用于电容器的无定形聚碳酸酯膜、制备方法、以及由其制造的制品的制作方法
【专利摘要】包含聚碳酸酯的单轴拉伸的挤出膜，其中所述膜具有至少一个具有第一表面和第二表面的无皱区，所述至少一个挤出的无皱区具有：大于0且小于7微米的厚度，和所述膜的厚度变化为所述膜厚度的+/-10%或更小，和表面粗糙度平均值小于所述膜平均厚度的+/-3%，通过光学表面光度法测得；并且进一步其中所述膜具有：在1kHz和室温的介电常数为至少2.7；在1kHz和室温的耗散因子为1%或更小；和击穿强度为至少300伏特/微米。
【专利说明】用于电容器的无定形聚碳酸酯膜、制备方法、以及由其制造的制品
【背景技术】
[0001 ] 本发明涉及聚合物膜，特别地涉及用于制造电容器的无定形聚合物膜。
[0002]具有高体积能量密度、高操作温度、和长寿命的静电膜电容器是脉冲功率、汽车、 和工业电子制品的关键部件。电容器本质上是能量储存装置，具有两个平行的导电板，这两个导电板由绝缘(介电)膜的薄层分开。当横越板施加电压时，介电材料中的电场替代电荷，由此储存能量。电容器所储存的能量的量取决于绝缘材料的介电常数和击穿电压，以及膜的尺寸(总面积和厚度)，使得为了最大化电容器可积聚的能量的总量，膜的介电常数和击穿电压被最大化，且膜的厚度被最小化。因为电容器中介电材料的物理特性是电容器性能的主要决定性因素，电容器中介电材料的一种或多种物理性质的改善可导致电容器部件的相应性能改善，通常导致电子系统或内含电子系统的产品的性能和寿命增强。
[0003]由双轴取向的聚(丙烯)(BOPP)制得的静电膜电容器已经用于要求低耗散因子、 高绝缘电阻和低介电吸收的应用，例如用于电器件，电子设备，烘箱和熔炉，冰箱，汽车，和家用设备。为约2.2的低介电常数(Dk)和约100°C的最大工作温度限制了这些电容器在要求高操作温度和/或高能量密度的应用中的用途。聚(碳酸酯)(也称为聚碳酸酯，或PC) 膜具有比BOPP膜(约3.0)高的介电常数和约125°C的较高的最大工作温度。
[0004]因此，本领域仍需要新型膜以及它们的制备方法，可以制得具有极高纯度和具有优越电学性质(特别是高击穿强度和高介电常数)的膜。如果这样的膜可以在比BOPP膜高的温度操作，则这是进一步的优点。进一步需要制备这种膜的有效方法，该方法可修正为工业规模的方法。如果这样的方法是环境友好的，则这是进一步的优点。
【发明内容】
[0005]本发明涉及包含聚碳酸酯的单轴拉伸的挤出膜，其中所述膜具有至少一个具有第一表面和第二表面的无皱区，所述至少一个挤出的无皱区具有:大于0且小于7微米的厚度，和所述膜的厚度变化为所述膜厚度的+/-10%或更小，和表面粗糙度平均值小于所述膜平均厚度的+/_3%，通过光学表面光度法测得；并且进一步其中所述膜具有:在IkHz和室温的介电常数为至少2.7 ;在IkHz和室温的耗散因子为1%或更小；和击穿强度为至少300伏特/微米。
[0006]也公开了包含以上组合物的制品。
[0007]在另一种实施方式中，本发明涉及镀金属的单轴拉伸的挤出膜。
[0008]在另一种实施方式中，本发明涉及由镀金属的单轴拉伸的挤出膜制备的电容器。
[0009]在另一种实施方式中，本发明涉及电子制品，其包括由用缠绕的镀金属的单轴拉伸的挤出膜制备的电容器。
【具体实施方式】
[0010]发明人已经发现，具有优越性质的用于静电电容器的聚碳酸酯基底膜可以在无溶剂法中通过挤出制备。在出乎意料和重要的特征中，挤出的膜可以具有击穿强度为至少300 伏特/微米的大的无皱区。无皱区足够光滑和平坦，使得基底膜可以镀金属以得到在该区域上具有基本上均匀的击穿强度的镀金属膜。
[0011 ] 特别地，无皱区的厚度为大于0且小于7微米，其中膜的厚度变化为所述膜平均厚度的±10%，膜的表面粗糙度小于所述膜平均厚度的3%。与现有技术膜相比，该膜提供电容器介电常数和介电击穿强度两者的增加，同时保留其它有利的物理和电学特性，例如挠性、 薄、和介电常数稳定性。特别地，膜可以具有高电压击穿强度(至少300伏特/微米)，高介电常数(大于2.7)，和低耗散因子(小于1%)。膜和由膜制得的电容器因此可提供超过现有材料的优点以及用于制造电子工业中所需部件的方法。特别的优点是，该膜可以在工业规模上在无溶剂法中可靠地制造。从溶剂流延膜移除溶剂可能是困难的。本申请的挤出膜在没有溶剂的情况下加工，可提供成本优点和制造优点两者。在另一种实施方式中，挤出膜为大于0且小于或等于13微米。
[0012]在本申请中公开了各种数字范围。因为这些范围是连续的，它们包括最小值和最大值之间的每个值。除非另有明确指出，否则本申请指定的各数字范围是近似值。表示相同组分或性质的所有范围的端点包括端点且可独立组合。
[0013]除非另有指出，否则本申请的所有分子量是指重均分子量。所有这样提及的分子量以道尔顿表示。
