介电组合物、介电膜和电容器的制作方法

1.本公开涉及介电组合物、介电膜和电容器，并且更具体地涉及包含聚合物的介电组合物、介电膜和电容器。


背景技术：

2.专利文献1描述了一种膜电容器元件。膜电容器元件包括通过至少将包括聚脲膜在内的介电体膜层和金属蒸镀膜层层叠而获得的层叠体。
3.为了在不改变介电体膜层(dielectric membrane layer)中介电体的类型的情况下提高专利文献1中描述的膜电容器元件的电容，必须减小介电体膜层的厚度。然而，在减小介电体膜层的厚度方面的加工难度水平较高，并且减小介电体膜层的厚度可能容易导致绝缘击穿。
4.专利文献1将聚脲描述为具有高电容率的介电体。然而，聚脲包含由化学结构式(1)表示的酰胺键。酰胺键的分解产生胺。胺在金属上的吸附可能导致对金属的腐蚀，因此介电体优选地不包含酰胺键。
5.[式1]
[0006][0007]
引用清单
[0008]
专利文献
[0009]
专利文献1：jp 2016-8323a


技术实现要素：

[0010]
本发明的一个目的是提供不包含酰胺键并且具有高电容率的介电组合物、介电膜和电容器。
[0011]
根据本公开的一个方面的介电组合物包含聚合物，所述聚合物的重复单元包括至少一个杂环和至少一个羰基的单元结构。
[0012]
根据本公开的一个方面的介电膜包含所述介电组合物。
[0013]
根据本公开的一个方面的电容器包括所述介电膜。
附图说明
[0014]
图1是根据本实施方案的一种电容器的示意图。
具体实施方式
[0015]
(实施方案)
[0016]
(1)概要
[0017]
近年来，随着电动汽车(ev)和混合动力汽车的普及，负责电动机控制的逆变器也需要减小尺寸，因此，作为逆变器中包括的部件的电容器比如膜电容器也需要减小尺寸。
[0018]
用于减小电容器尺寸同时保持电容器性能的方法的实例包括：减小介电层比如介电膜的厚度，和制作具有高电容率的物质的介电层。
[0019]
在减小介电层的厚度方面的加工难度水平较高，并且减小介电层的厚度容易导致绝缘击穿。与此相比，制作具有高电容率的物质的介电层可以在介电层的厚度不减小或几乎不减小的情况下提高介电层的电容率，并且可以由此提高电容器的电容，此外，由于介电层的厚度不减小或几乎不减小而不易发生绝缘击穿。
[0020]
本公开提供了一种不包含酰胺键并且具有比常规聚合物的电容率(约为2.0至3.0)高的电容率(大于或等于3.5)的介电组合物。本公开还提供了：一种在介电膜的厚度几乎不减小的情况下提高电容器的电容的介电膜；和一种包括所述介电膜的电容器。
[0021]
根据本实施方案的介电组合物包含聚合物(其在下文中可以被称为聚合物(p))，所述聚合物的重复单元包括至少一个杂环和至少一个羰基的单元结构。这提供了在单元结构中包括少量亚甲基(-ch
2-)并且在单元结构中包括大量氧元素(o)和氮元素(n)的聚合物(p)，由此提高了包含聚合物(p)的介电组合物的电容率。
[0022]
根据本实施方案的介电膜包含根据本实施方案的介电组合物。这提供了具有高电容率的膜。
[0023]
根据本实施方案的电容器包括根据本实施方案的介电膜。因此，为了在电极之间形成介电层，可以使用具有高电容率的介电膜，其容易在介电层的厚度不减小或几乎不减小的情况下提高电容器的电容。介电层优选地不包含酰胺键，因为酰胺键是一种产生促进腐蚀的胺的结构。根据本实施方案的电容器在介电层中不包含酰胺键，不易腐蚀，因此适合作为车载电容器。
[0024]
(2)细节
[0025]
(2.1)介电组合物
[0026]
根据本实施方案的介电组合物包含聚合物(p)，所述聚合物(p)的重复单元的单元结构包含至少一个杂环和至少一个羰基。也就是说，聚合物(p)的单元结构包含一个或多个杂环和一个或多个羰基，并且具有作为重复结构的所述单元结构。因此，聚合物(p)是一种杂环化合物。
