CS276129B6

CS276129B6 - Elektricky vodivé plnivo

Info

Publication number: CS276129B6
Application number: CS542288A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Rndr Csc Petruj; Tomas Ing Csc Sverak; Karel Prof Rndr Drsc Vesely; Jiri Ing Vlk; Jiri Ing Foral; Eduard Prom Chem Poloucek; Jaroslav Rndr Csc Kucera
Original assignee: Chz Cssp S P Vu Makromolekular
Priority date: 1988-08-03
Filing date: 1988-08-03
Publication date: 1992-04-15
Also published as: CS8805422A1

Abstract

Elektricky vodivé saze o specifickém po- · vrchu 300 až 1 300 if/g Jeou obaleny 50 až 95 % hmot. anorganické příměsi s průměrnou velikostí částic o rozsahu 0,5 až 15 jmi. impregnovaných 0,05 až 2 hmot. díly spojovacích prostředků jako jsou vyěěl mastné kyseliny, jejich soli a estery, organosilany a organotitanáty, vztaženo ne 100 hmot. dílů anorganické příměsi. Na 100 hmot. dílů vzniklého plniva lze přidat až 0,1 až 20 hmot. zpracovatelských přísad. Použivá as jako součást elektricky vodivých plastů 8 vysokou tepelnou vodivosti, vhodných ne výrobu desek a přímým elektrickým ohřevem.

Description

Vynález se týká kombinovaných plniv pro výrobu termoplastických kompozitů se sníženým elektrickým odporem, včetně plastů polovodivých a vodivých.

Samostatnou skupinou plniv, používaných k výrobě termoplastických kompozitů se sníženými elektrickými odpory jsou elektricky vodivé saze. Tyto saze se obvykle vyráběj! oxidací ropných frakci v přítomnosti kyslikoparni směsi, mívají vysokou chemickou čistotu, specifické povrchy řádově ve stovkách m /g a jemnou tzv. řetlzkovou strukturu, která zaručuje vodivost materiálu i při vysokých hodnotách porozity. Ovšem obtíže, s kterými je nutno se potýkat při zpracování tohoto druhu aazi do plaatu jsou značné: potíže se Spatnými sypnými vlastnostmi sazi, které stěžují veškerou manipulaci a dávkování, nerovnoměrné zapracování sazí do taveniny plastu, nesnadné dispergace, úlet prachových podílů sazi, černění manipulačních cest materiálového proudu sazí, která nutí zpracovatele využívat kompaundační linku pouze pro zpracování sazových barevně velmi temných typů kompozitů, protože vyčištěni linky je praktický nemožné, potenciální nebezpečí výbuchu vzdušné suspenze sazí atd.

Všechny uvedené nevýhody dosud používaných typů sazi řeší elektricky vodivé plnivo podle vynálezu.

Předmětem vynálezu je elektricky vodivé plnivo na bázi elektricky vodivých sazi, které obsahuje 5 až 50 % hmot, elektricky vodivých eazí o specifickém povrchu 300 až 1 300 m /g obalených 50 až 95 % hmot, anorganické přlměai a průměrnou velikostí částic v rozsahu 0,5 až 15 μα impregnovaných 0,05 až 2 % hmot, díly spojovacích prostředků jako jeou vyšší mastné kyseliny, jejich eoli a estery, organosileny a organotitanáty, vztaženo na hmotnostní díly anorganické příměsi.

Dále Je předmětem vynálezu toto elektricky vodivé plnivo obsahující na 100 hmot, dílů 0,1 až 20 hmot, dílů zpracovatelských přísad, jako Jsou stabilizátory, optická zjasňovadla, antistatické přísady, mazadla a ztužující plniva.