[0014]术语“一个”和“一种”不表示数量限制，而仅仅表示存在至少一种所指要素。如本申请使用，“其组合”包括所述要素中的一个或多个与任选的未提及的类似要素。整个说明书中提及的“一种实施方式”、“另一种实施方式”、“实施方式”、“一些实施方式”等指的是参考该实施方案描述的具体要素(如特征、结构、性能和/或特性)包含在本申请描述的至少一种实施方式中，并且可能存或可能不存在于其它实施方案中。而且，应该理解所描述的要素可以在各种实施方式中按任何适当的方式组合。
[0015]使用标准命名法描述化合物。例如，没有被任何指定基团取代的任何位置理解为其化合价由指定键或氢原子所填充。不是在两个字母或符号之间的破折号(")用来表示取代基的连接点。例如，-CHO通过羰基基团的碳连接。术语“烷基”包括具有指定数目碳原子的C1,支化的和直链的不饱和脂族烃基团两者。烷基的实例包括但不限于，甲基、 乙基、正丙基、异丙基、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。术语"芳基"表示包含指定数目碳原子的芳族部分，例如苯基、环庚二稀丽、却满基、或蔡基。
[0016]除非相反地指出，否则所有的ASTM测试均按照Annual Book of ASTM Standards 的2003版本所要求的进行。
[0017]聚碳酸酯可以是聚碳酸酯均聚物或聚碳酸酯共聚物，如下进一步描述。聚碳酸酯是具有碳酸酯重复结构单元(I)的聚合物
[0018]
【权利要求】
1.包含聚碳酸酯的单轴拉伸的挤出膜，其中所述膜具有至少一个具有第一表面和第二表面的无皱区，所述至少一个挤出的无皱区具有:大于O且小于7微米的厚度，和所述膜的厚度变化为所述膜厚度的+/-10%或更小，和表面粗糙度平均值小于所述膜平均厚度的+/_3%，通过光学表面光度法测得；并且进一步其中所述膜具有:在IkHz和室温的介电常数为至少2.7 ；在IkHz和室温的耗散因子为1%或更小；和击穿强度为至少300伏特/微米。
2.根据权利要求1的膜，其中所述聚碳酸酯是具有式(I)的碳酸酯重复结构单元的聚碳酸酯
3.根据前述权利要求任一项的膜，其中所述聚碳酸酯是均聚物。`
4.根据前述权利要求任一项的膜，其中所述聚碳酸酯是包含至少两个不同R1部分的共聚碳酸酯。
5.根据前述权利要求任一项的膜，其中所述膜的长度为至少10米，宽度为至少300毫米，所述膜的面积的至少80%是所述无皱区。
6.根据前述权利要求任一项的膜，其中所述膜的能量密度为至少3J/cc。
7.根据前述权利要求任一项的膜，其中所述膜的长度为100至10，000米，宽度为300 至3，000毫米。
8.根据前述权利要求任一项的膜，其中所述膜具有小于1，OOOppm的分子量小于250道尔顿的化合物。
9.根据前述权利要求任一项的膜，其中所述膜具有小于50ppm的下述物质的每一种: 招，1丐，镁，铁，镍，钾，猛，钥，钠，钦，和锌。
10.根据前述权利要求任一项的膜，其包含小于1000ppm的含氟化合物或含硅化合物的每一种。
11.根据前述权利要求任一项的膜，其包含小于IOOppm的含氟化合物或含硅化合物的每一种。
12.根据前述权利要求任一项的膜，其中当在0.3米的距离而没有放大的情况下观察时，所述膜在至少3平方米的面积上没有可看到的斑点或凝胶。
13.根据前述权利要求任一项的膜，其中当在50x的放大倍率观察时，所述膜在至少3 平方米的面积上没有可看到的孔穴。
14.根据前述权利要求任一项的膜，其中所述无皱区的至少一个表面的粗糙度值Ra小于所述膜平均厚度的3%。
15.根据前述权利要求任一项的膜，缠绕在滚筒上，其中所述滚筒没有可看到的皱折或模线，当在没有放大的情况下在0.3米的距离观察时。
16.包含根据前述权利要求任一项的膜的制品。
17.包含权利要求16的膜的一部分的制品。
18.权利要求16或17的制品，其还包括沉积在所述无皱区的至少一部分上的导电金属层。
19.根据前述权利要求任一项的制品，其中所述导电金属包括铝，锌，铜，或其组合。
20.根据前述权利要求任一项的制品，其中所述导电金属层的厚度为I至3000埃。
21.根据前述权利要求任一项的制品，其中所述导电金属层的电阻率为0.1至1000hm/Sq。
22.根据前述权利要求任一项的制品，其中所述导电金属层通过化学气相沉积、高温真空操作、或其组合沉积。
23.电容器，其包括根据前述权利要求任一项的缠绕的镀金属的膜制品。
24.包括权利要求23的电容器的电子制品。
【文档编号】C08J5/18GK103562263SQ201280021018
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2012年5月11日 优先权日:2011年5月12日
【发明者】N.希尔维, Q.陈, G.S.鲍尔奇, J.A.马胡德 申请人:沙伯基础创新塑料知识产权有限公司