[0027]
杂环是一种包含至少两种不同元素的环。杂环中包含的元素的实例包括碳、氮、氧和硫。在这些元素中，杂环中优选地包含氮元素以得到具有高电容率的介电组合物。也就是说，单元结构包括氮杂环。此外，杂环可以是三元环、四元环、五元环、六元环或者七元或更多元的环。在这些环中，对于杂环来说，五元环或六元环是优选的，以稳定地得到具有高电容率的介电组合物。
[0028]
羰基是一种具有由-c(＝o)-所示的结构的官能团。
[0029]
包括至少一个杂环和至少一个羰基的单元结构优选地包括至少一种化学结构，所述至少一种化学结构包括杂环和与所述杂环结合的羰基。也就是说，包括至少一个杂环和至少一个羰基的单元结构优选地具有包括彼此直接结合的杂环和羰基的化学结构。在此情况下，稳定地得到具有高电容率的介电组合物。
[0030]
在包括彼此直接结合的杂环和羰基的化学结构中，杂环和羰基之间不存在其他元
素，并且杂环中包含的元素(例如碳)和羰基中的碳原子彼此化学结合。包括彼此直接结合的杂环和羰基的化学结构由例如以下化学结构式(a)、(b)、(c1)、(c2)、(d1)或(d3)表示。在化学结构式(a)、(b)、(c1)、(c2)、(d1)和(d3)中的每一个中，杂环中包含的碳原子和羰基的碳原子彼此化学结合。
[0031]
在包括彼此不直接结合的杂环和羰基的化学结构中，杂环和羰基之间存在其他元素(例如氧)，并且杂环中包含的元素(例如碳)和羰基中的碳原子经由其他元素彼此化学结合。包括彼此不直接结合的杂环和羰基的化学结构由例如以下化学结构式(d2)或(d4)表示。在化学结构式(d2)和(d4)中的每一个中，杂环中包含的碳原子和羰基的碳原子经由氧原子彼此化学结合。
[0032]
以下示出化学结构式(a)、(b)、(c1)、(c2)、(d1)、(d2)、(d3)和(d4)。
[0033]
[式2]
[0034]
[0035][0036]
其中，在化学结构式(c1)和(c2)中的每一个中，m是大于或等于0且小于或等于6的整数。此外，在化学结构式(d1)、(d2)、(d3)和(d4)中的每一个中，m是大于或等于0且小于或等于5的整数。在此情况下，稳定地得到具有高电容率的介电组合物。
[0037]
表1至4示出了根据本实施方案的介电组合物的实施例1至32。在各表格的“化学结构式”栏中，示出了各实施例中的介电组合物中包含的聚合物(p)的化学结构式。在各表格的“分子量”栏中，示出了各实施例中的介电组合物中包含的聚合物(p)的分子量。分子量通过彼此组合地使用凝胶过滤色谱“gpc hfip-805”(由showa denko k.k.制造)和差示折射仪“2414ri检测器”(由nihon waters k.k.制造)来获得。在分子量的测量程序中，首先将各介电组合物溶解于六氟丙醇溶液中，并且使溶液通过凝胶过滤色谱。然后，使通过凝胶过滤色谱的溶液流动到差示折射仪中以得到输出，并且根据输出计算分子量范围。在本公开中，用于测量分子量的方法不限于上述方法。在各表格的“电容率”栏中，示出了各实施例的介电组合物的电容率。
[0038]
采用如下所述的电容率测量方法。使用参数分析仪“hp4284a”(由hewlett-packard company制造)。在测量程序中，形成各实施例的介电组合物的膜，由此形成介电膜。介电膜具有2.3μm至3.0μm的厚度和0.9kv的击穿电压。然后，将铝气相沉积到介电膜的两个表面上，由此形成电极(厚度：50nm)，随后，通过通过参数分析仪在室温(25℃)并且以1khz的频率得到电容率(相对电容率)。在本公开中，用于测量电容率的方法不限于上述方法。
[0039]
