CN104448778B - 一种导电或导静电的热塑性弹性体、制备方法及应用 - Google Patents

一种导电或导静电的热塑性弹性体、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种稳定永久的导电或导静电的热塑性弹性体材料及制备方法。导电或导静电的热塑性弹性体包括热塑性聚氨酯弹性体、静电消散性聚氨酯弹性体母粒、锂盐和高导电碳黑，重量占比为：热塑性聚氨酯弹性体：40％至85％；静电消散性聚氨酯弹性体：15％～60％；锂盐:0.1％～0.8％；高导电碳黑：1％～10％。导电或导静电的热塑性弹性体的制备方法采用挤压造粒法。本发明技术方案中提供的材料表现为电阻值稳定的导静电性能并易于加工，在不同环境中使得本专利的产品的导静电性能不会受到外部湿度和温度的影响。本发明一种导电或导静电的热塑性弹性体的制备方法简单、高效、便于实现自动化生产。

Description

一种导电或导静电的热塑性弹性体、制备方法及应用
【技术领域】
本发明涉及一种导电薄膜用的导电弹性体及制备方法，具体是应用于在湿度和温度变化较大环境下使用，而要求其体积电阻率相对稳定在10的6次方到10的7次方欧姆的薄膜，是一种在湿度温度变化环境中表现出稳定的导电或导静电特性及良好挤出加工性能的热塑性弹性体及其制备方法。
【背景技术】
目前导电的弹性体材料主要是以在配入导电碳黑，金属氧化物粉末等填充剂形成导电特性，这类导电材料的添加剂通常在使用几个月或一两年内会析出造成导电性能下降或消失。除了上述技术，还有利用一种离子导电物的技术：即使用亲水性聚合物，同时在本体亲水聚合物的分子中加入导电离子如锂离子或钠离子等金属盐，形成导电网络。这是一种先进的导静电材料，它解决了导电剂析出而造成导电材料导电性能短效的问题，但是由于它必须要和亲水型的弹性体结合，通过水分子的相互传导才能达到导电或导静电的功能。由于这个材料天生的亲水性，所以对应用环境的湿度和温度也就非常敏感。就是说使用环境的湿度和温度的高低直接就会影响到其体积电阻率变化。湿度和温度越高其电阻就越低，反之湿度和温度越低电阻越高。
现有技术迫切需求一种既要稳定导电或导静电的弹性体材料，又要对使用的环境湿度和温度不会那么敏感，具有稳定电阻的一种弹性体材料。
【发明内容】
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种导电或导静电的热塑性弹性体。
本发明还提供了导电或导静电的热塑性弹性体的制备方法。
本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是，提供了一种导电或导静电的热塑性弹性体，所述导电或导静电的热塑性弹性体包括：热塑性弹性体、静电消散聚氨酯弹性体、锂盐和高导电碳黑，重量占比为：
热塑性弹性体：40％至85％；
静电消散聚氨酯弹性体：15％～60；
锂盐:0.1％～0.8％；
高导电碳黑：1％～10％。
根据本发明的优选技术方案：一种导电或导静电的热塑性弹性体包括：热塑性弹性体、静电消散聚氨酯弹性体、锂盐和高导电碳黑，重量占比为：
热塑性弹性体：50％至65％
导电聚氨酯弹性体母粒：30％～45％
锂盐:0.4％～0.6％
高导电碳黑：3％～6％
根据本发明的优选技术方案：所述热塑性弹性体为热塑性聚氨酯TP
其中，所述热塑性聚氨酯弹性体的邵氏硬度范围为：肖氏硬度60
