專利名稱：納米炭黑改性的導(dǎo)電塑料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新材料領(lǐng)域，涉及一種導(dǎo)電塑料的制備方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，塑料是由許多排列無序的大分子組成的，通電后，當(dāng)電流增大時，塑料內(nèi)部會形成凌亂的網(wǎng)狀物，并馬上停止導(dǎo)電。不僅如此，塑料還常常作為絕緣基體使用，塑料在電子電氣中的廣泛應(yīng)用正是基于這一點。然而在20世紀(jì)80年代中期，科學(xué)家卻發(fā)現(xiàn)，某些結(jié)構(gòu)的塑料卻具有半導(dǎo)體特性，也能傳輸電流。塑料中加入了具有導(dǎo)電性的載流子，當(dāng)填充達(dá)到一定程度時，就使塑料也具有導(dǎo)電性能。導(dǎo)電塑料具有塑料的密度，又具有金屬的導(dǎo)電性和塑料的可加工性，還具備金屬和塑料所欠缺的化學(xué)和電化學(xué)性能，是具有廣泛應(yīng)用前景的新興材料。
導(dǎo)電塑料一般分為結(jié)構(gòu)型和復(fù)合型兩大類。
結(jié)構(gòu)型材料是一種真正意義的導(dǎo)電塑料，但是合成工藝較復(fù)雜，成本較高，目前價格相當(dāng)昂貴。純粹的結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子聚合物至今只有導(dǎo)電聚苯胺，其它許多導(dǎo)電聚合物幾乎均需采用氧化還原、離子化或電化學(xué)等手段進(jìn)行摻雜之后才能有較高的導(dǎo)電性。其代表性的產(chǎn)物有聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚吡啶、聚苯硫醚等。還有一種叫做熱分解導(dǎo)電高分子，這是把聚酰亞胺、聚丙烯腈等在高溫下熱處理，使之生成與石墨結(jié)構(gòu)相近的物質(zhì)，從而獲得導(dǎo)電性。這些熱分解導(dǎo)電高分子的特征是無須摻雜處理，故具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。
復(fù)合型是由導(dǎo)電性物質(zhì)與高分子材料復(fù)合而成。該類別成本稍低，可以滿足各種成型要求，是一類已被廣泛應(yīng)用的功能性高分子材料。復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的分類有很多種，根據(jù)電阻值的不同可分為半導(dǎo)電體、除靜電體、導(dǎo)電體、高導(dǎo)電體；根據(jù)樹脂的形態(tài)不同可分為導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電膠粘劑、導(dǎo)電薄膜等；還可根據(jù)其功能不同分為防靜電材料、除靜電材料、電極材料、發(fā)熱體材料、電磁波屏蔽材料；根據(jù)導(dǎo)電填料的不同可分為抗靜電劑系、金屬系(各種金屬粉末、纖維、片等)、碳系(炭黑、石墨等)，可以根據(jù)制品電阻值的要求不同進(jìn)行調(diào)節(jié)生產(chǎn)。
碳系的填充物主要是導(dǎo)電炭黑、石墨和碳纖維，制成品的體積電阻率為102-109Ω。其中炭黑填充是主流，炭黑填充型導(dǎo)電聚合物之所以被廣泛采用，其一是因為導(dǎo)電炭黑價格較為低廉；其二是因為炭黑能根據(jù)不同的導(dǎo)電性需求有較大的選擇余地，它的制成品的電阻值可在102-109Ω之間的寬廣范圍內(nèi)變化；其三是導(dǎo)電性持久、穩(wěn)定；因此是理想的抗靜電材料。但是它的制成品僅限于黑色，并對材料性能影響較大，需要配套改性技術(shù)。
炭黑作為一種主要載流子填料，得到廣泛應(yīng)用，目前納米炭黑改性的導(dǎo)電塑料成為導(dǎo)電塑料領(lǐng)域的研發(fā)熱點，納米炭黑粒度越小化，處理炭黑的方式更巧妙化，使材料的導(dǎo)電性能更加優(yōu)越，炭黑的分散效果更好，機(jī)械性能更佳，炭黑的導(dǎo)電性能主要決定于炭黑的粒度大小，表面結(jié)構(gòu)特征，粒度越小，導(dǎo)電性能越好，但粒度越小，表面活化能越大，就越容易團(tuán)聚，就難以分散在塑料中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種納米炭黑改性的導(dǎo)電塑料的制備方法，以獲得導(dǎo)電性能優(yōu)良、分散效果良好的導(dǎo)電塑料材料。
