[发明专利]一种二氧化钛聚芳醚腈杂化材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种二氧化钛聚芳醚腈杂化材料及其制备方法。二氧化钛聚芳醚腈杂化材料是由二氧化钛和聚芳醚腈组成的复合材料，两者之间以酞菁环为连接基团形成化学键连接在一起。二氧化钛聚芳醚腈杂化材料的制备方法是将纳米二氧化钛用双氧水处理，使其表面形成大量羟基，然后再与4‑硝基邻苯二甲腈反应得到邻苯二甲腈接枝的二氧化钛，之后将邻苯二甲腈接枝的二氧化钛与邻苯二甲腈封端的聚芳醚腈进行复合并加工成型，最后在高温下使邻苯二甲腈接枝的二氧化钛表面的邻苯二甲腈和封端聚芳醚腈末端的邻苯二甲腈基团进行后固化交联反应，形成酞菁环从而得到二氧化钛聚芳醚腈杂化材料。本发明的二氧化钛聚芳醚腈杂化材料中的二氧化钛可以均匀的分散在聚芳醚腈基体中。二氧化钛聚芳醚腈杂化材的玻璃化转变温度在200℃以上，拉伸强度大于80MPa，介电常数在1kHz下大于10.0。

技术领域

本发明涉及一种二氧化钛聚芳醚腈杂化材料及其制备方法，属于耐高温高分子材料制造领域。该二氧化钛聚芳醚腈杂化材料可以作为耐高温电介质应用于高温储能领域。

背景技术

聚芳醚腈(polyarylene ether nitriles,PEN)是一类主链含芳醚键，侧链含有腈基，结构规整的线性半晶型高分子。通过2,6-二氯苯甲腈或2,6-二氟苯甲腈与二元酚在非质子极性溶剂中以碳酸钾等为催化剂作用下，经过亲核取代逐步聚合反应可以得到聚芳醚腈。通过改变二元酚的结构，可以得到一系列不同结构与性能的聚芳醚腈。聚芳醚腈由于主链上具有大量的C≡N侧基，而且C≡N处于苯环的一侧，具有强烈偶极矩，因而也具有高的介电常数。通常聚芳醚腈均聚物的介电常数在4.0～4.8之间，是聚丙烯的两倍。聚芳醚腈的高介电常数特性使得它很适合用作介电储能薄膜材料。

虽然聚芳醚腈的介电常数较大部分商业化聚合物要高，但是对于制备高储能密度的电容器来说仍然是不够的。二氧化钛是一种白色固体或粉末状的两性氧化物。它是一种白色无机颜料，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被认为是现今世界上性能最好的一种白色颜料。其被广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。除此之外，二氧化钛的介电常数较高，因此具有优良的电学性能。将将聚芳醚腈与二氧化钛进行复合可以进一步提高聚合物的介电常数。然而，二氧化钛与聚芳醚腈之间的相容性能较差，直接复合之后所得到的复合材料会出现不相容使介电损耗也明显增大，这个缺点决定了直接利用这类材料难以达到电容器质量轻、体积小、储能密度高的要求。

研究显示二氧化钛与聚芳醚腈直接复合之后所得到的复合材料介电损耗明显增大是由于两者分别为无机物和有机物，难以相容，两者之间容易形成大的界面，从而导致界面极化。如果可以利用共价键使二氧化钛与聚芳醚腈直接连接在一起，则可以有效的减少两者之间的不相容，从而降低介电损耗。前期研究显示封端聚芳醚腈末端的邻苯二甲腈在高温下可以发生自交联反应。如果在二氧化钛表面接上邻苯二甲腈基团，则可以与封端聚芳醚腈末端的邻苯二甲腈一起反应从而使两者形成杂化材料，进而避免界面的存在。因此本发明提出制备新型的二氧化钛聚芳醚腈杂化材料以解决二氧化钛与聚芳醚腈直接混合后介电损耗过高的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有聚芳醚腈介电常数不高及聚芳醚腈直接与高介电常数填料复合时容易导致介电损耗过高的不足，提供一种可制备高介电常数并且保持较低介电损耗的高性能耐热二氧化钛聚芳醚腈杂化材料及其制造方法，解决聚芳醚腈在耐温、高性能、高介电领域不可长期使用的问题，拓宽聚芳醚腈的应用范围。具体为，将二氧化钛进行表面羟基化，然后接枝上邻苯二甲腈基团，最后使其表面的邻苯二甲腈基团与封端聚芳醚腈末端的邻苯二甲腈基团一起进行后固化反应得到相应的二氧化钛聚芳醚腈杂化材料。

所述的二氧化钛聚芳醚腈杂化材料及其制备方法，其特征在于：二氧化钛聚芳醚腈杂化材料是由二氧化钛和聚芳醚腈组成的复合材料，两者之间以酞菁环为连接基团形成化学键连接在一起。

所述的二氧化钛聚芳醚腈杂化材料及其制备方法，其特征在于：其制备方法步骤以下：