导电聚合物材料制造技术

本发明专利技术公开了一种可熔融加工的导电材料，该可熔融加工的导电材料包括第一连续相、第二连续相和非连续相。该第一续续相包含第一聚合物，该第二续续相包含第二聚合物，并且该非续续相包含第三聚合物。该第二连续相与第一连续相共连续，并且非连续相基本上被包含在第一连续相内。多个导电粒子被分布在第一聚合物中或被分布在第一连续相与第二连续相之间的边界处。该导电粒子形成导电网络。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
可通过将足以引起渗滤的量的导电粒子添加到聚合物来使聚合物导电。相异的聚合物通常不可彼此混溶。不可混溶的聚合物可共混在一起以形成共连续共混物，并且导电粒子可被添加到此类共混物以使共混物导电。此类填充的共连续共混物可引起与单一相系统相比在更低的导电粒子浓度下的导电性。然而，此类材料通常不可熔融加工并且通常具有对于许多应用来说太高的刚度。因此，存在可熔融加工低刚度的导电共混物的需要。
技术实现思路
符合本公开的导电材料包括第一连续相、第二连续相和非连续相。该第一续续相包含第一聚合物，该第二续续相包含第二聚合物，并且该非续续相包含第三聚合物。该第二连续相与第一连续相共连续，并且非连续相基本上被包含在第一连续相内。多个导电粒子被分布在第一聚合物中或被分布在第一连续相与第二连续相之间的边界处。该导电粒子形成导电网络并且该导电材料为可熔融加工的。制备符合本公开的制品的方法包括选择第一聚合物、第二聚合物和第三聚合物，使得第一聚合物、第二聚合物和第三聚合物互相不可混溶；通过将第一聚合物与多个导电粒子混合来形成聚合物复合物；共混聚合物复合物、第二聚合物和第三聚合物以形成导电材料；以及挤出导电材料。该导电材料包括包含第一聚合物的第一连续相、包含第二聚合物并且与第一连续相共连续的第二连续相、以及包含第三聚合物的非连续相。该导电粒子形成导电网络。附图说明附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分，并且附图连同具体实施方式阐明本专利技术的优点和原理。在附图中，图1为导电材料的示意性剖视图；图2为导电材料的TEM图像；图3为图2中的导电材料的放大TEM图像；图4为导电材料的TEM图像；图5为导电材料的TEM图像；图6为具有暴露电极和垂直汇流条的多层交叉电极膜的剖视图；图7为具有水平汇流条的多线道交叉电极膜的剖视图；图8为用于制备包含导电材料的制品的系统的图表。具体实施方式导电聚合物可通过将导电粒子诸如炭黑添加到另外的非连续聚合物来制备。在一定浓度之上被称为渗滤阈值，导电粒子将形成用于产生导电聚合物复合物的导电网络。当将粒子添加到具有两个共连续相的聚合物共混物时，粒子主要可驻留在一个相或另一个相中或可驻留在两相之间的界面处。当粒子的浓度足够高时，粒子的连续网络可形成在聚合物共混物中。这被称为双渗滤：对次要相聚合物在主相聚合物进行渗滤并且对粒子进行渗滤来形成连续网络。然而，当将导电粒子以足够高以赋予可用导电性的浓度添加到该形式的已知聚合物复合物时，聚合物复合物不具有允许复合物被熔融加工的熔体流动特性并且通常具有对于许多应用太高的模量。然而，根据本说明书，已发现将形成非连续相的第三聚合物添加在包含导电粒子的相内允许产生同时具有可用导电性和可熔融加工并且在一些实施方案中具有低模量的复合物材料。通常的情况是相异的聚合物是不可混溶的。这常常根据与混合聚合物相关联的混合的低熵来理解。在一些情况下相异聚合物之间的某些分子间相互作用(例如氢键合)可引起聚合物在一定浓度和温度范围内可混溶。然而，当期望不可混溶的共混物时，可基于混溶性表、相异聚合物的部分之间的已知相互作用、溶解度参数等等来选择不具有引起混溶性的相互作用的相异聚合物。如果在第一聚合物和第二聚合物的不可混溶的共聚物中该第一聚合物的体积分数低，则第一聚合物可在第二聚合物内形成断开区域。在这种情况下，第一聚合物将形成不连续相并且第二聚合物将形成连续相。增加第一聚合物的体积分数将通常产生第一聚合物的渗滤，从而形成连续相而不是不连续相。在这种情况下，第一聚合物和第二聚合物形成两个互穿的共连续相。将第三相异聚合物添加到两种相异聚合物的共混物将通常产生三相共混物。当期望三相共混物时，可针对不可混溶的两相共混物所述的方式来选择三种互相不可混溶的相异聚合物。如果第三聚合物的体积分数低，则第三聚合物将通常主要在第一聚合物或第二聚合物内形成不连续相。第三聚合物将主要驻留在第一聚合物中或驻留在第二聚合物中或驻留在两种聚合物的组合中由聚合物分子之间的相互作用确定。在本说明书的许多实施方案中，选择不同的第一聚合物、第二聚合物和第三聚合物由此，使得第一聚合物和第二聚合物共连续并且使得第三聚合物基本上在第一聚合物内形成不连续区域。在热力学强有利于第三聚合物在第一聚合物内形成非连续相的情况下，可在单个步骤中将三种聚合物混合在一起并且在混合期间第三聚合物将迁移到第一聚合物中。在其他情况下，第三聚合物可首先与第一聚合物共混并且第一聚合物与第三聚合物的共混物随后与第二聚合物共混。可通过将导电粒子添加到共混物来使此类三种聚合物共混物导电。