本發(fā)明所述的一種納米炭黑改性的導(dǎo)電塑料的制備方法，包括以下步驟A、選擇30nm的納米級炭黑為導(dǎo)電載流子，處理方法如下取7.5％重量百分比的粉狀炭黑和7.5％重量百分比的柱狀炭黑在高速混合機(jī)中，用霧化器霧化加入0.5％重量百分比的偶聯(lián)劑和0.5％重量百分比的分散油，所述的偶聯(lián)劑和分散油均是用9％重量百分比的白礦油稀釋，混合15分鐘，得到處理好的炭黑；B、在高速混合機(jī)中，加入25％重量百分比的PE粉料，在高速攪拌下加入步驟A得到的處理好的炭黑，兩者混合10分鐘；將混合后的粉狀物料在擠出機(jī)中擠出，得到含炭黑達(dá)到30％的塊狀導(dǎo)電母料；C、將步驟B得到的導(dǎo)電母料破碎、干燥、在按1∶1的重量比例與HIPS混合，并加入2％重量百分比的SBS充分混合，然后在擠出機(jī)中擠出造粒，烘干，打包，得到所述的導(dǎo)電塑料材料；所述HIPS即高抗沖聚苯乙烯，所述SBS即苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。
在原料方面，粉狀炭黑可選用HG-1P型特導(dǎo)電炭黑等，如購自臨淄華光化工廠等；柱狀炭黑可選用HG-1B型特導(dǎo)電炭黑等，如購自臨淄華光化工廠等；白礦油可選用15#牌號白礦油等，如購自南海達(dá)成化工有限公司等；分散劑可選用CA-1牌號分散劑等，如購自上海三正高分子材料有限公司等；偶聯(lián)劑可選用105牌號偶聯(lián)劑等，如購自岳陽石化公司等。優(yōu)選的，所述的偶聯(lián)劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑。PE粉可選7042 PE粉料等，如購自茂名市德恩貿(mào)易有限責(zé)任公司等。
優(yōu)選的，所述步驟B和步驟C中的擠出機(jī)為平行雙螺桿擠出機(jī)。
應(yīng)用平行雙螺桿擠出機(jī)代替密煉機(jī)和普通擠出機(jī)可使得混煉效果更好，有利于炭黑更好的分散；平行雙螺桿擠出機(jī)的捏合力和剪切力均大于密煉機(jī)，可顯著提高炭黑分散效果。
根據(jù)不同產(chǎn)品的要求，所述步驟C中，在混合時還可加入GPPS即通用聚苯乙烯。加入量一般在20％左右，用于調(diào)節(jié)材料的軟硬度，如果材料偏軟時，用GPPS可調(diào)節(jié)到需要的程度。
本發(fā)明所述的導(dǎo)電塑料的制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，有以下突出效果1、國產(chǎn)導(dǎo)電塑料產(chǎn)品所用的炭黑為普通炭黑和普通乙炔炭黑，而本發(fā)明采用粒徑為30nm的納米炭黑，可明顯提高材料的導(dǎo)電性能。炭黑填充的導(dǎo)電塑料的導(dǎo)電性能主要取決于炭黑的粒度大小和結(jié)構(gòu)狀態(tài)，只有炭黑達(dá)到一定尺寸才具有良好的導(dǎo)電性能和發(fā)散性，粒度越小導(dǎo)電性能越好，但粒度越小，越易團(tuán)聚，分散性更差，所以通過發(fā)明人的反復(fù)實驗，最后選定粒度為30nm的納米炭黑作導(dǎo)電塑料的導(dǎo)電填充料。通過30nm納米炭黑代替乙炔炭黑后，導(dǎo)電性能在原加入量的同時，導(dǎo)電性能(表面電子)小于200Ω，美國卡波特公司同類型的導(dǎo)電塑料表面電阻為1000～1500Ω，國內(nèi)同類型導(dǎo)電性能為2000～3000Ω(國內(nèi)產(chǎn)品均使用乙炔炭黑)。