在其中示出实施例编号的栏中，示出了各聚合物(p)所具有的化学结构的类型(化学结构式(a)、(b)、(c1)、(c2)和(d1)至(d4))和m的值。
[0040]
[表1]
[0041]
[0042][0043]
[表2]
[0044]
[0045][0046]
[表3]
[0047]
[0048][0049]
[表4]
[0050]
[0051]
根据本实施方案的介电组合物包含聚合物(p)作为主要组分，并且聚合物(p)的含量优选地大于或等于介电组合物的总量的90重量％。在此情况下，例如，容易形成具有高电容率的介电膜。在根据本实施方案的介电组合物中，聚合物(p)的含量更优选地大于或等于介电组合物的总量的95重量％。除了聚合物(p)以外，根据本实施方案的介电组合物还可以包含溶剂比如水、聚合引发剂、固化剂等。
[0052]
根据本实施方案的介电组合物可以包含两种以上类型的聚合物(p)，所述两种以上类型的聚合物(p)各自结构具有由化学结构式(a)、(b)、(c1)、(c2)、(d1)、(d2)、(d3)或(d4)中任一个表示的单元结构。也就是说，根据本实施方案的介电组合物可以包含具有不同化学结构的多种类型的聚合物(p)。在此情况下，介电组合物的电容率是可调节的。
[0053]
以下示出具有由化学结构式(a)表示的单元结构作为重复单元的聚合物(pa)的合成路线。在此情况下，聚合物(pa)可以通过单体(ma)的酯聚合来合成。
[0054]
[式3]
[0055][0056]
以下示出具有由化学结构式(b)表示的单元结构作为重复单元的聚合物(pb)的合成路线。在此情况下，由单体(mb)得到中间单体(mb-1)，然后由中间单体(mb-1)得到中间单体(mb-2)，并且中间单体(mb-2)进行酯聚合，由此合成聚合物(pb)。
[0057]
[式4]
[0058][0059][0060]
以下示出具有由化学结构式(c1)表示的单元结构作为重复单元的聚合物(pc1)的合成路线。在此情况下(在m≠0的情况下)，可以使单体(mc1)聚合，由此合成聚合物(pc1)。
[0061]
[式5]
[0062][0063]
在m＝0的情况下，具有由化学结构式(c1)表示的单元结构作为重复单元的聚合物(pc1)可以通过[式6]的合成路线来合成。
[0064]
[式6]
[0065][0066]
以下示出具有由化学结构式(c2)表示的单元结构作为重复单元的聚合物(pc2)的合成路线。在此情况下(在m≠0的情况下)，可以使单体(mc2)聚合，由此合成聚合物(pc2)。
[0067]
[式7]
[0068][0069]
在m＝0的情况下，具有由化学结构式(c2)表示的单元结构作为重复单元的聚合物(pc2)可以通过[式8]的合成路线来合成。
[0070]
[式8]
[0071][0072]
以下示出具有由化学结构式(d1)表示的单元结构作为重复单元的聚合物(pd1)的合成路线。在此情况下(在m≠0的情况下)，由单体(md1)得到中间单体(md1-1)，然后由中间单体(md1-1)得到中间单体(md1-2)，之后由中间单体(md1-2)得到中间单体(md1-3)，并且中间单体(md1-3)进行酯聚合，由此合成聚合物(pd1)。
[0073]
[式9]
[0074][0075]
以下示出具有由化学结构式(d2)表示的单元结构作为重复单元的聚合物(pd2)的合成路线。在此情况下(在m≠0的情况下)，由单体(md2)得到中间单体(md2-1)，并且中间单体(md2-1)进行酯聚合，由此合成聚合物(pd2)。
[0076]
[式10]
[0077][0078]
在m＝0的情况下，具有分别由化学结构式(d1)或(d2)表示的单元结构作为重复单元的聚合物(pd1)或(pd2)可以通过由[式11]表示的合成路线来制备。注意，在m＝0的情况下，pd1和pd2是相同的聚合物。
