穿強(qiáng)度為至少300 伏特/微米的大的無皺區(qū)。無皺區(qū)足夠光滑和平坦，使得基底膜可以鍍金屬以得到在該區(qū)域上具有基本上均勻的擊穿強(qiáng)度的鍍金屬膜。
[0011 ] 特別地，無皺區(qū)的厚度為大于0且小于7微米，其中膜的厚度變化為所述膜平均厚度的±10%，膜的表面粗糙度小于所述膜平均厚度的3%。與現(xiàn)有技術(shù)膜相比，該膜提供電容器介電常數(shù)和介電擊穿強(qiáng)度兩者的增加，同時(shí)保留其它有利的物理和電學(xué)特性，例如撓性、 薄、和介電常數(shù)穩(wěn)定性。特別地，膜可以具有高電壓擊穿強(qiáng)度(至少300伏特/微米)，高介電常數(shù)(大于2.7)，和低耗散因子(小于1%)。膜和由膜制得的電容器因此可提供超過現(xiàn)有材料的優(yōu)點(diǎn)以及用于制造電子工業(yè)中所需部件的方法。特別的優(yōu)點(diǎn)是，該膜可以在工業(yè)規(guī)模上在無溶劑法中可靠地制造。從溶劑流延膜移除溶劑可能是困難的。本申請(qǐng)的擠出膜在沒有溶劑的情況下加工，可提供成本優(yōu)點(diǎn)和制造優(yōu)點(diǎn)兩者。在另一種實(shí)施方式中，擠出膜為大于0且小于或等于13微米。
[0012]在本申請(qǐng)中公開了各種數(shù)字范圍。因?yàn)檫@些范圍是連續(xù)的，它們包括最小值和最大值之間的每個(gè)值。除非另有明確指出，否則本申請(qǐng)指定的各數(shù)字范圍是近似值。表示相同組分或性質(zhì)的所有范圍的端點(diǎn)包括端點(diǎn)且可獨(dú)立組合。
[0013]除非另有指出，否則本申請(qǐng)的所有分子量是指重均分子量。所有這樣提及的分子量以道爾頓表示。
[0014]術(shù)語“一個(gè)”和“一種”不表示數(shù)量限制，而僅僅表示存在至少一種所指要素。如本申請(qǐng)使用，“其組合”包括所述要素中的一個(gè)或多個(gè)與任選的未提及的類似要素。整個(gè)說明書中提及的“一種實(shí)施方式”、“另一種實(shí)施方式”、“實(shí)施方式”、“一些實(shí)施方式”等指的是參考該實(shí)施方案描述的具體要素(如特征、結(jié)構(gòu)、性能和/或特性)包含在本申請(qǐng)描述的至少一種實(shí)施方式中，并且可能存或可能不存在于其它實(shí)施方案中。而且，應(yīng)該理解所描述的要素可以在各種實(shí)施方式中按任何適當(dāng)?shù)姆绞浇M合。
[0015]使用標(biāo)準(zhǔn)命名法描述化合物。例如，沒有被任何指定基團(tuán)取代的任何位置理解為其化合價(jià)由指定鍵或氫原子所填充。不是在兩個(gè)字母或符號(hào)之間的破折號(hào)(")用來表示取代基的連接點(diǎn)。例如，-CHO通過羰基基團(tuán)的碳連接。術(shù)語“烷基”包括具有指定數(shù)目碳原子的C1,支化的和直鏈的不飽和脂族烴基團(tuán)兩者。烷基的實(shí)例包括但不限于，甲基、 乙基、正丙基、異丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、仲戊基、正己基和仲己基、正庚基和仲庚基、以及正辛基和仲辛基。術(shù)語"芳基"表示包含指定數(shù)目碳原子的芳族部分，例如苯基、環(huán)庚二稀麗、卻滿基、或蔡基。
[0016]除非相反地指出，否則所有的ASTM測試均按照Annual Book of ASTM Standards 的2003版本所要求的進(jìn)行。
[0017]聚碳酸酯可以是聚碳酸酯均聚物或聚碳酸酯共聚物，如下進(jìn)一步描述。聚碳酸酯是具有碳酸酯重復(fù)結(jié)構(gòu)單元(I)的聚合物
[0018]
【權(quán)利要求】
1.包含聚碳酸酯的單軸拉伸的擠出膜，其中所述膜具有至少一個(gè)具有第一表面和第二表面的無皺區(qū)，所述至少一個(gè)擠出的無皺區(qū)具有:大于O且小于7微米的厚度，和所述膜的厚度變化為所述膜厚度的+/-10%或更小，和表面粗糙度平均值小于所述膜平均厚度的+/_3%，通過光學(xué)表面光度法測得；并且進(jìn)一步其中所述膜具有:在IkHz和室溫的介電常數(shù)為至少2.7 ；在IkHz和室溫的耗散因子為1%或更小；和擊穿強(qiáng)度為至少300伏特/微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的膜，其中所述聚碳酸酯是具有式(I)的碳酸酯重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的聚碳酸酯
3.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的膜，其中所述聚碳酸酯是均聚物。`
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的膜，其中所述聚碳酸酯是包含至少兩個(gè)不同R1部分的共聚碳酸酯。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的膜，其中所述膜的長度為至少10米，寬度為至少300毫米，所述膜的面積的至少80%是所述無皺區(qū)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的膜，其中所述膜的能量密度為至少3J/cc。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的膜，其中所述膜的長度為100至10，000米，寬度為300 至3，000毫米。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的膜，其中所述膜具有小于1，OOOppm的分子量小于250道爾頓的化合物。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的膜，其中所述膜具有小于50ppm的下述物質(zhì)的每一種: 招，1丐，鎂，鐵，鎳，鉀，猛，鑰，鈉，欽，和鋅。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的膜，其包含小于1000ppm的含氟化合物或含硅化合物的每一種。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的膜，其包含小于IOOppm的含氟化合物或含硅化合物的每一種。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的膜，其中當(dāng)在0.3米的距離而沒有放大的情況下觀察時(shí)，所述膜在至少3平方米的面積上沒有可看到的斑點(diǎn)或凝膠。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的膜，其中當(dāng)在50x的放大倍率觀察時(shí)，所述膜在至少3 平方米的面積上沒有可看到的孔穴。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的膜，其中所述無皺區(qū)的至少一個(gè)表面的粗糙度值Ra小于所述膜平均厚度的3%。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的膜，纏繞在滾筒上，其中所述滾筒沒有可看到的皺折或模線，當(dāng)在沒有放大的情況下在0.3米的距離觀察時(shí)。
16.包含根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的膜的制品。
17.包含權(quán)利要求16的膜的一部分的制品。
18.權(quán)利要求16或17的制品，其還包括沉積在所述無皺區(qū)的至少一部分上的導(dǎo)電金屬層。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的制品，其中所述導(dǎo)電金屬包括鋁，鋅，銅，或其組合。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的制品，其中所述導(dǎo)電金屬層的厚度為I至3000埃。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的制品，其中所述導(dǎo)電金屬層的電阻率為0.1至1000hm/Sq。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的制品，其中所述導(dǎo)電金屬層通過化學(xué)氣相沉積、高溫真空操作、或其組合沉積。
23.電容器，其包括根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的纏繞的鍍金屬的膜制品。
24.包括權(quán)利要求23的電容器的電子制品。
【文檔編號(hào)】C08J5/18GK103562263SQ201280021018
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月12日
【發(fā)明者】N.希爾維, Q.陳, G.S.鮑爾奇, J.A.馬胡德 申請(qǐng)人:沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料知識(shí)產(chǎn)權(quán)有限公司