A～70D
根据本发明的优选技术方案：所述静电消散聚氨酯弹性体，邵氏硬度范围为：肖氏硬度70A～85A。
根据本发明的优选技术方案:所述锂盐为三氟甲烷磺酰胺锂
根据本发明的优选技术方案：所述高导电碳黑为阿克苏-诺贝尔的EC300J,EC600JD；来自卡博特的XCmaxTM及特米高的SUPER的一种或几种组合。
本发明还提供了一种导电或导静电的热塑性弹性体的制备方法，所述一种导电或导静电的热塑性弹性体的制备方法为：
对热塑性弹性体进行干燥，保持水分含量在1000PPM以下，
烘干的热塑性弹性体在双螺杆的第一节喂料口通过失重喂料器按比例
喂入双螺杆挤出机；
静电消散聚氨酯弹性体进行干燥，保持水分含量低于500PPM，烘干的静电消散聚氨酯弹性体在螺杆的第七段通过失重喂料器按比例加入双螺杆挤出机；
高导电碳黑及锂盐在第一段通过失重喂料器按比例加入，
该双螺杆直径为36mm-90mm且长径比L/D为35～50：1，该挤出机温度设置分为8～15区，从主下料口到模头的温度设置为：170℃-185℃-195℃-200℃-195℃-190℃-185℃-180℃-180℃-185℃-185℃-190℃-190℃(各段温度允许有±5℃的温差，都属于本发明的保护范围)，各种组份通过失重喂料器按配方加入后，螺杆的挤出速度为150RPM～450RPM，融体通过模头进入水槽冷却，再经过切粒机切粒，最后将所得的粒料在70C～115C下干燥2～8个小时。
根据本发明的优选技术方案：所述一种导电或导静电的热塑性弹性体的制备方法为：
热塑性弹性体经过除湿干燥机干燥，保持水分含量在1000PPM以下，烘干的热塑性弹性体在双螺杆的第一节喂料口通过失重喂料器按比例喂入双螺杆挤出机；
静电消教聚氨酯弹性体经过除湿干燥机干燥，保持水分含量低于500PPM，烘干的静电消散氨酯弹性体在螺杆的第七段通过失重喂料器按比例加入双螺杆挤出机；
高导电碳黑及锂盐在第一段通过失重喂料器按比例加入，该双螺杆直径为52mm且长径比L/D为44：1，该挤出机温度设置分为12区，从主下料口到模头的温度设置为：170℃-185℃-195℃-200℃-195℃-190℃-185℃-180℃-180℃-185℃-185℃-190℃-190℃(各段温度允许有±5℃的温差，都属于本发明的保护范围)各种组份通过失重喂料器按配方加入后，螺杆的挤出速度为150RPM，融体通过模头进入水槽冷却，再经过切粒机切粒，最后将所得的粒料在105C下干燥4个小时。
本发明还提供了应用，所述一种导电或导静电的热塑性弹性体用于制造导电或静电的弹性体薄膜。
所述一种导电或导静电的热塑性弹性体用于制造打印机硒鼓里的充电辊和显影辊。
本发明技术方案中提供的一种导电或导静电的热塑性弹性体是一种电阻稳定的导电弹性体材料，该材料表现为电阻值稳定的导静电性能并易于加工，在不同环境中使得本专利的产品的导静电性能不会受到外部湿度和温度的影响。本发明一种导电或导静电的热塑性弹性体的制备方法简单、高效、便于实现自动化生产。
【具体实施方式】
本申请人研发了一种放置在金属油罐内的内衬袋(专利申请号201420474420.9)所使用的多层结构的薄膜，需要具备很稳定的导静电功能。这种内衬袋是装置在加油站的埋地罐或者油罐车的油罐或者油库的储油罐内，当油品进出这个油罐的内衬袋时会产生静电，静电也会慢慢地聚集积累，所以必须有效地将静电消散出去到金属油罐上。这就要求所使用的材料必须要有稳定的导静电性能，经过多年的测试，其材料的体积电阻率稳定在10的6次方到10的7次方欧姆为最佳效果。
