CN107075204A - 具有改进的物理特性的薄壁可模制的导电组合物以及其用途 - Google Patents

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Abstract

本披露涉及展示了导电特性以及改进的机械和物理特性的热塑性组合物。在此披露的还是用于制造所披露的组合物的方法以及包含该组合物的制品。

Description

具有改进的物理特性的薄壁可模制的导电组合物以及其用途
相关申请
本申请要求于2014年10月22日提交的美国专利申请号62/067,248的权益，出于任何和所有目的该专利申请的内容以其全文并入本文。
技术领域
本披露涉及展示了电导率和静电消散特性，同时保持改进的物理特性如流动、延展性和冲击强度的聚丙烯组合物。
发明背景
典型地，热塑性聚合物组合物的电导率可以通过将导电填充剂引入到聚合物基质内来实现。这些导电材料还可以充当静电消散材料并防止潜在危险电荷的积聚。
发明内容
当将填充剂引入到树脂组合物内时，所获得的电导率或静电消散能力可伴随有对该组合物的其他物理特性的不利影响。高填充剂负载导致差的流动特性，这反而可以降低该组合物的加工性。低流动特别地降低了薄壁模制能力。在本领域中对于导电聚合物复合材料存在需要，这些复合材料提供了薄壁可模制性并且具有良好的流动、脱模性能、延展性和艾佐德(Izod)冲击强度特性。在各个方面中在此所披露的是具有改进的流动、延展性和冲击强度的薄壁可模制的导电热塑性组合物。
以上描述的和其他缺陷由以下组合物来满足，该组合物包含：(a)从约75wt.％至约84wt.％的聚丙烯聚合物组分，其中该聚丙烯聚合物组分包括聚丙烯共聚物和聚丙烯均聚物；(b)从约15wt.％至约25wt.％的导电填充剂组分；(c)从约0.01wt.％至约0.05wt.％的聚合物链改性剂组分；以及从约0.5wt.％至约1wt.％的脱模添加剂，其中所有组分的组合重量百分比值不超过约100wt.％，并且其中所有重量百分比值基于该组合物的总重量，并且其中该组合物具有(i)小于约200ohm/sq的表面电阻率；(ii)在23℃下测量的大于约300J/m的缺口艾佐德冲击强度；(iii)在缺口和无缺口艾佐德冲击试验中的100％延展性；(iv)在190℃和2.16kg负荷下的大于约15cm3/10min的熔体体积速率；和(v)由小于500psi的喷出压力展示的良好的脱模性能。
在各个方面，本披露涉及包含在此披露的组合物的物品。例如，所披露的组合物涉及包含所披露的组合物的薄壁物品。在这方面，薄壁是当与其长度和宽度相比时的更窄的产品的部分。如在此所披露的，薄壁可以具有小于约3mm的标称厚度。该薄壁的物品可以被加工用于许多领域中，例如作为用于消费电子设备的外壳。
在另一方面，本披露涉及制备薄壁可模制的导电热塑性组合物的方法。
虽然可以在如系统法定类的具体法定类中描述且要求保护本发明的方面，但这仅是为了方便并且本领域技术人员将理解，可以在任何法定类中描述并且要求保护本发明的每个方面。除非另有明确陈述，否则决不旨在的是在此列举的任何方法或方面被解释为要求其步骤以特定顺序进行。因而，在方法权利要求不确切地陈述在这些步骤有待被限制为特定顺序的权利要求书或说明书中时，决不旨在的是在任何方面顺序被推断。这适用于用于解释的任何可能的非明确基础，包括关于步骤或操作流程的安排的逻辑事件，衍生自语法组织或标点符号的清晰含义，或说明书中描述的方面的数目或类型。
具体实施方式
所披露的热塑性组合物包含：(a)从约75wt.％至约84wt.％的聚丙烯聚合物组分，其中该聚丙烯聚合物组分包括聚丙烯共聚物和聚丙烯均聚物；(b)从约15wt.％至约25wt.％的导电填充剂组分；(c)从约0.01wt.％至约0.05wt.％的聚合物链改性剂组分；以及从约0.5wt.％至约1wt.％的脱模添加剂，其中所有组分的组合重量百分比值不超过约100wt.％，并且其中所有重量百分比值基于该组合物的总重量。所披露的热塑性组合物可以具有(i)小于约200ohm/sq的表面电阻率；(ii)在23℃下测量的大于约300J/m的缺口艾佐德冲击强度；(iii)在缺口和无缺口艾佐德冲击试验中的100％延展性；(iv)在190℃和2.16kg负荷下的大于约15cm3/10min的熔体体积速率；和(v)由小于500psi的喷出压力展示的良好的脱模性能。
在加入导电填充剂时，传统上合适的绝缘体、聚合物树脂可以被制成导电的或静电消散的。此类材料的添加可以产生在该聚合物基质内的颗粒的系统，该聚合物基质允许电荷导电通过绝缘聚合物。然而，导电填充剂的高负载通常导致具有差的流动、延展性和冲击特性的复合聚合物组合物，这最终负面影响该聚合物的加工。所披露的组合物提供了导电填充的热塑性组合物，同时保持高流动、适当的脱模性、改进的缺口和无缺口艾佐德冲击强度、以及良好的延展性。所披露的组合物满足这些和其他需要，其中该组合物包含：(a)从约75wt.％至约84wt.％的聚丙烯聚合物组分，其中该聚丙烯聚合物组分包括聚丙烯共聚物和聚丙烯均聚物；(b)从约15wt.％至约25wt.％的导电填充剂组分；以及(c)从约0.01wt.％至约0.05wt.％的聚合物链改性剂组分；以及(d)从约0.5wt.％至约1wt.％的脱模添加剂；其中所有组分的组合重量百分比值不超过约100wt.