[0079]
[式11]
[0080][0081]
以下示出具有由化学结构式(d3)表示的单元结构作为重复单元的聚合物(pd3)的合成路线。在此情况下(在m≠0的情况下)，在盐酸水溶液的存在下引起单体(md3)的反应而得到中间单体(md3-1)，然后中间单体(md3-1)进行酯聚合，由此合成聚合物(pd3)。
[0082]
[式12]
[0083][0084][0085]
以下示出具有由化学结构式(d4)表示的单元结构作为重复单元的聚合物(pd4)的合成路线。在此情况下(在m≠0的情况下)，可以进行单体(md4)的酯聚合，由此合成聚合物(pd4)。
[0086]
[式13]
[0087][0088]
在m＝0的情况下，具有分别由化学结构式(d3)或(d4)表示的单元结构作为重复单元的聚合物(pd3)或(pd4)可以通过由[式13]表示的合成路线来制备。注意，当m＝0时，pd3和pd4是相同的聚合物。
[0089]
[式14]
[0090][0091]
(2.2)介电膜
[0092]
根据本实施方案的介电膜包含根据本实施方案的介电组合物。因此，根据本实施方案的介电膜包含聚合物(p)，因此，介电膜具有高电容率。根据本实施方案的介电膜可以通过将根据本实施方案的介电组合物干燥固化来形成。
[0093]
根据本实施方案的介电膜可以通过各种方法形成膜。例如，将包含根据本实施方案的介电组合物的树脂溶液涂布至载体膜，然后干燥固化，由此形成根据本实施方案的介电膜。在此情况下，可以使用水等作为溶剂。此外，作为载体膜，可以使用具有高剥离性的膜，比如pet膜。另外，可以在干燥固化期间进行加热。
[0094]
根据本实施方案的介电膜可以通过例如将根据本实施方案的介电组合物挤出成型而成型为膜。
[0095]
根据本实施方案的介电膜根据使用目的形成适当的厚度。例如，当介电膜要形成电容器的介电层时，厚度优选地大于或等于1.0μm且小于或等于6.0μm，更优选大于或等于2.3μm且小于或等于3.0μm。此外，当介电膜要形成电容器的介电层时，击穿电压优选地高于或等于0.9kv。
[0096]
(2.3)电容器
[0097]
根据本实施方案的电容器10包括根据本实施方案的介电膜1。电容器10包括介电膜1作为介电层。因此，电容器10被形成为使得介电膜1设置在一对电极2之间(参见图1)。电极2可以是通过金属的气相沉积形成的薄电极层，或者可以是金属箔。电极2中包含的金属的实例包括铝、锌、铜、锡以及它们的合金，并且优选地使用铝或铝合金。
[0098]
电容器10的电容随着电极面积增大而增加。此外，电容器10的电容随着介电层的电容率增大而增加以及随着电极之间的距离减小而增加。根据本实施方案的电容器10包括具有增加的电容率的介电膜1，因此具有增加的电容。
[0099]
(3)变化方案
[0100]
实施方案仅是本公开的各个实施方案的示例。可以根据设计等对实施方案进行多种改变，只要实现本公开的目的即可。
[0101]
根据本实施方案的介电组合物或介电膜被配置为形成介电体镜。也就是说，在玻璃衬底上形成根据本实施方案的介电组合物或介电膜的多个层，由此形成包括多个层叠介电层的介电体镜。
[0102]
根据本实施方案的介电组合物或介电膜被配置为形成导热构件。也就是说，根据本实施方案的介电组合物或介电膜可以形成为从发热部件比如电动机、发电机和变压器传导热量的构件，从而改善热从发热部件的消散。
[0103]
根据本实施方案的介电组合物或介电膜被配置为形成印刷线路板中包括的绝缘层。也就是说，可以形成包括根据本实施方案的介电组合物或介电膜的树脂衬底，并且在树脂衬底的表面上可以形成导体，由此提供印刷线路板。
[0104]