本发明技术方案提供了一种导电或导静电的热塑性弹性体，所述一种导电或导静电的热塑性弹性体包括：热塑性弹性体、静电消散聚氨酯弹性体、锂盐、高导电碳黑，重量占比为：
热塑性弹性体：40％至85％；
静电消散聚氨酯弹性体：15％～60％；
锂盐:0.1％～0.8％；
高导电碳黑：1％～10％。
在本发明的优选技术方案中，一种导电或导静电的热塑性弹性体包括：热塑性弹性体、静电消散聚氨酯弹性体、锂盐和高导电碳黑，重量占比为：
热塑性弹性体：50％至65％；
导电聚氨酯弹性体母粒：30％～45％；
锂盐:0.4％～0.6％
高导电碳黑：3％～6％。
在本发明的优选技术方案中，所述热塑性弹性体为热塑性聚氨酯TPU，所述热塑性聚氨酯弹性体的邵氏硬度范围为：肖氏硬度60A～70D。
在本发明的优选技术方案中，所述静电消散聚氨酯弹性体，邵氏硬度范围为：70Shore A～85Shore A。该导电聚氨酯材料通过三种反应物反应制备.第一种反应物是聚醚多元醇,第二种反应物是二异氰酸酯,第三种反应物是扩链剂。该静电消散的聚氨酯弹性体相当于传统的吸湿性聚合物，表现出更低及更稳定的电导率。
在本发明的优选技术方案中，所述锂盐为三氟甲烷磺酰胺锂。
在本发明的优选技术方案中，所述高导电碳黑为阿克苏-诺贝尔的EC300J,EC600JD；来自卡博特的XCmaxTM及特米高的SUPER的一种或几种组合。该高导电炭黑相对于传统的导电炭黑用量小，能保持最终组合物的良好的加工性能。
在本发明中，如果单独采用聚氨酯加上静电消散的聚氨酯形成的导电组合物表现出来在高温高湿情况下电阻率偏低，而在低温低湿时电阻偏高。采用聚氨酯加上高导电炭黑形成的导电组合物表现出来在高温高湿情况下电阻偏高，而在低温低湿时电阻偏低。当同时采用聚氨酯弹性体加上静电消散聚氨酯母粒和高导电炭黑并辅助于锂盐，聚氨酯导电母粒与高导电炭黑之间形成了互补关系起到协同效应的作用，从而得到了电阻不随环境温湿度变化、稳定的聚氨酯弹性体组合物。
以下结合实施例进行说明：
实施例1：
所述导电薄膜用热塑性弹性体组合物包括重量占比为：热塑性聚氨酯弹性体40％；离子亲水静电消敬聚氨酯弹性体53.9％；锂盐0.1％；超导电碳黑6％。
其中，热塑性聚氨酯弹性体选用路博润的FT001 NAT021，离子亲水静电消散聚氨酯弹性体母粒选用路博润的58252，锂盐选阿法埃莎化学有限公司的三氟甲烷磺酸锂,超导电碳黑选用阿克苏-诺贝尔的EC300J。
采用实施例1得到的性能参数与现有技术中的性能参数比对表如表1：
表1：
实施例2：
所述导电薄膜用热塑性弹性体组合物包括重量占比为：热塑性聚氨酯弹性体84.2％；离子亲水静电消散聚氨酯弹性体母粒15％；锂盐0.8％；超导电碳黑3％。
其中，热塑性聚氨酯弹性体选用路博润的FT001NAT021，亲水静电消散聚氨酯弹性体选用路博润的58252，锂盐选阿法埃莎化学有限公司的三氟甲烷磺酸锂,超导电碳黑选用阿克苏-诺贝尔的EC300J。
采用实施例2得到的性能参数与现有技术中的性能参数比对表如表2：
表2：
实施例3：
所述导电薄膜用热塑性弹性体组合物包括重量占比为：热塑性聚氨酯弹性体49.5％；静电消散亲水聚氨酯弹性体母粒49％；锂盐:0.5％；超导电碳黑1％。