％，其中所有重量百分比值基于该组合物的总重量，并且其中所披露的组合物可以具有(i)小于约200ohm/sq的表面电阻率；(ii)在23℃下的至少约300J/m的缺口艾佐德冲击强度；(iii)在缺口和无缺口艾佐德冲击试验中的100％延展性；在190℃下并且在2.16kg负荷下的大于约15cm3/10min的熔体体积速率；和由小于500psi的喷出压力展示的良好的脱模性能。在一个方面，该聚丙烯均聚物可以具有如根据约230℃的温度并且在2.16kg负荷下测量的大于约25g/10min的熔体流动指数。该聚丙烯共聚物可以具有在约230℃的温度下并且在2.16kg负荷下的超过约10g/10min的熔体流动指数以及在室温下测量的大于约180J/m的缺口艾佐德冲击强度。在另外的方面，该导电填充剂可以是炭黑。该模具添加剂可以是季戊四醇硬脂酸酯。
所披露的本发明组合物展示了导电特性同时保持冲击强度、流动和延展性。在一些方面，所披露的组合物可以展示改进的脱模性能。该组合物可以包含脱模添加剂。例如，该组合物可以包含以该组合物的总重量的从约0.2wt.％至约2wt.％的量的脱模添加剂。作为另一个实例，这些组合物可以包含作为模具添加剂的季戊四醇硬脂酸酯。
如在此使用的，术语“导电填充剂”或“导电添加剂”是指任何添加剂或填充剂，该任何添加剂或填充剂典型地是无机的并且具有高于聚合物基质的电导率并且可以帮助增加聚合物材料的电导率(如果被引入到聚合物配制品内)并且使该聚合物能够用于静电消散应用中。普通导电填充剂包括碳纳米管、碳纤维、炭黑、金属填充剂、涂有金属涂层的非导电填充剂、或非金属填充剂。
聚丙烯聚合物组分
如在此使用的，术语“聚丙烯”是指包含基于该聚丙烯的重量至少95wt.％的衍生自丙烯的重复单元(即，--CH2--CH(CH3)--单元)的聚合物。在一些实施例中，该聚丙烯可以包含基于该聚丙烯的重量至少98wt.％的衍生自丙烯的重复单元。当该聚丙烯是丙烯与另一种可共聚单体的共聚物时，其他可共聚单体可以是例如乙烯、C4-C12烯烃、丙烯酸C1-C6-烷基酯、甲基丙烯酸C1-C6-烷基酯、或前述单体中的两种或更多种的混合物。在某些方面，该聚丙烯可以是丙烯的均聚物。该聚丙烯可以是间同立构的、全同立构的或无规立构的。例如，该聚丙烯可以是无规立构的。
在一方面，所披露的组合物的聚丙烯组分可以包含聚丙烯均聚物和聚丙烯共聚物。在另一个实例中，该组合物可以包含聚丙烯均聚物和聚丙烯共聚物，其中该丙烯均聚物是该聚丙烯聚合物组分的次要组分。次要组分是指包括小于该聚丙烯聚合物组分的总重量的一半的聚丙烯均聚物。在另一个实例中，该聚丙烯聚合物组分可以包含从约15wt.％至约35wt.％的聚丙烯均聚物和从约65wt.％至约85wt.％的聚丙烯共聚物。在又另一个实例中，该聚丙烯聚合物组分可以包含从约25wt.％至约35wt.％的聚丙烯均聚物和从约65wt.％至约75wt.％的聚丙烯共聚物。
在一些方面，该聚丙烯组分包括聚丙烯均聚物和聚丙烯共聚物。在一个实例中，该聚丙烯均聚物可以具有如在230℃下并且在2.16kg负荷下测量的大于约25g/10min的熔体流动指数(MFI)。在另一个实例中，该聚丙烯共聚物可以具有如在23℃下测量的大于约180J/m的缺口艾佐德冲击强度以及如在230℃下并且在2.16kg负荷下测量的大于约10g/10min的熔体流动指数。
导电填充剂
静电放电(ESD)可能对电子部件是不利的，导致故障，降低的可靠性和增加的成本，以及在部署设备中潜在的部件故障。聚合物材料典型地是良好的绝缘体，但是在添加导电填充剂，如金属填充剂、涂覆有金属涂层的非导电填充剂、或导电非金属填充剂、以及碳基填充剂(如碳纳米管、碳纤维、以及炭黑)时，可以变得导电或静电消散的。此类材料的添加产生在该聚合物基质内的互相连接的颗粒的网络，允许电荷导电通过绝缘聚合物。在一些方面，所披露的组合物可以包含导电填充剂。作为一个实例，该组合物可以包含用于静电荷的消散的导电填充剂。
碳基填充剂可用作热塑性塑料中的导电填充剂。碳纳米管常常是单壁碳纳米管(SWNT)、多壁碳纳米管(MWNT)、或蒸汽生长的碳纤维(VGCF)。单壁碳纳米管(SWNT)可以通过石墨的激光蒸发，碳弧合成或高压一氧化碳转化工艺(HIPCO)工艺产生。这些SWNT总体上具有包含具有约0.7至约2.4纳米(nm)的外径的石墨烯片的单壁。MWNT衍生自如激光烧蚀和碳弧合成的工艺，并且具有至少两个在内部空心核周围结合的石墨烯层。MWNT总体上具有约2至约50nm的直径。蒸汽生长的碳纤维(VGCF)总体上是在化学气相沉积工艺中制造的。具有“树轮”或“鱼骨”结构的VGCF可以从烃类在蒸汽相中在微粒金属催化剂存在下在中等温度即约800℃至约1500℃的温度下生长。碳纳米管总体上是以导电组合物的总重量的约0.001wt.％至约80wt.％的量使用。
各种类型的导电碳纤维还可用于导电组合物中。碳纤维总体上是根据它们的直径、形态和石墨化度(形态和石墨化度是互相关的)进行分类。这些特征目前由用于合成碳纤维的方法来确定。例如，具有降到约5微米的直径的碳纤维和与纤维轴平行的石墨烯带(以径向、平面、或圆周安排的)商业上是通过纤维形式的有机前体(包括酚醛树脂、聚丙烯腈(PAN)、或沥青)的热解产生的。这些碳纤维总体上具有大于或等于约1,000纳米(1微米)至约30微米的直径。碳纤维总体上是以该树脂的总重量的约0.001wt.％至约50wt.％的量使用。