Princip vynálezu spočívá především ve využití vysoké aktivity povrchu elektricky vodivých sazí, který Je schopen vytvoření velmi pevné vazby s asymetrickými molekulami povrchově aktivních látek zakotvených na acidobazických centrech anorganické příměsi. Tímto způsobem dochází k velmi těsnému obaleni jednotlivých částic shluků sazi částicemi anorganické příměsi, při kterém se uplatni především mikronové a submikronové frakce anorganické příměsi, které eekundárně působí na shluky sazí bublinovým efektem - doatředivé síly brání obaleným shlukům sazí se roztrhnout do meněích celků, než odpovídá rovnováze sil ee silami inerciálními. Kombinace specifického povrchu aktivních sazi, distribuce velikosti částic a množství anorganické příměsi a kvalita jejího povrchového nánosu společně s hmotnostními poměry elektricky vodivého plniva Jeou oblaetí, kde výěe uvedená silová rovnováha nabývá hodnot v praxi využitelných.

Podmínka přebytku anorganické příměsi vůči sazím v hmot, poměru 50 až 95 % ku 5 až 50 % Je dána nutnoatí dosažení vysokého stupně dispergace sazi v kompozitním materiálu, které elektricky vodivý materiál musí mít, aby splňoval podmínky homogenní isotropní elektrické vodivosti. Tohoto vysokého stupně dispergace není možno bez přítomnosti výěe uvedeného relativně vysokého množství anorganické příměsi vůči sazím za běžných podmínek zpracování vůbec dosáhnout. Další podmínkou použitelnosti sazi pro elektricky vodivé plnivo je maximální epecifický povrch elektricky vodivých sazí, omezující mechanické vlastnosti kompozitu obsahující toto plnivo.

Aditivace elektricky vodivého plniva zpracovatelskými přísadami neovlivňuje přímo kvalitu elektrických vlastností, ale může velmi podstatně zjednodušit přípravu kompletního maeterbatche pro výroby kompozitů plastů s nižším elektrickým odporem tím, že Je možné vynechat v technologii další mixer.

Vazba mezi sazemi a plnivem Je totiž natolik silná,že výhodné manipulační a zpracovatelské vlastnosti elektricky vodivého plniva se nezmění ani neředěním až 20 % hmot. Jiných látek jako jsou stabilizátory, mazadla a další. Plnivo zůstává stále stejně sypké. Této skutečnosti lze s výhodou využít při*zjednodušení technologie kompaundování.

Elektricky vodivé plnivo podle vynálezu se vyrábí mícháním složek plniva v pomaluběžném mísiči s relativní obvodovou rychlostí aktivní části v mezích 0,15 až 2,5 m/s s dobou pobytu 2 až 120 minut.

Způsob výroby specifikuje citlivé promíchání směsi pro vodivé plnivo, které omezuje půsoCS 276129 B6 2 bení inerciálních sil míchání pouze ne míru nutnou k vytvoření homogenní směsi komponent bez výrazného ovlivnění velikosti plnivy obalených shluků sazí. Vytvoření pevných obalů z částic plniva kolem shluků sazí má pro manipulaci s elektricky vodivým plnivem velmi příznivý dopad především na zvýšení sypné hmotnosti koncentrátu zhutněním shluků sazi přítomností materiálu o vyšší specifické hmotnosti než mají saze, dále ve zlepšeni sypných vlastnosti tohoto elektricky vodivého plniva, které má svůj původ ve vysoké pohybové autonomii jednotlivých navzájem se odpuzujících kulovitých shluků plnivy obalených sazí a konečně veškerá manipulace s těmito vodivými plnivy je provázena pouze velmi malými prachovými podíly anorganického plniva a ne prachovými podíly sazi, takže manipulace s pigmentem velmi málo černí dopravní cesty je bezpečná. Zamícháváni sazového koncentrátu do taveniny plastu při kompaundování je snažší, než u samotných sazi, podmínky dispergace sazi v tavenině jaou v přítomnosti částic anorganické příměsi příznivější, protože se zvyšují lokální gradienty smykového napětí v tavenině*

Tim je způsobeno velmi výhodné sníženi prahové koncentrace obsahu elektricky vodivých sazi v polymerní matrici vodivých kompozitů při použití elektricky vodivého plniva podle vynálezu oproti kompozitům přímo plněným elektricky vodivými sazemi.

