[发明专利]具有增强的电性质的复合物制品的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及包括碳颗粒例如碳纳米管或石墨烯的复合物制品(composite article)的制备工艺。具体地，所述工艺涉及成型复合物制品的制备。本发明还涉及由其制造的成型复合物制品。

背景技术

随着电子器件变得更小和更快，它们对静电荷的敏感性增加并且已经提供电子包装以改善静电耗散性性质。电子包装被设计成防止静电荷的积累和接连而来的静电放电(ESD)，其可造成对灵敏电子设备的严重损害并且导致产品缺陷和高的废品率。

为了保证ESD保护，可通过引入容许静电荷有效耗散的导电填料例如炭黑(CB)而使本质上电绝缘的聚合物为可变为导电性的或者耗散性的。

目前导电性的或者耗散性的塑料主要以CB占主导，这主要是因为CB与其它导电填料例如碳纤维、碳纳米管(CNT)、金属纤维、金属涂覆的碳纤维、和金属粉末相比相对便宜。CB的添加水平必须足够，使得颗粒产生遍及所述材料的导电路径。结果，需要高的CB水平(15-30％)来满足该要求，这改变了基础聚合物的关键物理性质例如冲击强度、伸长率和配混物粘度。

当使用其它填料代替CB作为导电填料时需要保持这些性质。然而，为了获得期望的导电性，需要最低限度(minimum)的浓度。由于其它填料比CB昂贵，因此仍然存在提供如下的改进的导电组合物的需要：其是电绝缘的并且保持成本上有吸引力的。

包含CNT的导电组合物是已知的。聚合物-CNT复合物的制造可通过如下进行：将聚合物粉末和CNT例如通过剪切混合技术或者通过研磨而物理混合。然而，这些方法的缺点是，CNT未良好地分散在聚合物中，这最终影响导电组合物的电性质。

由WO2015/014897知晓包括碳纳米管并且由无定形聚合物例如聚苯乙烯制造的用于制备导电复合材料的母料。该文献还公开了通过将所述母料与第二无定形聚合物共混而获得的复合材料、以及所述复合材料在选自吹塑、注射、滚塑或者注射吹塑的工艺中的用途。

KR2009 0095766公开了用于制造碳纳米管-聚合物纳米复合物的三步骤方法。所获得的树脂组合物可用于注射或者其它成型工艺中。

EP2028218用于制备树脂组合物的工艺，其包括将碳纳米管与聚(羟基羧酸)共混以形成复合物，然后将该复合物与聚烯烃共混以形成所述组合物。该文献公开了使用聚(羟基羧酸)作为增容剂将碳纳米管共混到聚烯烃中。所述组合物可随后用于注射、挤出或者其它成型工艺中。

WO2013/107535公开了包括碳纳米管的组合物和制备所述组合物的工艺。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供用于制备在低的碳颗粒例如石墨烯或碳纳米管含量下具有增强的电性质的复合物制品的工艺。此外，本发明的一个目的是提供成本划算的工艺。

在本发明的第一方面中，提供用于制备成型复合物制品的工艺。因此，第一方面涉及用于制备包括聚合物组合物和碳颗粒的成型复合物制品的工艺，所述碳颗粒为碳纳米管或石墨烯，所述聚合物组合物包括第一聚合物和第二聚合物的混合物，并且所述复合物制品包括如根据ISO 11358测定的基于所述复合物制品的总重量的0.01-4％重量的碳颗粒，特征在于所述工艺包括如下步骤：

(a)提供母料，所述母料包括第一聚合物和如根据ISO 11358测定的至少5％的碳颗粒，以所述母料的重量计，

(b)提供第二聚合物，和

(c)将所述母料和第二聚合物在单个挤出或者注射模塑设备中在相同步骤中共混和成型以形成所述成型复合物制品。

惊讶地观察到，与其中母料与第二聚合物的共混以及复合物制品的成型经由中间配混步骤进行的成型制品制备工艺相比，本工艺容许制备具有至少增强的电性质成型复合物制品或者成型制品。

现有技术中通常通过如下制备成型复合物制品：提供包括第一聚合物和碳颗粒的母料，提供第二聚合物，和在第一挤出机中将母料和第二聚合物共混以形成经配混的聚合物组合物。将所述经配混的聚合物组合物随后冷却，减小为粒料并且传送至另外的机器，在该另外的机器中将所述经配混的聚合物组合物成型以提供期望的成型复合物制品或制品。

已经观察到，通过将母料和第二聚合物同时即在相同的挤出机中共混和成型，成型复合物制品具有增强的表面电阻率。此外，通过避免中间步骤例如配混步骤，本工艺提供经济利益。

在一种优选实施方式中，所述成型复合物制品为挤出物并且所述挤出物未被切碎成粒料。所述成型复合物制品可为膜、片材、线、纤维束、或者异型材。