炭黑可用作热塑性树脂中的导电填充剂。导电炭黑是可商购的并且在许多商品名(包括S.C.F.(超级导电炉)、E.C.F.(导电炉)、Ketjen Black EC(从阿克苏有限公司(AkzoCo.,Ltd.)可获得的)或乙炔黑下出售的导电粉末。炭黑的特性影响该聚合物基质的特征，将该炭黑引入至该聚合物基质中。粒度或表面积、结构程度和在这些颗粒之间的孔隙空间的相应量以及孔隙率影响电导率和流动的水平。炭黑颗粒可以形成多孔聚集体(颗粒簇)，这些聚集体通过物理力如范德华力彼此强有力地附接。这些聚集体进而可以聚集成由较弱的力保持在一起的团聚体。进一步地，通过如在热塑性塑料形成过程存在的剪切的力和如在挤出过程的加工在尺寸上可以压缩这些聚集体。
在一方面，本披露的导电填充剂可以包括炭黑。该导电填充剂可以包括具有约0.2g/cc的密度的炭黑。该炭黑可以具有至少约50m2/g、或更确切地说至少约60m2/g的表面积。
炭黑可以是以导电组合物的总重量的约0.01wt.％至约50wt.％的量使用。在一个方面，基于所披露的热塑性组合物的重量，以从约15wt.％至约25wt.％的量使用炭黑。在另一个实施例中，基于该热塑性组合物的总重量，以约17wt.％至约23wt.％的量使用炭黑。例如，该热塑性组合物可以包含约19wt.％的炭黑。
聚合物链改性剂添加剂
聚烯烃聚合物可以通过断链被降解成较低的分子量。这种断链，还被称为减粘裂化，给该树脂较低的平均分子量或较窄的分子量分布(MWD)。对于这些树脂，变窄的MWD可以提供改进的流动性和加工性。因而，聚合物中的定向断链通常被称为“受控制的流变学”。聚丙烯聚合物常常以较高的MWD为特征并且易受分子量降解影响。减粘裂化的工艺自然地或通过将化学添加剂引入到聚丙烯树脂内发生。在某些温度下或作为UV暴露的结果，当不稳定的聚丙烯氧化时，降解自然发生。在替代方案中，引入添加剂以诱导断链。在一方面，所披露的组合物包含被配置成改性聚合物链长度和聚合物的分子量分布的添加剂。在另一个实例中，所披露的组合物包含被配置成改性聚丙烯聚合物的分子量分布的聚合物链改性剂添加剂。在甚至另一个实例中，该聚合物链改性剂添加剂包括过氧化物。
聚丙烯通过过氧化物的降解被认为通过一系列自由基反应(I)进行。过氧化物通过均裂断裂热地分解以产生过氧基，其然后与聚丙烯聚合物链的主链反应，并最终通过β断裂反应降解该聚合物主链。所得聚合物基然后通过歧化终止。
这种过氧化物诱导的断链从而提供了较短的聚合物链长度，其产生了该聚丙烯聚合物的较窄的分子量分布。
在各个方面，所披露的组合物的聚合物链改性剂添加剂包括过氧化物。例如，该添加剂可以是有机过氧化物，如叔丁基氢过氧化物、叔戊基氢过氧化物、羽片(pinnae)氢过氧化物、枯烯氢过氧化物、2,5-二甲基-2,5-二(氢过氧基)己烷、二异丙基苯单氢过氧化物、过氧化二苯甲酰、过氧化对氯苯甲酰、过氧化月桂酰、3,5,5-三甲基己酰过氧化物、过氧化乙酰、2,5-二甲基-2,5-二(苯甲酰基过氧基)己烷、2,5-二甲基-2,5-二(2-乙基己酰基过氧基)己烷、2,2-二(叔丁基过氧基)丁烷、2,2-二(叔戊基)过氧基丙烷、4-(叔戊基过氧基)-4-甲基-2-戊醇、1,1-二(叔丁基过氧基)环己烷、2,2-双(4,4-二-叔丁基过氧基环己基)丙烷、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)-3-己炔、二-叔丁基过氧化物、二叔戊基过氧化物、1,4-二(叔丁基过氧基异丙基)苯、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷、1,1,4,4,7,7-六甲基环-4,7-二过氧基壬烷、3,3,6,6,9,9-六甲基环-1,2,4,5-四氧杂壬烷、3,6,6,9,9-五甲基-3-正丙基-1,2,4,5-四氧杂环壬烷、3,6,6,9,9-五甲基-3-(乙酸乙酯)-1,2,4,5-四氧杂环壬烷、或3-苯基-3-叔丁基过氧基苯酞。该聚合物链改性剂添加剂可以包括在聚丙烯载体中的过氧化物。
在一个方面，该热塑性组合物可以包含以该热塑性组合物的总重量的从约0.01wt.％至约0.05wt.％的量的聚合物链改性剂。例如，该热塑性组合物可以包含以该热塑性组合物的总重量的从约0.01wt.％至约0.05wt.％的量的过氧化物。
脱模剂
在一方面，该热塑性组合物进一步包含脱模添加剂。添加剂如增塑剂、润滑剂和/或脱模剂之中存在相当大的重叠，这些添加剂包括例如，邻苯二甲酸酯如二辛基-4,5-环氧基-六氢邻苯二甲酸酯；三-(辛氧基羰基乙基)异氰脲酸酯；三硬脂酸甘油酯；二-或多官能的芳香族磷酸酯，如间苯二酚四苯基二磷酸酯(RDP)、对苯二酚的双(二苯基)磷酸酯和BPA的双(二苯基)磷酸酯；聚-α-烯烃；环氧化大豆油；硅酮，包括硅油；酯，例如，脂肪酸酯如烷基硬脂基酯，例如硬脂酸甲酯；硬脂酸硬脂酯，季戊四醇四硬脂酸酯等；硬脂酸甲酯以及亲水性和疏水性非离子表面活性剂(包含聚乙二醇聚合物、聚丙二醇聚合物及其共聚物)的混合物，例如在合适的溶剂中的硬脂酸甲酯和聚乙烯-聚丙二醇共聚物；聚氧化乙烯和聚氧化丙烯的嵌段共聚物，如PluronicTM家族共聚物；蜡，如蜂蜡、褐煤蜡、石蜡等；以及聚α烯烃，如EthylfloTM164、166、168和170。在一个方面，示例性脱模添加剂包括但不限于，例如，金属硬脂酸盐、硬脂酸硬脂酯、季戊四醇四硬脂酸酯、蜂蜡、褐煤蜡，石蜡、或类似物、或包含前述脱模添加剂中的至少一种的组合。例如，该脱模添加剂包括季戊四醇硬脂酸酯。
