聚合物共混物及其制备方法技术

制备导电聚合物共混物的方法，和导电聚合物共混物。方法包括如下步骤：选择至少两种基本不互混在一起的聚合物材料，将该聚合物材料混入共混物中使得至少一种聚合物材料形成通过整个共混物的连续三维相，和将导电填料混入该共混物中。在形成连续三维相的聚合物材料和形成聚合物共混物的其它聚合物材料之间的表面张力差值至少为２ｍＮ／ｍ。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制备导电聚合物共混物的方法，该方法包括如下步骤选择至少两种基本不互混在一起的聚合物材料，将该聚合物材料混入共混物中使得至少一种聚合物材料形成通过整个共混物的连续三维相，和将导电填料混入该共混物中。本专利技术进一步涉及导电聚合物共混物。关于它们的电性能，聚合物和聚合物共混物通常是绝缘材料。然而，对于一些应用，聚合物材料具有一些程度的导电性是有利的。这样的应用包括电器的外壳、抗静电包装物、用于可燃材料的容器和管线、要静电涂漆的物体、和自身已知的几种其它应用。应当注意到在本申请中，术语“聚合物材料”表示基于一种或多种聚合物和添加剂的共混物的材料，其中聚合物在确定材料本质的连续相中。现有技术教导了通过共混，即采用导电添加剂或填料填充聚合物材料，制备导电聚合物共混物。最通常使用的导电填料包括导电煤烟、碳纤维、金属粉末和纤维、和由导电材料涂敷的不同粒子和纤维。如果填料中的导电粒子彼此接触，或如果粒子之间的距离非常小，使得导电链通过材料延伸，填充的材料是导电的。如果粒子均匀分布在材料中，它们必须具有相对大的体积分率以形成导电结构。然而，在由聚合物材料形成的塑料基体中填料的大体积分率通常显著劣化，如材料的机械性能，加工性能或表面质量。此外，材料的价格相当地增加。已经采用措施以各种方式，如通过纤维性导电填料和具有非常小粒子的导电填料，以降低导电性要求的填料含量。例如纤维性导电粒子在比球形粒子更低的浓度下提供导电性。此外，纤维性材料通常增强了基体。缺点是在熔体加工中的纤维取向和断裂，以及更高的价格，其基本上限制了纤维的用途。当合适地加工时，具有微小粒子的填料，如煤烟和炭黑，通常形成几个粒子的链，其中在相当低浓度下获得足够水平的电导率。具有小粒子的填料在熔融塑料中的分散在熔体混合中需要高剪切力，其可损害塑料基体。另一方面，不足够的熔体混合导致差的分散，其劣化材料的机械性能和电导率。细小填料也显著增加塑料的熔体粘度，因此劣化其加工性能。加工条件也影响粒子的电导率。也可以通过形成两种或多种聚合物材料的塑料基体而降低填料的要求数量，该聚合物材料构成至少两个单独的相，和导电填料主要分散在一些，优选一个相中。为了使这样的共混物是导电的，至少含有导电填料的相应当是连续的。此外，至少一个其它相必须是连续的以获得良好的机械性能和/或加工性能。换言之，至少两种聚合物材料必须形成连续三维相，和填料必须主要分散于仅一个相中。这样的结构公开于，如US专利5,844,037、WO公开9,941,304，和公开于欧洲专利申请0,272,541、0,718,350和0,581,541中，然而这些文献并没有公开制备导电聚合物共混物的精确方法。参考文献并没有证实两相结构的发生，它们也没有解释导电填料主要分布入聚合物材料的仅一个相中。本专利技术的目的是提供制备导电聚合物共混物的方法，和避免上述缺点的聚合物共混物。用于制备导电聚合物共混物的本专利技术方法的特征在于导电填料包含金属，和在于在形成连续三维相的聚合物材料和形成聚合物共混物的其它聚合物材料之间的表面张力差值至少为2mN/m。此外，根据本专利技术的导电聚合物共混物的特征在于由根据权利要求1的方法制备聚合物共混物。根据本专利技术的基本概念，要混合在一起的至少一种聚合物材料在聚合物共混物中形成连续三维相，和由相同方法测量的在形成连续相的聚合物材料和其它混合聚合物材料之间表面张力的差值至少是2mN/m。此外，本专利技术优选实施方案的概念在于形成连续三维相的聚合物材料的表面张力至少比形成共混物的其它聚合物材料的表面张力高2mN/m，和在于导电填料的表面张力高于形成聚合物共混物的聚合物材料。另外，本专利技术另一个优选实施方案的概念在于形成连续三维相的聚合物材料的表面张力至少比形成聚合物共混物的其它聚合物材料的表面张力低2mN/m，和在于导电填料的表面张力低于形成聚合物共混物的聚合物材料。此外，本专利技术第三优选实施方案的概念在于聚合物共混物包括至少两个三维连续相。本专利技术的优点在于它提供了制备导电聚合物共混物的基体结合物的非常清楚和简单的方法。与单相结构相比，本专利技术采用非常小的导电填料体积分率提供足够的电导率，这是由于导电填料分散在相对小部分的基体体积中，即主要分散在仅一个聚合物材料相中，而不是均匀分布入整个共混物的基体材料中。