根据本实施方案的电容器10可以是卷绕型或层叠型。卷绕型电容器通过例如将介电膜置于作为内部电极的金属箔上并且将介电膜和金属箔卷起来形成卷的形式。层叠型电容器通过例如将作为内部电极的金属箔与介电膜彼此交替地层叠来形成。
[0105]
对于根据本实施方案的电容器10来说，形成介电组合物的膜，然后，可以在同一步骤中进行使膜中的聚合物的聚合和在膜上通过气相沉积金属而形成电极。在此情况下，可以高效地进行由膜形成介电膜和形成气相沉积电极。
[0106]
(概述)
[0107]
如以上所说明的，根据第一方面的介电组合物包含聚合物，所述聚合物具有包括至少一个杂环和至少一个羰基的单元结构的重复单元。
[0108]
在此方面，得到在单元结构中包含少量亚甲基(-ch
2-)并且在单元结构中包含大量氧元素(o)和氮元素(n)的聚合物(p)，因此，此方面提供了容易得到具有高电容率的介电组合物的优点。
[0109]
在涉及第一方面的第二方面的介电组合物中，所述至少一个杂环包含氮元素。
[0110]
此方面提供了容易得到具有高电容率的介电组合物的优点。
[0111]
在涉及第一或第二方面的第三方面的介电组合物中，所述单元结构包括至少一种化学结构，所述至少一种化学结构包括所述至少一个杂环和与所述至少一个杂环结合的所述至少一个羰基。
[0112]
此方面提供了容易得到具有高电容率的介电组合物的优点。
[0113]
在涉及第三方面的第四方面的介电组合物中，所述至少一种化学结构包括由化学结构式(a)表示的结构。
[0114]
此方面提供了容易得到具有高电容率的介电组合物的优点。
[0115]
在涉及第三方面的第五方面的介电组合物中，所述至少一种化学结构包括由化学结构式(b)表示的结构。
[0116]
此方面提供了容易得到具有高电容率的介电组合物的优点。
[0117]
在涉及第三方面的第六方面的介电组合物中，所述至少一种化学结构包括由化学结构式(c1)或(c2)表示的结构。在化学结构式(c1)和(c2)中的每一个中，m是大于或等于0的整数。
[0118]
此方面提供了容易得到具有高电容率的介电组合物的优点。
[0119]
在涉及第六方面的第七方面的介电组合物中，在化学结构式(c1)和(c2)中的每一个中，m是小于或等于6的整数。
[0120]
此方面提供了容易得到具有高电容率的介电组合物的优点。
[0121]
在涉及第一方面的第八方面的介电组合物中，所述单元结构包括由化学结构式(d1)、(d2)、(d3)或(d4)中任一个表示的结构。在化学结构式(d1)、(d2)、(d3)和(d4)中的每一个中，m是大于或等于0的整数。
[0122]
此方面提供了容易得到具有高电容率的介电组合物的优点。
[0123]
在涉及第八方面的第九方面的介电组合物中，在化学结构式(d1)、(d2)、(d3)和(d4)中的每一个中，m是小于或等于5的整数。
[0124]
此方面提供了容易得到具有高电容率的介电组合物的优点。
[0125]
在涉及第一方面的第十方面的介电组合物中，所述单元结构包括两种以上类型的聚合物，所述两种以上类型的聚合物各自具有由化学结构式(a)、(b)、(c1)、(c2)、(d1)、(d2)、(d3)或(d4)中任一个表示的结构。
[0126]
此方面提供了容易得到具有高电容率的介电组合物的优点。
[0127]
第十一方面的介电膜(1)包含第一方面至第十方面中任一项所述的介电组合物。
[0128]
此方面具有容易得到具有高电容率的介电膜的优点。
[0129]
第十二方面的电容器(10)包括第十一方面的介电膜(1)。
[0130]
此方面提供了以下优点：在不减小介电膜(1)的厚度的情况下容易地得到具有大电容的电容器。
[0131]
附图标记列表
[0132]1ꢀꢀꢀ
介电膜
[0133]
10
ꢀꢀ
电容器