基于100重量份的总组合物(不包括任何填充剂)，总体上以从0.1至1.0重量份的量使用脱模添加剂。在一个方面，所披露的组合物可以包含以从约0.2wt.％至约2wt.％的量的脱模添加剂。作为举例，该热塑性组合物可以包含以该总组合物的从约0.2wt.％至约2wt.％的量的季戊四醇硬脂酸酯。
在一个方面，与不存在该脱模组合物的基本上相同的参考组合物相比，包含该脱模添加剂的热塑性组合物具有更好的脱模性能，并且其中该脱模组合物的存在对机械和物理特性基本上没有负面影响。
在一个方面，可以根据从模具排出模制样品所要求的喷出压力来评估脱模性能。例如，与不存在该脱模组合物的基本上相同的参考组合物相比，包含该脱模组合物的热塑性组合物具有更低的喷出压力，并且其中该脱模组合物的存在对机械和物理特性基本上没有负面影响。对于给定的样品，大于750psi的脱模喷出压力，表明了差的脱模性能，并且小于500psi的脱模喷出压力表明了良好的脱模性能。作为举例，该热塑性组合物的模制样品可以展示出小于约500psi的喷出压力。在另一个实例中，该热塑性组合物的模制样品的喷出压力可以是约500psi。
其他添加剂
如在此描述的热塑性组合物适合于在如本领域中已知的多种多样的组合物和应用中使用。该热塑性组合物可以包含一种或多种被选择来实现所希望的特性的添加剂，其条件是该一种或多种添加剂还被选择以便不显著地不利地影响该热塑性组合物的所希望的特性。可以在用于形成该组合物的组分的混合过程中在合适时间混合该添加剂组合物或单独添加剂。该添加剂可以可溶于和/或不可溶于聚合物中。
该添加剂组合物可包含抗冲击改性剂、流动改性剂、填充剂(例如，微粒聚四氟乙烯(PTFE)、玻璃、碳、矿物或金属)、增强剂(例如，玻璃纤维)、冲击改性剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外(UV)光稳定剂、UV吸收添加剂、增塑剂、润滑剂、隔离剂(如脱模剂)、抗静电剂、防雾剂、抗菌剂、着色剂(例如，染料或颜料)、表面效应添加剂、辐射稳定剂、阻燃剂、防滴剂(例如，PTFE包封的苯乙烯-丙烯腈共聚物(TSAN))、或包含前述中的一种或多种的组合。例如，可以使用热稳定剂、脱模剂和紫外光稳定剂的组合。总体上，以总体上已知有效的量使用这些添加剂。例如，各自基于该组合物中聚合物的总重量，该添加剂组合物(除了任何冲击改性剂、填充剂、或增强剂之外)的总量可以是约0.001wt.％至约10.0wt.％、或约0.01wt.％至约5wt％，或任何中介范围，包括从约0.01wt.％至约1wt.％、从约0.01wt.％至约2wt.％、从约0.01wt.％至约3wt.％、从约0.01wt.％至约4wt.％、从约0.01wt.％至约6wt.％、从约0.01wt.％至约7wt.％、从约0.01wt.％至约8wt.％、和/或从约0.01wt.％至约9wt.％。
物品
在一个方面，本发明涉及包括所披露的热塑性组合物的成形的、形成的或模制的物品。这些热塑性组合物通过各种方式(如用以形成物品的注射模制、挤出、旋转模制、吹塑模制和热成形)可以被模制成有用的成形的物品，例如像，用于手机和手机盖的各种部件，用于计算机外壳的部件，计算机外壳和商业机器外壳如用于监视器的外壳，手持式电子设备外壳如用于手机的外壳，电连接器，以及照明器材、装饰品、家用器具、屋顶、温室、阳光房、游泳池附件、发光二极管(LED)和光板的部件，挤出膜和片材物品等。
所披露的组合物在制造薄壁物品(如移液管尖端或用于电子设备的外壳)中具有特别的效用。可以由这些组合物形成的物品的额外实例包括电气零件，如继电器和附件，消费电子产品，如用于笔记本电脑、台式机、对接站、PDA、数码相机、台式机的附件和零件，以及电信零件，如用于基站终端的零件。如以上指出的，所披露的复合材料非常适合于在制造电子部件和设备中使用。如此，根据一些方面，所披露的复合材料可用于形成物品，如印刷电路板载体、测试用插座中的烧录(burn)、用于硬盘驱动器的挠曲支架、以及类似物。
在各个方面，本发明涉及一种选自模制物品、热成型物品、发泡物品、挤出膜、挤出片材、多层物品的一层或多层、用于涂覆物品的基材或用于金属化物品的基材的物品，该物品包含任何所披露的热塑性组合物。
在各个方面，本发明涉及由披露的热塑性组合物形成的制品。在另一个方面，该物品是注射模制的零件。在又另一个方面，该物品是挤出膜或片材。在甚至另一个方面，该物品是用于电子设备的部件。
在至少一个方面，该物品是注射模制的物品。在另一个方面，该物品是挤出膜或片材。可以使用常规方法将所披露的热塑性组合物形成为物品、膜或片材。
在甚至另一个方面，该物品、膜或片材可以用于形成装置。在又另一个方面，该物品可以具有一个或多个孔。
在另一个方面，可以包括根据本发明的所披露的热塑性组合物的设备的非限制性实例包括计算机设备、家用电器、装饰设备、电磁干扰设备、印刷电路、Wi-Fi设备、蓝牙设备、GPS设备、蜂窝状天线设备、智能电话设备、汽车设备、军事设备、航空航天设备、医疗设备(如助听器)、传感器设备、安全设备、屏蔽设备、RF天线设备、或RFID设备。