可以几种方式，采用塑料工业中一般使用的加工设备和方法，如注塑、挤出、热成型等加工聚合物共混物。不管良好的电导率，本专利技术的共混物具有低熔体粘度，因此它可用于制造对形状有要求的高质量产品。在所附工作实施例和在附图中更详细描述本专利技术，其中附图说明图1和2显示根据本专利技术共混物的显微镜图象。实施例1采用1∶1的体积比混合表1所示的一对选择的聚合物材料A和B。聚合物材料对选择中的标准是在100-10001/s的剪切速率范围内，熔体粘度应当彼此尽可能接近。由于共混物要包括两个连续聚合物材料相，目标是约1∶2-1∶0.5的粘度比。从由制造商提供的粘度-剪切速率曲线预测共混物的粘度比。采用Brabender转矩流变仪的混合头W50E制备共混物。将镍粒子加入到熔体塑料共混物中，使得依赖于基体聚合物材料的密度，最终组合物中镍的数量为约50wt％，即按体积约11-12％。使用的镍是粒度为约0.5-1μm的INCO 210。在混合约五分钟之后，停止流变仪和将共混物刮入铝模具中，在此使它冷却。将冷却的本体由快速成粒机成粒，将合适数量的成粒本体计量入模具中和在热板压挤机中压挤成片材，在密闭压挤机中冷却该片材。采用要在更高温度下加工的该共混物塑料的最低可能加工温度，进行混合和压挤两种操作。表1显示当测量电压是1V和传感器之间的距离是53mm时，采用两点法从压缩模塑样品测量的电阻率。表1 聚合物的缩写如下PBT＝聚对苯二甲酸丁二醇酯，PA6＝聚酰胺6，PA66＝聚酰胺66，PMMA＝聚甲基丙烯酸甲酯，PC＝聚碳酸酯，SAN＝苯乙烯/丙烯腈共聚物，和ABS＝丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物。表面张力数值主要是来自“聚合物手册”的表格数值。图1和2显示由表1所示3号共混物形成的粒状材料的显微镜图象。已经采用乙酸乙酯溶解基体PMMA以提供导电连续PBT相。放大图1的图象2000倍和放大图2的图象2500倍。如图中所示，导电连续相形成网状三维密闭网纹结构，该结构通过整个共混物体积延伸。导电填料粒子的尺寸优选小于5μm。填料粒子因此很好地适合导电相的内部。在特别希望用于处理工艺的共混物中(其中将共混物经受高剪切速率)，粒度优选小于500nm。实施例2在约1∶1的体积比下，在25mm双螺杆Berstorff混炼机中混合实施例1中公开的聚合物材料对。将预混合的共混物加入混炼机螺杆的进料区，和由重力加料机将粉状镍提供到熔融塑料中。在此实施例中，依赖于基体聚合物材料的密度，最终共混物中镍的数量也为约50wt％，即按体积约11-12％。将共混物成粒，干燥和采用Engel 200/50HL注塑入根据ISO3167尺寸化的测试样条模具。由于压缩模塑样品一般比注塑样品提供更好的电导率数值，因此在压缩模塑之后从为非导电的共混物，仅将一个批次共混物(第11号)制备用于注塑测试。表2显示从注塑样品测量的电阻率。该表显示从在不同速率下注射的测试样条，采用两点或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备导电聚合物共混物的方法，该方法包括如下步骤：选择至少两种基本不互混在一起的聚合物材料，将该聚合物材料混入共混物中使得至少一种聚合物材料形成通过整个共混物的连续三维相，和将导电填料混入该共混物中，其特征在于导电填料包含金属，和在于在形成连续三维相的聚合物材料和形成聚合物共混物的其它聚合物材料之间的表面张力差值至少为２ｍＮ／ｍ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FI 2001-4-4 200107071.一种制备导电聚合物共混物的方法，该方法包括如下步骤选择至少两种基本不互混在一起的聚合物材料，将该聚合物材料混入共混物中使得至少一种聚合物材料形成通过整个共混物的连续三维相，和将导电填料混入该共混物中，其特征在于导电填料包含金属，和在于在形成连续三维相的聚合物材料和形成聚合物共混物的其它聚合物材料之间的表面张力差值至少为2mN/m。2.根据权利要求1的方法，其特征在于形成连续三维相的聚合物材料的表面张力至少比形成聚合物共混物的其它聚合物材料的表面张力高2mN/m，和在于导电填料的表面张力高于形成聚合物共混物的聚合物材料。3.根据权利要求1的方法，其特征在于形成连续三维相的聚合物材料的表面张力至少比形成聚合物共混物的其它聚合物材料的表面张力低2mN/m，和在...

【专利技术属性】
技术研发人员：T维尔克曼，J穆斯托宁，H明基宁，M卡尔图宁，
申请(专利权)人：普里米克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]