其中，热塑性聚氨酯弹性体选用路博润的FT001 NAT021，静电消散亲水聚氨酯弹性体母粒选用路博润的58252，锂盐选阿法埃莎化学有限公司的三氟甲烷磺酸锂,超导电碳黑选用阿克苏-诺贝尔的EC300J。
采用实施例3得到的性能参数与现有技术中的性能参数比对表如表3：
表3：
实施例4：
所述导电性薄膜用热塑性弹性体组合物包括重量占比为：热塑性聚氨酯弹性体64.7％；静电消散亲水聚氨酯弹性体母粒29％；锂盐:0.3％；超导电碳黑6％。
其中，热塑性聚氨酯弹性体选用路博润的FT001 NAT021，静电消散亲水聚氨酯弹性体母粒选用路博润的58252，锂盐选阿法埃莎化学有限公司的三氟甲烷磺酸锂，超导电碳黑选用阿克苏-诺贝尔的EC300J。
采用实施例4得到的性能参数与现有技术中的性能参数比对表如表4：
表4：
实施例5：
所述导电薄膜用热塑性弹性体组合物包括重量占比为：热塑性聚酯弹性体64.5％；静电消散亲水聚氨酯弹性体母粒30％；锂盐0.5％；超导电碳黑5％。
其中，热塑性聚氨酯弹性体选用路博润的FT001 NAT021，静电消散亲水聚氨酯弹性体母粒选用路博润的58252，锂盐选阿法埃莎化学有限公司的三氟甲烷磺酸锂,超导电碳黑选用阿克苏-诺贝尔的EC300J
采用实施例5得到的性能参数与现有技术中的性能参数比对表如表5：
表5：
实施例6：
所述导电性辊筒用热塑性弹性体组合物包括重量占比为：热塑性聚氨酯弹性体51.2％；离子亲水导电聚氨酯弹性体母粒45％；锂盐0.8％；超导电碳黑3％。
其中，热塑性聚氨酯弹性体选用路博润的FT001 NAT021，静电消散亲水聚氨酯弹性体母粒选用路博润的58252，锂盐选阿法埃莎化学有限公司的三氟甲烷磺酸锂,超导电碳黑选用阿克苏-诺贝尔的EC300J
采用实施例6得到的性能参数与现有技术中的性能参数比对表如表6：
表6：
实施例7：
所述导电性辊筒用热塑性弹性体组合物包括重量占比为：热塑性聚氨酯弹性体57％；离子亲水导电聚氨酯弹性体母粒40％；锂盐0.5％；超导电碳黑3％。
其中，热塑性聚氨酯弹性体选用路博润的FT001 NAT021，静电消散亲水聚氨酯弹性体母粒选用路博润的58252，锂盐选阿法埃莎化学有限公司的三氟甲烷磺酸锂,超导电碳黑选用阿克苏-诺贝尔的EC300J
采用实施例7得到的性能参数与现有技术中的性能参数比对表如表7：
表7：
本发明还提供了一种一种导电或导静电的热塑性弹性体的制备方法，所述一种导电或导静电的热塑性弹性体的制备方法为：
对热塑性弹性体进行干燥，保持水分含量在1000PPM以下，
烘干的热塑性弹性体在双螺杆的第一节喂料口通过失重喂料器按比例
喂入双螺杆挤出机；
静电消散聚氨酯弹性体进行干燥，保持水分含量低于500PPM，烘干的静电消散聚氨酯弹性体在螺杆的第七段通过失重喂料器按比例加入双螺杆挤出机；
高导电碳黑及锂盐在第一段通过失重喂料器按比例加入，
该双螺杆直径为36mm-90mm且长径比L/D为35～50：1，该挤出机温度设置分为8～15区，从主下料口到模头的温度设置为：170℃-185℃-195℃-200℃-195℃-190℃-185℃-180℃-180℃-185℃-185℃-190℃-190℃(各段温度允许有±5℃的温差，都属于本发明的保护范围)
各种组份通过失重喂料器按配方加入后，螺杆的挤出速度为150RPM～450RPM，融体通过模头进入水槽冷却，再经过切粒机切粒，最后将所得的粒料在70C～115C下干燥2～8个小时。