在各个方面，该物品可以是用于保健领域中的应用的医疗设备的部件。例如，包含所披露的热塑性组合物的物品可以用于移液管尖端中。导电聚丙烯可以允许通过液体的流动产生的静电放电通过尖端架(tip rack)。
在至少一个方面，该物品是用于电子设备的部件。
在另一个方面，该物品选自计算机设备、电磁干扰设备、印刷电路、Wi-Fi设备、蓝牙设备、GPS设备、博弈设备、蜂窝状天线设备、智能电话设备、膝上型计算机、平板计算机、电子阅读器设备、复印机设备、汽车设备、医疗设备、传感器设备，安全设备、屏蔽设备、RF天线设备、LED设备、以及RFID设备。例如，该物品可以是智能电话的部件。在又另一个方面，该物品选自计算机设备、传感器设备、安全设备、RF天线设备、LED设备和RFID设备。在甚至另一个实例中，该物品选自计算机设备、RF天线设备、LED设备和RFID设备。在还另一个方面，该物品选自RF天线设备、LED设备和RFID设备。在又另一个方面，该物品选自RF天线设备和RFID设备。在甚至另一个方面，该物品是LED设备。在还另一个方面，LED设备选自LED管、LED插座和LED散热器。在另一个方面，该物品是用于运动护目镜或眼镜架的部件。
在另一个方面，该物品是用于电子外壳的部件。在还另一个方面，电子外壳是用于手机、智能电话、GPS设备、膝上型计算机、平板计算机、电子阅读器、或复印机的部件。在又另一个方面，该电子外壳是用于手机或智能电话的部件。在甚至另一个方面，该电子外壳是用于GPS设备的部件。在还另一个方面，电子外壳是用于膝上型计算机、平板计算机、或电子阅读器的部件。
在另一个方面，这些模制物品可用于制造汽车领域中的设备。在还另一个方面，在汽车领域中在车辆内部可以使用所披露的共混的热塑性组合物的此类设备的非限制性实例包括自适应巡航控制、车头灯传感器、挡风玻璃刮水器传感器、和门/窗开关。在另一个方面，在汽车领域中在车辆内部可以包括所披露的共混的热塑性组合物的设备的非限制性实例包括用于发动机管理、空气调节、碰撞检测、以及外部照明夹具的压力和流量传感器。
在各个方面，该物品是室外电附件。
在另一个方面，该物品是电动车辆充电系统的部件。
在另一个方面，该物品是光伏接合连接器(photovoltaic junction connector)或光伏接合盒(photovoltaic junction box)的部件。
在各个方面，本发明涉及制品，该制品包括：由该热塑性组合物形成的模制体；其中该模制体具有至少一个展示电导率的表面；并且其中该热塑性组合物包括用于提供该至少一种改进的电导率特性的手段。
还应当理解，在此使用的术语仅仅是为了描述具体方面的目的并且不旨在是限制性的。如在说明书和权利要求书中所使用的，术语“包含(comprising)”可以包括“由…组成”和“主要由…组成”的实施例。除非另外定义，在此所使用的全部技术术语和科学术语具有与本披露所属领域之内的普通技术人员通常所理解的相同的含义。在本说明书和随后的权利要求书中，将参考应该在此定义的一些术语。
如在本说明书和所附的权利要求书中所使用的，除非上下文另外明确指出，单数形式“一个(a/an)”以及“所述(the)”包括复数指示物。因此，例如，提及“聚丙烯聚合物(apolypropylene polymer)”包括两种或更多种聚丙烯聚合物的混合物。
在此可以将范围表述为从一个具体的值，和/或到另一个具体的值。当表述此类范围时，另一个方面包括从所述一个具体的值和/或到所述另一个具体的值。类似地，当值被表述为近似值时，通过使用先行词‘约’，应理解为所述具体的值形成另一个方面。此外，应理解这些范围中的每一个的端点既与另一个端点显著相关，又显著独立于另一个端点。还应理解，存在一些在此披露的值，并且每个值在此还被披露为除了该值本身之外的“约”那个具体值。例如，如果值“10”被披露，那么“约10”还被披露。还应理解，还披露了在两个具体单元之间的每个单元。例如，如果披露了10和15，那么还披露了11、12、13和14。
如在此使用的，术语“约”和“在或约”意思是讨论中的量或值可以是被指定为近似地或大致一样的一些其他值的值。总体上应理解，如在此使用的，除非另外指出或推断，否则其是指出为±10％变化的标称值。该术语旨在传达类似的值促进权利要求书中列举的等价结果或效果。也就是说，应理解，量、尺寸、配制品、参数和其他数量和特征不是并且不需要是精确的，但是可以是近似的和/或更大或更小的，如所希望的反映公差、转换因子、舍入、测量误差等，以及本领域技术人员已知的其他因素。总体上，量、尺寸、配制品、参数或其他数量或特征是“约”或“近似的”，无论是否明确地陈述是这样的。应理解，当在数值之前使用“约”时，参数还包括特定数值本身，除非另外确切地陈述。
披露了有待用于制备本披露的组合物的组分以及在在此披露的方法内有待使用的组合物本身。在此披露了这些以及其他材料，并且应理解当披露了这些材料的组合、子集、相互作用、组等时，虽然这些化合物的各不同个体及共同组合及排列的特定参考物可能未明确披露，但在此对每一者都进行了明确考虑以及描述。例如，如果披露且讨论了具体化合物，并且讨论了可以对一些分子(包括这些化合物)作出的一些改性，明确考虑的是该化合物以及这些改性(可能的)的每个组合和排列，除非明确地相反地指出。因此，如果披露了一类分子A、B和C以及一类分子D、E和F，并且披露了组合分子A-D的实例，则即使不单独列举每个，每个是单独地且共同地考虑的含义，但是组合A-E、A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E、和C-F被认为是披露的。同样地，还披露了这些的任何子集或组合。因此，例如，A-E、B-F和C-E的子组将被认为是披露的。该概念适用于本申请的所有方面，包括但不限于，制成并且使用本披露的组合物的方法中的步骤。因此，如果存在可以进行的多个附加步骤，则应理解这些附加步骤中的每一个都可以用本披露的方法的任何特定方面或方面的组合进行。
