[发明专利]导电性颜料复合材料

说明书

本发明涉及导电性颜料复合材料。更具体地说，本发明涉及含有非导电性的无机金属氧化物颜料基质材料和粘附于该基质材料上的导电性聚合物的导电性颜料复合材料。

一般来说，导电颜料的发明已经有了一些时候。这些颜料既包括那些颜料本身具有导电性材料，又包括那些颜料本身通常是非导体，但通过某种表面处理使之变成电导体的材料。颜料本身具有导电性的例子包括各种颜料炭黑，如灯黑，炉黑，槽法炭黑，热法炭黑，乙炔炭黑，石墨等等。颜料本身为非导体的例子包括无机金属氧化物和准金属氧化物如二氧化钛，氧化硅，氧化铝等，它们通过用金或银或掺有氧化锡的锑进行表面处理而具有导电性，于1989年2月7日颁布的美国专利4，803，096号描述了应用上述颜料的粉末制造一系列导电纤维和由此制得纤维织物制品。然而，根据这项专利，为了获得比较好的导电性，便相应需要很大数量的这些颜料粉末，而且这种大量的填充剂会显著影响纤维产品的性质。

除了应用上述导电颜料粉末以外，USP    4，803，096也披露用某种导电聚合物即聚吡咯和聚苯胺来使由多种已知是绝缘材料或至多是半导体材料的合成聚合物制成的纤维、和薄膜织物具有导电性。该专利所涉及的使纤维、薄膜、织物具有导电性的技术包括：将薄膜和纤维用吡咯和一种氧化剂浸渍，然后使吡咯处于化学氧化聚合条件下;或者在纤维复合材料中加入氧化催化剂，然后将它暴露在吡咯溶液或蒸汽气氛中;或者将导电的聚吡咯沉积在多孔的织物（如玻璃纤维）的孔隙中。

本发明涉及导电颜料，特别是涉及含非导电性的金属氧化物颜料基质材料和粘附于基质材料表面的导电性聚合物的导电性颜料复合材料。

本发明中的导电性颜料复合物其优选地含有：其颜料基质材料是其金属成分选自元素周期表中第ⅡA、ⅢA、ⅣA、ⅣB族中的金属氧化物所组成，而粘附于基质材料上的导电性聚合物包括至少一种化学氧化聚合法而得的同聚物或共聚物，此聚合物由至少一种环状单体衍生而得，所说的环状单体选自吡咯、噻吩、苯胺及其取代的衍生物或类同物。大致来说，粘附于颜料基质材料上的导电性聚合物材料的量占颜料复合材料总重量的0.1-50wt%。基质材料上粘附如此量的这种导电性聚合材料能使颜料复合材料具有1×10^-10-1×10²ohm^-1cm^-1的导电率。

正如以上的简短描述，本发明中的导电性颜料复合材料是基本上是由粘附有导电性聚合物的非导电性无机金属氧化物颜料基质的复合材料所组成，其中导电性聚合物将在后面描述。一般来说，基质材料可以包括至今已经发现的可以用于颜料、填料、填充剂等各种广泛用途的非导电性无机金属氧化物。然而，具体到本发明中，可以用于颜料复合材料的非导电性无机金属氧化物是那些从元素周期表中的第ⅡA、ⅢA、ⅣA、ⅣB族中挑选出的金属的氧化物。这些无机金属氧化物中的金属的典型的，但非限定的例子包括锶、钛、锆、铝、镓、硅、锗等等，其中优选的基质材料是金属钛、硅、铝的无机金属氧化物，氧化钛（或二氧化钛）、氧化硅和氧化铝。

本发明中用于导电性颜料中的基质材料的一种特别优选的非导电性无机金属氧化物是二氧化钛，特别是具有金红石晶相结构的二氧化钛。众所周知，无论是锐钛矿型还是金红石型，二氧化钛是一种可用于包括油漆、纸张、涂料、塑料、橡胶、铺面材料等现代工业中的最重要的白色原料。

本发明中用于导电颜料基质的无论是什么特定的非导电性无机金属氧化物，在作为颜料时都具有一定的粒度太小。因此，无机氧化物基质的典型的颗粒或晶粒大小范围为0.1-0.4微米，其中优选0.2-0.3微米。

大致来说，本发明中构成导电颜料基质材料的非导电性无机金属氧化物的含量为整个颜料复合材料总重量的50-99.9wt%。但是，当无机金属氧化物基质含量为颜料复合材料总重量的90-99wt%时能得到特别好的导电率。

如前所述，本发明的导电性颜料复合材料中除了无机氧化物颜料基质以外，还包括一种粘附于此基质表面的导电性聚合材料。这种导电性聚合物可以是任何一种已知的导电有机聚合物，其特征是在这些聚合物的碳骨架或主链上具有共轭双键或自由离子（radical    ions）。这些聚合物进一步的特征是可根据需要包含可与自由离子结合的反离子（counter    ions）或掺杂离子（dopant    inos）。