2、在對納米炭黑的處理方面，本發(fā)明首先通過對納米炭黑有效的偶聯(lián)處理，改善偶聯(lián)處理的工藝，處理后再進(jìn)行分散處理，這樣既提高材料的性能，減少了應(yīng)力聚中點又使導(dǎo)電性能更均勻，避免了炭黑(CB)的大量團(tuán)聚，減少了應(yīng)力集中點，改良了炭黑的分散效果，炭黑分散性更好。通過本發(fā)明所述方法制備得到的導(dǎo)電塑料產(chǎn)品的表面分散性達(dá)到每2平方米一個針點，美國卡波特公司為5平方米為一個針點，而國內(nèi)其它廠家為每方米5個針點。采用本發(fā)明所述的炭黑處理方法，可使炭黑的團(tuán)聚更少。
3、本發(fā)明改變了國內(nèi)一般的導(dǎo)電塑料配方，通過軟硬度調(diào)節(jié)，達(dá)到硬韌較為合理的要求?，F(xiàn)有技術(shù)采用一般配方為HIPS加炭黑，而本發(fā)明改為HIPS加SBS，改善材料的機(jī)械性能，提高了導(dǎo)電PS的硬韌性。由本發(fā)明所述方法得到的產(chǎn)品的硬度達(dá)到L-70，卡波特產(chǎn)品為L-75，國內(nèi)廠家(如上海三城塑料有限公司等)為L-68。
4、因為納長炭黑易于團(tuán)聚，進(jìn)行處理后的炭黑不完全是成顆粒狀，只能通過機(jī)械加工，加大剪切和捏合進(jìn)一步達(dá)到分散均勻的效果，因此，本發(fā)明把現(xiàn)有技術(shù)對于從的一步加工(擠出造粒)完成法改為二步加工(擠出造粒)完成法，同時改現(xiàn)有技術(shù)的密煉機(jī)密煉為平行雙螺桿機(jī)擠出捏合，這樣分散性更好?，F(xiàn)有技術(shù)的工藝方法見圖1，本發(fā)明所述的制備方法請參見圖2。如果用炭黑直接與HIPS相混合，直接擠出造粒，這樣易分層，炭黑分散性很差，根本不能做片材使用。而本發(fā)明改為先生產(chǎn)導(dǎo)電母料，再把生產(chǎn)出的導(dǎo)電料與樹脂相混合，放入平行雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，較好地解決了這個問題。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的制備方法示意圖；圖2為本發(fā)明所述的制備方法的示意圖。
具體實施例方式
實施例一本發(fā)明所述的納米炭黑改性的導(dǎo)電塑料的制備本發(fā)明所述的一種納米炭黑改性的導(dǎo)電塑料的制備方法，如圖2所示，包括以下步驟A、選擇30nm的納米級炭黑為導(dǎo)電載流子，處理方法如下取7.5％重量百分比的粉狀炭黑和7.5％重量百分比的柱狀炭黑在高速混合機(jī)中，用霧化器霧化加入0.5％重量百分比的偶聯(lián)劑和0.5％重量百分比的分散油，所述的偶聯(lián)劑和分散油均是用9％重量百分比的白礦油稀釋，混合15分鐘，得到處理好的炭黑；B、在高速混合機(jī)中，加入25％重量百分比的PE粉料，在高速攪拌下加入步驟A得到的處理好的炭黑，兩者混合10分鐘；將混合后的粉狀物料在擠出機(jī)中擠出，得到含炭黑達(dá)到30％的塊狀導(dǎo)電母料；C、將步驟B得到的導(dǎo)電母料破碎、干燥、在按1∶1的重量比例與HIPS混合，并加入2％重量百分比的SBS充分混合，然后在擠出機(jī)中擠出造粒，烘干，打包，得到所述的導(dǎo)電塑料材料；所述HIPS即高抗沖聚苯乙烯，所述SBS即苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。
在原料方面，粉狀炭黑可選用HG-1P型特導(dǎo)電炭黑等，如購自臨淄華光化工廠等；柱狀炭黑可選用HG-1B型特導(dǎo)電炭黑等，如購自臨淄華光化工廠等；白礦油可選用15#牌號白礦油等，如購自南海達(dá)成化工有限公司等；分散劑可選用CA-1牌號分散劑等，如購自上海三正高分子材料有限公司等；偶聯(lián)劑可選用105牌號偶聯(lián)劑等，如購自岳陽石化公司等。優(yōu)選的，所述的偶聯(lián)劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑。PE粉可選7042 PE粉料等，如購自茂名市德恩貿(mào)易有限責(zé)任公司等。
優(yōu)選的，所述步驟B和步驟C中的擠出機(jī)為平行雙螺桿擠出機(jī)。
應(yīng)用平行雙螺桿擠出機(jī)代替密煉機(jī)和普通擠出機(jī)可使得混煉效果更好，有利于炭黑更好的分散；平行雙螺桿擠出機(jī)的捏合力和剪切力均大于密煉機(jī)，可顯著提高炭黑分散效果。