本说明书和最后的权利要求书中所提及的在组合物或物品中的具体元素或组分的重量份，表示该元素或组分与该重量份表述用于其中的组合物或物品中的任何其他元素或组分之间的重量关系。因此，在含有2重量份的组分X与5重量份的组分Y的化合物中，X和Y以2:5的重量比存在，并且不管化合物中是否还含有其他组分都以该比率存在。
如在此使用的，术语组分的“重量百分比”、“wt.％”、和“wt.％”(其可以可交换地使用)，除非明确地相反地陈述，是基于其中该组分被包括的配制品或组合物的总重量。例如，如果组合物或物品中的具体元素或组分据说具有按重量计8％，则应理解该百分比是相对于按重量计100％的总组成百分比。
使用标准命名法描述化合物。例如，未被任何指出的基团取代的任何位置被理解为具有被如指出的键或氢原子填充的其价。不在两个字母或符号之间的破折号(“-”)用于表明用于取代基的附着点。例如，-CHO是通过羰基的碳附接的。除非有另外定义，在本文中使用的技术和科学术语具有与本披露所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。
本披露包括至少以下方面。
方面1.一种展示出导电和静电消散特性的热塑性组合物，包含：从约78wt.％至约81wt.％的聚丙烯聚合物组分，其中该聚丙烯聚合物组分包括聚丙烯共聚物和聚丙烯均聚物；从约18wt.％至约22wt.％的炭黑；从约0.03wt.％至约0.05wt.％的过氧化物；以及从约0.5wt.％至约1wt.％的脱模添加剂，其中所有组分的组合重量百分比值不超过约100wt.％，并且其中所有重量百分比值基于该组合物的总重量。
方面2.一种展示出导电和静电消散特性的热塑性组合物，包含：从约75wt.％至约84wt.％的聚丙烯聚合物组分，其中该聚丙烯聚合物组分包括聚丙烯共聚物和聚丙烯均聚物；从约15wt.％至约25wt.％的导电填充剂组分；从约0.01wt.％至约0.05wt.％的聚合物链改性剂添加剂组分；以及从约0.2wt.％至约2wt.％的脱模添加剂，其中所有组分的组合重量百分比值不超过约100wt.％，并且其中所有重量百分比值基于该组合物的总重量。
方面3.如方面1-2中任一项所述的热塑性组合物，其中该聚丙烯均聚物占小于该聚丙烯聚合物组分的总重量的一半。
方面4.如方面1-2中任一项所述的热塑性组合物，其中该聚丙烯均聚物以该聚丙烯聚合物组分的总重量的从约15wt.％至约35wt.％的量存在并且其中该聚丙烯共聚物组分以该聚丙烯聚合物组分的总重量的从约65wt.％至约85wt.％的量存在。
方面5.如方面1-2中任一项所述的热塑性组合物，其中该聚丙烯均聚物以该聚丙烯聚合物组分的总重量的从约25wt.％至约35wt.％的量存在并且其中该聚丙烯共聚物组分以该聚丙烯聚合物组分的总重量的从约65wt.％至约75wt.％的量存在。
方面6.如方面1-5中任一项所述的热塑性组合物，其中该聚丙烯均聚物具有如根据约230℃的温度并且在2.16kg负荷下测量的大于约15 25g/10min的熔体流动指数。
方面7.如方面1-6中任一项所述的热塑性组合物，其中该聚丙烯共聚物具有在室温下测量的大于约180J/m的缺口艾佐德冲击强度。
方面8.如方面1-7中任一项所述的热塑性组合物，其中该聚丙烯共聚物具有在约230℃的温度下并且在2.16kg负荷下的超过约10g/10min的熔体流动指数。
方面9.如方面1-8中任一项所述的热塑性组合物，其中该导电填充剂是炭黑。
方面10.如方面1-9中任一项所述的热塑性组合物，其中该聚合物链改性剂组分是过氧化物。
方面11.如方面10所述的热塑性组合物，其中该过氧化物是聚丙烯载体中的浓缩物。
方面12.如方面9-11中任一项所述的热塑性组合物，其中该过氧化物是聚丙烯载体中的20％过氧化物浓缩物。
方面13.如方面1-12中任一项所述的热塑性组合物，其中该脱模添加剂是季戊四醇硬脂酸酯。
方面14.如方面1-13中任一项所述的热塑性组合物，其中该热塑性组合物具有小于200ohm/sq的表面电阻率。
方面15.如方面1-14中任一项所述的热塑性组合物，其中该热塑性组合物具有在23℃下的大于约300J/m的缺口冲击强度。
方面16.如方面1-15中任一项所述的热塑性组合物，其中该热塑性组合物展示了在缺口和无缺口艾佐德冲击试验中的100％延展性。
方面17.如方面1-16中任一项所述的热塑性组合物，其中该热塑性组合物具有在190℃下并且在2.16kg负荷下的大于约15cm3/10min的熔体体积速率。
方面18.如方面1-17中任一项所述的热塑性组合物，其中该热塑性组合物展示了小于500psi的脱模喷出压力。
方面19.一种制品，包含如方面1-18中任一项所述的热塑性组合物。