Podstatu vynálezu objasni následující příklady. Uvedená procenta a poměry složek jsou hmotnostní, hodnoty měrného vnitřního odporu 9* jsou stanoveny postupem specifikovaným ISO 3915*

Příklad 1 (srovnávací)

V dvojšnekovém sxtruderu WP 53 byl kompaundován kompozit elektricky vodivých sazi 2 Chezacarb EC o specifickém povrchu 900 m /g v polypropylenuové metrici Mosten CHEZA 55212 s 10 % běžných stabilizátorů a mazadel. Výroba musela probíhat pod ochrannou atmosférou s obsahem 0₂ menším než 10 %, struny taveniny bylo dost obtížné udržovat, trhaly ss, dávkování bylo provázeno mostováním v násypce a celá manipulace byla provázena znečišťováním jak zařízeni, tak pracoviště i vzduchotechniky prachovými podíly sazí. Dosažený měrný vnitřní odpor elektricky vodivého kompozitu byl 18 /2. cm.

Přiklad 2

Na fluidním mixeru Henschel 10 HL bylo připraveno elektricky vodivé plnivo podle vyná- . lezu tak, že elektricky vodivé saze Chezacarb EC o specifickém povrchu 900 m /g byly oboleny anorganickou příměsi uhličitanu vápenatého o průměrné velikosti částic d_5Q 6,5 pm s úpravou kyselinou atearovou na úrovni 0,3 % v poměru sazi k anorganické příměsi 1:1. Takto obalené saze anorganickou příměsí byly následně homogenizovány se směsí obvyklých stabilizátorů, mazadel a karbonátového plniva P20 U v poměru 80 % ku 20 % na elektricky vodivé plnivo, které bylo použito pro výrobu elektricky vodivého kompozitu na bázi polypropylenu Mosten 55 212. Kompozit obsahující 30 % výše uvedeného elektrického plniva bylo možno na dvojěnekovém extruderu WP 53 bez problémů připravit, nebylo nutno použít krycí atmosféru,struny se netrhaly, elektricky vodivé plnivo se velmi dobře dávkovalo, nevytvářelo v zásobníku klenby, shluky sazí se agiomerovaly předmícháním s plnivem na bělošedé mikrokuličky o průměru desetin milimetru, které neěpinily zařízení a neměly tendence se rozpadávat na menší částice ani separovat jednotlivé složky.

Elektricky vodivý kompozit vykázal měrný vnitřní odpor 10² A cm.

Přiklad 3

Elektricky vodivé plnivo na bázi sazi Chezacarb EC ae specifickým povrchem 600 m²/g a anorganické příměsi mastku EK-I přetříděného na granulometrii dgg 1,5 jim s úpravou silánem Y 9771 Union Carbide v množství 1,5 % byl připraven na V mísičl o objemu 20 1 s obvodovou rychlostí aktivní části 1,5 a/s promícháváním směsi obsahující 60 % mastku a 30 % sazi po dobu 20 minut. Vzniklé mikroshluky elektricky vodivého plniva měly z hlediska manipulace i kompaundováni v PE Liten BB 29 matrici v 7% koncentraci stejně výborné vlastnosti jako tomu bylo v přikladu 2* Dosažená hodnota měrného vnitřního odporu Qy » 3.10² /1 cm kompozitu byla ve srovnáni s · 10¹² jQ. cm, kompozitu stejného typu se stejným obsahem stejného typu sazi, ověem aditivovaných do kompozitu přímo, a ne prostřednictvím elektricky vodivého plniva podle vynálezu, podstatně nižší. 3e tedy zřejmé, že pro daný typ elektricky vodivého kompozitu /

'·’ r

CS 276129 B6 .

je možno při použiti plniva podle vynálezu, aditivovat menším množetvim elektricky vodivých sazi, než při obvyklé výrobš.

Přiklad 4

Dolomitická mikrojemná anorganická přísada podle čs. autorského osvědčení č. 259 935 od· 3,5 jim s úpravou 0,7 % směsi glycerinmonostearátu a kyseliny stearové v poměru 6 : 1 2 byla obalena na saze Chezacarb EC o specifickém povrchu 1 000 m / g v poměru 75 % : 25 % na 1,5 m³ mixeru Nauta s obvodovou rychlostí 0,3 m/s. Vzniklé elektricky vodivé plnivo mšlo při zpracování v PVC matrici Neralit a 652 na polovodivý kompozit, obsahující 4 % sazí stejně výborné vlastnosti jaké jsou popsány v přikladu 2.