根据本发明的优选技术方案：所述导电弹性体组合物的制备方法为：
热塑性弹性体经过除湿干燥机干燥，保持水分含量在1000PPM以下，烘干的热塑性弹性体在双螺杆的第一节喂料口通过失重喂料器按比例喂入双螺杆挤出机；
静电消散聚氨酯经过除湿干燥机干燥，保持水分含量低于500PPM，烘干的静电消散聚氨酯弹性体在螺杆的第七段通过失重喂料器按比例加入双螺杆挤出机；
高导电碳黑及锂盐在第一段通过失重喂料器按比例加入，该双螺杆直径为52mm且长径比L/D为44：1，该挤出机温度设置分为12区，从主下料口到模头的温度设置为：170℃-185℃-195℃-200℃-195℃-190℃-185℃-180℃-180℃-185℃-185℃-190℃-190℃(各段温度允许有±5℃的温差，都属于本发明的保护范围)
各种组份通过失重喂料器按配方加入后，螺杆的挤出速度为150RPM，融体通过模头进入水槽冷却，再经过切粒机切粒，最后将所得的粒料在105C下干燥4个小时。
本发明还提供了应用，所述一种导电或导静电的热塑性弹性体用于制造导电或静电的弹性体薄膜。
所述一种导电或导静电的热塑性弹性体用于制造打印机硒鼓里的充电辊和显影辊。对于彩色复印机或彩色打印机中用的显影辊，充电辊等，必须具有合适稳定的电阻值。通常应用与辊筒的聚合物材料包含丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)，聚氨酯橡胶机氯醚橡胶。为了达到导电性聚合物，往往是在橡胶中配入导电碳黑，金属氧化物粉末等填充剂形成导电特性。
在使用导电碳黑作为导电性填充剂时，碳黑的添加量和聚合物的导电性没有稳定的相关关系，且存在电阻的急剧变化区域，控制电阻是非常困难的。同时该类型橡胶生产过程中，涉及的工艺流程相当较长包含了密炼，开练，挤出成型，交联，修边，抛光及涂层等。生产过程中产生的边角料无法回收，造成了大量的环境污染。
为了解决该一系列问题，一些导电热塑性弹性体聚合物被应用于彩色复印机或彩色打印机中用的显影辊，充电辊中。该类型导电聚合物基于导电粒子聚合物及一些亲水型聚氨酯材料。这种材料表现出来优越的热加工性能，可以直接通过单螺杆挤出机挤出成型辊的外形，表面光滑，无需抛光。整个辊上各个点的电阻值稳定，在打印测试中的打印效果非常细腻。但是在不同环境测试中：高温高湿的情况下(40℃，85％相对湿度)与低温低湿(10℃，10％相对湿度)下，电阻变化超过了100倍。该变化率不能满足打印机的使用环境要求。
本发明技术方案中提供的一种导电或导静电的热塑性弹性体是一种电阻稳定的导电弹性体材料，它即能达到离子导电亲水聚合物的永久清洁的导电性能，又通过与超导电炭黑有效的结合，起到了一种协同效用，在高低温度湿度的环境下对材料的电阻保持稳定。该材料表现为电阻值稳定的导静电性能并易于加工，在不同环境中使得本专利的产品的导静电性能不会受到外部湿度和温度的影响。本发明一种导电或导静电的热塑性弹性体的制备方法简单、高效、便于实现自动化生产。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种导电或导静电的热塑性弹性体，其特征在于：所述一种导电或导静电的热塑性弹性体包括热塑性聚氨酯弹性体、静电消散聚氨酯弹性体、锂盐和高导电碳黑，重量占比为：
热塑性聚氨酯弹性体：40％～85％；