實施例二、調(diào)節(jié)材料軟硬度的改進(jìn)方法根據(jù)不同產(chǎn)品的要求，實施例一所述步驟C中，在混合時還可加入GPPS即通用聚苯乙烯。加入量一般在20％左右，用于調(diào)節(jié)材料的軟硬度，如果材料偏軟時，用GPPS可調(diào)節(jié)到需要的程度。
根據(jù)本發(fā)明所述的制備方法得到的導(dǎo)電塑料(PS)產(chǎn)品經(jīng)上海高分子材料國家測試中心檢測，其導(dǎo)電性能超過美國卡波特產(chǎn)品，其它性能均接近美國卡波特產(chǎn)品。通過以上方法生產(chǎn)的產(chǎn)品與美國卡波特公司產(chǎn)品比較和國內(nèi)其他廠家相對較好的材料相比，性能優(yōu)勢如下表

可見，根據(jù)本發(fā)明所述的制備方法得到的導(dǎo)電塑料在熔體指數(shù)、密度、伸長率、彎曲強(qiáng)度、熱變形溫度、軟化點、洛氏硬度等方面與美國卡波特公司的同類產(chǎn)品相比，以上性能均接近，且優(yōu)于國內(nèi)廠家的產(chǎn)品；但導(dǎo)電性優(yōu)于(即表面電阻小于)卡波特公司產(chǎn)品，也優(yōu)于國內(nèi)廠家的產(chǎn)品；在分散性方面根據(jù)本發(fā)明所述的制備方法得到的產(chǎn)品制成片材后，平均每2平方米有一顆針點，國內(nèi)廠家產(chǎn)品每平方米5顆針點，而卡波特公司每5平方米一顆針點。
權(quán)利要求
1.一種納米炭黑改性的導(dǎo)電塑料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟A、選擇30nm的納米級炭黑為導(dǎo)電載流子，處理方法如下取7.5％重量百分比的粉狀炭黑和7.5％重量百分比的柱狀炭黑在高速混合機(jī)中，用霧化器霧化加入0.5％重量百分比的偶聯(lián)劑和0.5％重量百分比的分散油，所述的偶聯(lián)劑和分散油均是用9％重量百分比的白礦油稀釋，混合15分鐘，得到處理好的炭黑；B、在高速混合機(jī)中，加入25％重量百分比的PE粉料，在高速攪拌下加入步驟A得到的處理好的炭黑，兩者混合10分鐘；將混合后的粉狀物料在擠出機(jī)中擠出，得到含炭黑達(dá)到30％的塊狀導(dǎo)電母料；C、將步驟B得到的導(dǎo)電母料破碎、干燥、在按1∶1的重量比例與HIPS混合，并加入2％重量百分比的SBS充分混合，然后在擠出機(jī)中擠出造粒，烘干，打包，得到所述的導(dǎo)電塑料材料；所述HIPS即高抗沖聚苯乙烯，所述SBS即苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述步驟B和步驟C中的擠出機(jī)為平行雙螺桿擠出機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的偶聯(lián)劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述步驟C中，在混合時還加入GPPS即通用聚苯乙烯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米碳黑改性的導(dǎo)電塑料的制備方法。本發(fā)明所述的一種納米碳黑改性的導(dǎo)電塑料的制備方法，包括以下步驟選擇30nm的納米級碳黑為導(dǎo)電載流子，通過偶聯(lián)劑和分散油處理得到處理好的碳黑，加入PE粉料混合后在擠出機(jī)中擠出，得到含碳黑達(dá)到30％的塊狀導(dǎo)電母料；與HIPS混合并加入SBS混合后在擠出機(jī)中擠出造粒，烘干，打包，得到所述的導(dǎo)電塑料材料。本發(fā)明所述的納米碳黑改性的導(dǎo)電塑料的制備方法，可獲得導(dǎo)電性能優(yōu)良、分散效果良好的導(dǎo)電塑料材料。
文檔編號B29C47/38GK101067031SQ200710027640
公開日2007年11月7日 申請日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者田小明 申請人:廣州邁迪瑞新材料科技有限公司