方面20.一种形成热塑性组合物的方法，该方法包括混合：从约75wt.％至约84wt.％的聚丙烯聚合物组分，其中该聚丙烯聚合物组分包括聚丙烯共聚物和聚丙烯均聚物；从约15wt.％至约25wt.％的导电填充剂组分；从约0.01wt.％至约0.05wt.％的聚合物链改性剂组分；以及从约0.2wt.％至约2wt.％的脱模添加剂，其中所有组分的组合重量百分比值不超过约100wt.％，并且其中所有重量百分比值基于该组合物的总重量。
方面21.如方面20所述的方法，该方法进一步包括挤出该热塑性组合物。
方面22.一种通过如方面20所述的方法制造的物品。
实施例
所披露的组合物通过以下非限制性实施例进行说明。提出以下实施例以便为本领域的普通技术人员提供如何制成和评估此处所要求的化合物、组合物、物品、设备和/或方法的完整的披露和说明，并且旨在是纯粹示例性的并且不旨在限制本披露。已经做出努力来确保关于数字(例如量、温度等)的精确性，但一些误差和偏差也应考虑。除非另外指出，否则份数为重量份，温度是以℃计或为环境温度，并且压力为大气压或接近大气压。除非另外指出，关于组合物的百分比是就wt.％而言的。
存在以下反应条件的许多变体和组合，例如组分浓度、所希望的溶剂、溶剂混合物、温度、压力和可用于优化由所述方法获得的产物纯度和产率的其他反应范围和条件。将仅仅要求合理的并且常规的实验来优化此类工艺条件。
通用材料和方法
在这些实施例中，将聚丙烯均聚物、共聚物或它们的共混物、稳定剂，流动改性剂和脱模剂(在适用的情况下)在十-桶40mm双螺杆挤出机的进料喉管处引入。通过侧进料器加入导电填充剂。以200rpm的螺杆速度和100lb/小时的进料速度用420°F的机筒温度挤出这些组合物。制备用于分析的模制物品。在420°F的机筒温度和100°F的模具温度下注射模制这些样品。
使用在此描述的测试和测试方法作出物理测量。
在23℃下根据ASTM D 256在63.5mm×12.7mm×3.18mm的模制样品(条)上进行缺口艾佐德冲击(“NII”)试验。将测试样品在23℃和55％相对湿度的ASTM标准条件下调理持续48小时，并且然后进行评价。
在23℃下根据ASTM D 4812在模制零件(条)上进行无缺口艾佐德冲击试验。将试样在23℃和55％相对湿度的ASTM标准条件下调理持续48小时，并且然后进行评价。
在缺口和无缺口艾佐德冲击测试过程中，从这些样品的破裂模式确定这些样品的百分比延展性。100％延展性确定表明了不完全的断裂，其中破裂延伸小于在该缺口的顶点与该样品的相反侧之间的距离的90％。0％延展性确定表明了该样品完全断裂。
熔体体积速率(MVR)是根据ASTM 1238在190℃下在2.16kg负荷下确定的。
表面电阻率是根据根据ASTM D257在具有Keithley 8009电阻率测试夹具的Keithley Model 6517A静电计/高电阻仪表上测量的。在该方法中，将电压施加到试样(3英寸×2英寸×1/8英寸的注射模制的基板)上，并且在给定的延迟周期(以允许系统稳定化)之后，该仪表报道了样品的表面电阻率(以ohms/平方计)。对于所有测试，所施加的电压保持在约0.1V至约1V的范围内。
根据以下方法评估脱模性能。使用液压注射模制机将该热塑性组合物引入到注射模具内。从该注射模制机的芯中释放该组合物所施加的喷出压力对应于该样品的脱模性能。大于或等于750psi的注射压力表明了差的脱模性能或脱模性。小于或等于500psi的注射压力表明了良好的样品脱模性。
作为非限制性实例，从表1中描述的组分制备样品组合物。
表1.热塑性组合物组分
表2描述了对比和发明样品的热塑性组合物。基于可比较的树脂组合物制备对比样品C1-C4和发明样品S1-S10，其中改变聚丙烯均聚物和共聚物的量；其中改变聚合物链改性剂过氧化物CR20P的量(对于样品S1-S10)；并且其中引入脱模剂(对于样品S7-S10)。表2中的所有配制品包含19wt.％的碳黑。
表2.样品的配制品细节。
使用在此描述的测试和测试方法作出物理测量。
对于在表3中呈现的热塑性组合物，典型的流动和物理特性以及表面电阻率在表4中示出。对比样品CS1展示了冲击强度和延展性的最差值，但还示出了适度的流动和低的表面电阻率(低表面电阻率表明了高电导率)。对于对比样品CS2，观察到改进的冲击强度结果，其中该聚丙烯组分仅包括聚丙烯共聚物。然而，CS2具有显著低的熔体体积速率和较高的表面电阻率。当与CS2相比，CS3和CS4还示出了在流动和电导率上的改进，但在缺口艾佐德冲击强度和延展性上急剧下降。对比样品CS3和CS4还证明了聚丙烯均聚物和共聚物在该组合物中的比例的重要性。与其中该聚丙烯均聚物占较高部分的该聚丙烯聚合物组分的CS4相比，其中该聚丙烯均聚物和共聚物是处于该总组合物的相等的重量百分比的CS3展示了改进的冲击强度。然而，CS3具有显著更高的表面电阻率。
与CS2相比，包含该导电填充剂、过氧化物改性剂和在该聚丙烯组分内仅聚丙烯共聚物的样品S1和S2示出了改进的流动。然而，缺口艾佐德冲击强度和缺口艾佐德延展性显著减小。此外，S1和S2具有比CS1、CS3和CS4显著更高的表面电阻率。样品S3至S10(具有小于该总组合物的0.06wt.％的过氧化物和该聚丙烯组分的总重量的较低重量百分比的聚丙烯均聚物)展示了良好的流动、良好的表面电阻率、以及良好的缺口和无缺口艾佐德冲击强度。