静电消散聚氨酯弹性体：15％～60％；
锂盐:0.1％～0.8％；
高导电碳黑：1％～10％；
其中，所述热塑性聚氨酯弹性体为路博润的NAT021；
所述静电消散聚氨酯弹性体为路博润的
所述锂盐为三氟甲烷磺酰胺锂；
所述高导电碳黑为阿克苏-诺贝尔的EC300J,EC600JD；来自卡博特的XCmaxTM及特米高的SUPER的一种或几种组合。
2.根据权利要求1所述一种导电或导静电的热塑性弹性体，其特征在于：所述导电或导静电的热塑性弹性体包括热塑性聚氨酯弹性体、静电消散聚氨酯弹性体、锂盐和高导电碳黑，重量占比为：
热塑性聚氨酯弹性体：50％～65％；
静电消散聚氨酯弹性体：30％～45％；
锂盐:0.4％～0.6％；
高导电碳黑：3％～6％。
3.一种如权利要求1至2其中之一所述一种导电或导静电的热塑性弹性体的制备方法，其特征在于：所述导电或导静电的热塑性弹性体的制备方法为：
对热塑性聚氨酯弹性体进行干燥，保持水分含量在1000PPM以下，
烘干的热塑性聚氨酯弹性体在双螺杆的第一节喂料口通过失重喂料器按比例喂入双螺杆挤出机；
静电消散聚氨酯弹性体进行干燥，保持水分含量低于500PPM，烘干的静电消散聚氨酯弹性体在螺杆的第七段通过失重喂料器按比例加入双螺杆挤出机；
高导电碳黑及锂盐在第一段通过失重喂料器按比例加入，
该双螺杆直径为36mm－90mm，且长径比L/D为35～50：1，该挤出机温度设置分为12区，从主下料口到模头的温度设置为：170℃-185℃-195℃-200℃-195℃-190℃-185℃-180℃-180℃-185℃-185℃-190℃-190℃，各温度设置有±5℃温差，各种组份通过失重喂料器按配方加入后，螺杆的挤出速度为150RPM～450RPM，融体通过模头进入水槽冷却，再经过切粒机切粒，最后将所得的粒料在70℃～115℃下干燥2～8个小时。
4.根据权利要求3所述导电或导静电的热塑性弹性体的制备方法，其特征在于：所述导电或导静电的热塑性弹性体的制备方法为：
热塑性聚氨酯弹性体经过除湿干燥机干燥，保持水分含量在1000PPM以下，烘干的热塑性聚氨酯弹性体在双螺杆的第一节喂料口通过失重喂料器按比例喂入双螺杆挤出机；
静电消散聚氨酯弹性体经过除湿干燥机干燥，保持水分含量低于500PPM，烘干的静电消散聚氨酯弹性体在螺杆的第七段通过失重喂料器按比例加入双螺杆挤出机；
高导电碳黑及锂盐在第一段通过失重喂料器按比例加入，该双螺杆直径为52mm且长径比L/D为44：1，该挤出机温度设置分为12区，从主下料口到模头的温度设置为：170℃-185℃-195℃-200℃-195℃-190℃-185℃-180℃-180℃-185℃-185℃-190℃-190℃,各种组份通过失重喂料器按配方加入后，螺杆的挤出速度为150RPM，融体通过模头进入水槽冷却，再经过切粒:机切粒，最后将所得的粒料在105℃下干燥4个小时。
5.一种如权利要求1至2其中之一所述一种导电或导静电的热塑性弹性体的应用，其特征在于：所述一种导电或导静电的热塑性弹性体用于制造导电或静电的弹性体薄膜。
6.一种如权利要求1至2其中之一所述一种导电或导静电的热塑性弹性体的应用，其特征在于：所述一种导电或导静电的热塑性弹性体用于制造打印机硒鼓里的充电辊和显影辊。
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