Dosažená hodnota měrného vnitřního odporu PVC ^1/ 10⁸. XI cm je v porovnání s elektricky vodivými sazemi o 4 řády nižší.

Přiklad 5

Komerční Mg (0H)₂ plnovo Kiauma o d_g0 2,0 jim obsahující 3,0 % směsi mastných kyselin bylo použito jako anorganická přísada pro vytvoření elektricky vodivého plniva obalením sazí Chezacarb EC o specifickém povrchu 900 m /g a následnou homogenizaci se směsí běžných stabilizátorů, mazadel a ztužujicich plniv v poměru 45:40:15 na mísiči Papenmeier KM 300 e obvodem rychlosti míchadla 1,2 m/a po dobu 4 minut. Takto vzniklé elektricky vodivé plnivo, které mělo stejně výborné manipulační vlastnosti i zpracovatelské vlastnosti jako plnivo příkladu 2, bylo použito při výrobě polovodivého polystyrenu na bázi matrice Krosten 562. Kompaundací 15 % tohoto plniva s polyetyrenem byl vyroben kompozit o měrném vnitřním odporu Q 10⁴ Λ . cm, což je o 3 řády nižší vnitřní odpor, než u stejného typu kompozitu, který však byl aditivován sazemi přímo, bez použití elektricky vodivého plniva podle vynálezu.

Příklad 6

Plnivo na bázi hydroxidu hlinitého fy Sólem, Micral 932 o d_gQ 0,9 jim bylo doupraveno % povrchového činidla, na bází kyseliny stearové. Tato anorganická přísada obalená za podmínek přikladu 5 na saze Chezacarb EC o spec, povrchu 900 m /g a následná homogenizována se směsi stabilizátorů a mazadel v poměru 89 % : 8 % : 3 %. Takto vzniklé elektricky vodivé plnivo, jehož manipulační vlastnosti odpovídaly svou kvalitou příkladu 2, bylo použito na výrobu polovodivého nehořlavého, kompozitu kompaundováním 75 % tohoto plniva a 25 % polyetylénu LLDPE Union Carbide na hnětlčl Buse. Dosažená hodnota měrného vnitřního měrného odporu 3.10⁴ .cm. Kompaundace stejného typu polovodivého kompozitu adltivovaného sazemi přímo bez použiti elektricky vodivého plniva podle vynálezu na námi použitém stroji není technicky možná.

Přiklad 7 ‘

Příklad 7 shodný s příkladem 5 pouze procento aditivní směsi stabilizátorů mazadel a ztužujicich plniv bylo zvýšeno na 30 %, tedy poměr sazi anorganické přísady a aditív byl 35 : 35 : 30. Elektricky vodivé plnivo svými vlaetnostml nevyhovělo, mostovalo v násypce, černilo manipulační cesty a podstatně hůře ee zpracovávalo na kompozit.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Elektricky vodivé plnivo na bázi elektricky vodivých sazí, vyznačující se tím, že obsahuje 5 až 50 % hmot, elektricky vodivých sazí o specifickém povrchu 300 až 1 300 m²/g obalených 50 až 95 % hmot, anorganické příměsi s průměrnou velikosti částic v rozsahu 0,5 až 15 jim, impregnovaných 0,05 až 2 hmot, díly spojovacích prostředků, Jako jsou vyšší mastné kyseliny, jejich soli a estery, organoeilany a organotitanáty, vztaženo na 100 hmot, dílů anorganické přimšai.

. / · ' ' / .

CS 276129 B6 4
2. Elektricky vodivé plnivo podle bodu 1, vyznačuj lei se tim, že na 100 hmot, dílů obsahuje 0,1 až 20 hmot, dílů zpracovatelských přísad jako jsou stabilizátory, optická zjasftovadla, antistatické přísady, mazadla a ztužující plniva.