在本说明书的许多实施方案中，选择导电粒子，使得粒子基本上分配在第一聚合物中或基本上分配在第一聚合物与第二聚合物之间的界面处。导电粒子的位置由粒子与聚合物之间的相互作用确定。可通过被施加至粒子的合适的表面处理来改变此类相互作用。在热力学强有利于导电粒子在第一聚合物中或在第一聚合物与第二聚合物之间的界面处形成网络的情况下，导电粒子可在单个步骤中与聚合物混合并且导电粒子在混合期间将迁移到第一聚合物中或迁移到第一聚合物与第二聚合物之间的界面。在其他情况下，可通过首先将导电粒子与第一聚合物混合并且然后将该混合物与其他两种聚合物共混来帮助导电粒子分布在第一聚合物中或在第一聚合物与第二聚合物之间的界面处。在一些实施方案中，首先将第一聚合物与导电粒子混合并且然后在单个后续步骤中将第一聚合物和导电粒子的混合物与第二聚合物和第三聚合物共混。在一些实施方案中，首先将第一聚合物与导电粒子混合，随后将第一聚合物与导电粒子的混合物与第三聚合物共混，并且然后将该共混物随后与第二聚合物共混。在一些实施方案中，对导电粒子表面处理，以改善与第一聚合物的相容性。图1为导电材料100的示意性剖视图。图1示出了与第二连续相120共连续的第一连续相110。第一连续相110包含第一聚合物，并且第二连续相120包含与第一聚合物不同的第二聚合物。多个导电粒子160被分配在第一连续相110中。非连续相130包含与第一聚合物不同并且与第二聚合物不同的第三聚合物。非连续相130基本上被包含在第一连续相内。在一些实施方案中，第一连续相为次要连续相；即第一连续相的体积分数小于50％。在一些实施方案中，第二连续相为体积分数大于50％的主连续相。在其他实施方案中，第一连续相为主连续相并且第二连续相为次要连续相。在另外的其他实施方案中，第一连续相和第二连续相具有大致相等的体积分数。导电粒子160以足够高以至于实现渗滤的负载而被包括(在图1中示意性地示出)。发生渗滤所需的粒子的最小量被称为渗滤阈值。非连续相的存在通过减小第一连续相110的体积从而增加第一聚合物中的导电粒子的浓度来减小渗滤阈值。在一些实施方案中，导电粒子160如图1所指出的那样被分布在第一聚合物中。在一些实施方案中，导电粒子位于第一连续相与第二连续相之间的界面处或附近。在此类情况下，由于导电粒子集中在较小的区域，因此可降低渗滤阈值。由于导电粒子的物理特性通常取决于导电粒子的负载，因此减小的渗滤阈值允许产生具有不可以其他方式容易地实现的物理特性的导电粒子。在本说明书中，可选择聚合物和导电粒子，使得导电材料为可熔融加工的。如本文所用，“可熔融加工的”材料是指具有熔体流动特性使得材料能够被熔融本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导电材料，包含：包含第一聚合物的第一连续相；包含与所述第一聚合物不同的第二聚合物的第二连续相，所述第二连续相与所述第一连续相共连续；包含与所述第一聚合物不同并且与所述第二聚合物不同的第三聚合物的非连续相，所述非连续相基本上被包含在所述第一连续相内；和多个导电粒子，所述多个导电粒子被分布在所述第一聚合物中或被分布在所述第一连续相与所述第二连续相之间的边界处，其中所述导电粒子形成导电网络，并且其中所述导电材料为可熔融加工的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.12 US 61/951,8691.一种导电材料，包含：包含第一聚合物的第一连续相；包含与所述第一聚合物不同的第二聚合物的第二连续相，所述第二连续相与所述第一连续相共连续；包含与所述第一聚合物不同并且与所述第二聚合物不同的第三聚合物的非连续相，所述非连续相基本上被包含在所述第一连续相内；和多个导电粒子，所述多个导电粒子被分布在所述第一聚合物中或被分布在所述第一连续相与所述第二连续相之间的边界处，其中所述导电粒子形成导电网络，并且其中所述导电材料为可熔融加工的。2.根据权利要求1所述的导电材料，其中所述导电粒子被分布在所述第一聚合物中。3.根据权利要求1所述的导电材料，其中所述导电粒子被分布在所述第一连续相与所述第二连续相之间的所述边界处。4.根据权利要求1所述的导电材料，其中所述第二聚合物为硅氧烷基聚合物。5.根据权利要求1所述的导电材料，其中所述导电粒子为球形粒子、杆形粒子、薄片、片状物或它们的组合。6.根据权利要求1所述的导电材料，其中所述导电粒子包括选自由以下各项组成的组的粒子：炭黑、碳纳米管、石墨烯粒子、碳纤维、银薄片和银纳米粒子。7.根据权利要求1所述的导电材料，其中所述导电材料具有小于约100MPa的剪切模量。8.根据权利要求7所述的导电材料，其中所述导电材料具有小于约10MPa的剪切模量。9.根据权利要求1所述的导电材料，其中所述导电材料为可挤出的。10.根据权利要求1所述的导电材料，其中所述导电材料具有至少0.1S/m的体积电导率。11.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·T·尤斯特，奥努尔·锡南·约尔德姆，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US