在样品S7至S10中引入该脱模添加剂为该组合物提供了改进的脱模能力。如表3中示出的，样品S7至S10要求小于500psi的喷出压力以从注射模制机的芯的零件中释放。小于500psi的喷出压力表明了良好的脱模性。此外，这些结果出人意料证明了，该脱模添加剂不仅改进了该热塑性树脂的脱模性能，而且在样品S7-S10的缺口冲击测试中还已经改进了流动和100％延展性。
表3.模制样品的物理特性。
在上文描述的披露的配制品提供了导电热塑性组合物，这些热塑性组合物具有高延展性、高缺口艾佐德冲击强度(≥300J/m)和无缺口艾佐德冲击强度(≥1000J/m)、良好的流动(≥15cm3/10min，在190℃下在2.16kg负荷下)、以及由小于500psi的喷出压力表明的良好的脱模性能。所披露配制品的证明的特征使得它们很好地适合用于医疗、电气和电子市场中的制品，尤其是要求薄壁部件的那些中。

Claims (20)

1.一种展示出导电和静电消散特性的热塑性组合物，所述热塑性组合物包含：
从约78wt.％至约81wt.％的聚丙烯聚合物组分，其中所述聚丙烯聚合物组分包含聚丙烯共聚物和聚丙烯均聚物；
从约18wt.％至约22wt.％的炭黑；
从约0.03wt.％至约0.05wt.％的过氧化物；以及
从约0.5wt.％至约1wt.％的脱模添加剂，
其中所有组分的组合重量百分比值不超过约100wt.％，并且其中所有重量百分比值基于所述组合物的总重量。
2.一种展示出导电和静电消散特性的热塑性组合物，包含：
从约75wt.％至约84wt.％的聚丙烯聚合物组分，其中所述聚丙烯聚合物组分包含聚丙烯共聚物和聚丙烯均聚物；
从约15wt.％至约25wt.％的导电填充剂组分；
从约0.01wt.％至约0.05wt.％的聚合物链改性剂添加剂组分；以及
从约0.2wt.％至约2wt.％的脱模添加剂，
其中所有组分的组合重量百分比值不超过约100wt.％，并且其中所有重量百分比值基于所述组合物的总重量。
3.如权利要求1-2中任一项所述的热塑性组合物，其中所述聚丙烯均聚物占小于所述聚丙烯聚合物组分的总重量的一半。
4.如权利要求1-2中任一项所述的热塑性组合物，其中所述聚丙烯均聚物以所述聚丙烯聚合物组分的总重量的从约25wt.％至约35wt.％的量存在并且其中所述聚丙烯共聚物组分以所述聚丙烯聚合物组分的总重量的从约65wt.％至约75wt.％的量存在。
5.如权利要求1-4中任一项所述的热塑性组合物，其中所述聚丙烯均聚物具有如根据ASTM 1238在约230℃的温度下并且在2.16kg负荷下测量的大于约25g/10min的熔体流动指数。
6.如权利要求1-5中任一项所述的热塑性组合物，其中所述聚丙烯共聚物具有根据ASTM D 256测量的在室温下测量的大于约180J/m的缺口艾佐德冲击强度。
7.如权利要求1-6中任一项所述的热塑性组合物，其中所述聚丙烯共聚物具有根据ASTM 1238在约230℃的温度下并且在2.16kg负荷下测量的超过约10g/10min的熔体流动指数。
8.如权利要求1-7中任一项所述的热塑性组合物，其中所述导电填充剂是炭黑。
9.如权利要求1-8中任一项所述的热塑性组合物，其中所述聚合物链改性剂组分是过氧化物。
10.如权利要求9所述的热塑性组合物，其中所述过氧化物是聚丙烯载体中的浓缩物。
11.如权利要求9-10中任一项所述的热塑性组合物，其中所述过氧化物是聚丙烯载体中的20％过氧化物浓缩物。
12.如权利要求1-11中任一项所述的热塑性组合物，其中所述脱模添加剂是季戊四醇硬脂酸酯。
13.如权利要求1-12中任一项所述的热塑性组合物，其中所述热塑性组合物具有小于200ohm/sq的表面电阻率。
14.如权利要求1-13中任一项所述的热塑性组合物，其中所述热塑性组合物具有根据ASTM D 256在23℃下测量的大于约300J/m的缺口冲击强度。
15.如权利要求1-14中任一项所述的热塑性组合物，其中所述热塑性组合物展示了分别在根据ASTM D 256和ASTM D 4812在室温下测量的缺口和无缺口艾佐德冲击试验中的100％延展性。
16.如权利要求1-15中任一项所述的热塑性组合物，其中所述热塑性组合物具有根据ASTM 1238在190℃下并且在2.16kg负荷下的大于约15cm3/10min的熔体体积速率。
17.如权利要求1-16中任一项所述的热塑性组合物，其中所述热塑性组合物展示了小于500psi的脱模喷出压力。
18.一种制品，包含如权利要求1-17中任一项所述的热塑性组合物。
19.一种形成热塑性组合物的方法，所述方法包括混合：
从约75wt.％至约84wt.％的聚丙烯聚合物组分，其中所述聚丙烯聚合物组分包括聚丙烯共聚物和聚丙烯均聚物；
从约15wt.％至约25wt.％的导电填充剂组分；
从约0.01wt.％至约0.05wt.％的聚合物链改性剂组分；以及
从约0.2wt.％至约2wt.％的脱模添加剂，
其中所有组分的组合重量百分比值不超过约100wt.％，并且其中所有重量百分比值基于所述组合物的总重量。
20.一种通过如权利要求19所述的方法制造的物品。
CN201580056205.4A 2014-10-22 2015-10-14 具有改进的物理特性的薄壁可模制的导电组合物以及其用途 Pending CN107075204A (zh)

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