FI116626B - A process for precipitating conductive polymer coatings in supercritical carbon dioxide - Google Patents

A process for precipitating conductive polymer coatings in supercritical carbon dioxide Download PDF

Info

Publication number
FI116626B
FI116626B FI20040114A FI20040114A FI116626B FI 116626 B FI116626 B FI 116626B FI 20040114 A FI20040114 A FI 20040114A FI 20040114 A FI20040114 A FI 20040114A FI 116626 B FI116626 B FI 116626B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
carbon dioxide
phase
process according
reactor
supercritical
Prior art date
Application number
FI20040114A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI20040114A (en
FI20040114A0 (en
Inventor
Antero Laitinen
Jani Pelto
Samu Aalto
Original Assignee
Valtion Teknillinen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valtion Teknillinen filed Critical Valtion Teknillinen
Priority to FI20040114A priority Critical patent/FI116626B/en
Publication of FI20040114A0 publication Critical patent/FI20040114A0/en
Priority to EP05708134A priority patent/EP1774539A1/en
Priority to PCT/FI2005/000053 priority patent/WO2005071696A1/en
Publication of FI20040114A publication Critical patent/FI20040114A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI116626B publication Critical patent/FI116626B/en

Links

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M15/00Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M15/19Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
    • D06M15/37Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D06M15/63Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing sulfur in the main chain, e.g. polysulfones
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/24Electrically-conducting paints
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06BTREATING TEXTILE MATERIALS USING LIQUIDS, GASES OR VAPOURS
    • D06B19/00Treatment of textile materials by liquids, gases or vapours, not provided for in groups D06B1/00 - D06B17/00
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M15/00Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M15/19Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
    • D06M15/37Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D06M15/61Polyamines polyimines
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M23/00Treatment of fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, characterised by the process
    • D06M23/10Processes in which the treating agent is dissolved or dispersed in organic solvents; Processes for the recovery of organic solvents thereof
    • D06M23/105Processes in which the solvent is in a supercritical state
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2200/00Functionality of the treatment composition and/or properties imparted to the textile material
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Description

116626116626

MENETELMÄ JOHTAVIEN POLYMEERIPINNOITTEIDEN SAOSTAMISEKSI YLIKRIITTISESSÄ HIILIDIOKSIDISSAMETHOD FOR THE DEPOSITION OF LEADING POLYMER COATINGS IN supercritical carbon dioxide

5 KEKSINNÖN TAUSTABACKGROUND OF THE INVENTION

1. Keksinnön ala1. Field of the Invention

Nyt esillä oleva keksintö koskee johtavia polymeerikomposiitteja.The present invention relates to conductive polymer composites.

10 Erityisesti nyt esillä oleva keksintö koskee menetelmiä kestomuovi-polymeerituotteiden pintakerroksen sähkönjohtokyvyn parantamiseksi.In particular, the present invention relates to methods for improving the electrical conductivity of the surface layer of thermoplastic polymer products.

2. Tekniikan tason lyhyt yhteenveto 152. Brief Summary of the Prior Art 15

Hiilidioksidin ylikriittinen faasi (scC02) esiintyy yli +31 °C lämpötiloissa ja yli 7,3 MPa paineessa. Ylikriittinen C02 on monien orgaanisten, erityisesti ei-polaaristen molekyylien liuotin, ja se kykenee palautuvasti turvottamaan eri polymeerejä eli sillä on plastisoiva vai-20 kutus. Näiden tunnettujen ominaisuuksien ansiosta sc0O2 voi toimia kantofaasina pienien molekyylien kuljettamiseksi polymeerimatriisiin. Tärkeimmät tekijät, jotka vaikuttavat materiaalin kuljetuksen tehok- k kuuteen, ovat kyseisten pienten molekyylien liukoisuus scC02:iin ja ·: ; scC02:n diffuusiokinetiikka matriisimateriaalin sisällä. Molekyylin liu- : 25 koisuutta scC02:iin voidaan parantaa käyttämällä sopivaa lisäliuo- tinta, kuten etyyli- tai metyylialkoholeja, asetonia tai vettä. Nestemäisen tai ylikriittisen C02:n tärkeimmät edut tavallisimmin käytettyihin orgaanisiin liuottimiin verrattuina ovat sen syttymättömyys, myr-kyttömyys, edullinen hinta ja säädettävä liuotinteho.The supercritical phase of carbon dioxide (scCO2) occurs at temperatures above +31 ° C and above 7.3 MPa. Supercritical CO 2 is a solvent for many organic, especially non-polar, molecules, and is capable of reversibly swelling various polymers, i.e. has a plasticizing effect. Due to these known properties, scOO2 can act as a carrier phase for transporting small molecules to the polymer matrix. The major factors that influence the efficiency of material transport are the solubility of these small molecules in scCO2 and ·:; diffusion kinetics of scC02 within the matrix material. The solubility of the molecule in scCO2 can be improved using a suitable co-solvent such as ethyl or methyl alcohols, acetone or water. The main advantages of liquid or supercritical CO 2 over most commonly used organic solvents are its non-flammability, non-toxicity, low cost and adjustable solvent power.

30 ;' ’ On olemassa useita tekniikoita, joilla muutoin eristävistä polymeeri- tuotteista tai niiden pinnoista saadaan sähköä johtavia. Tavanomainen menetelmä on sekoittaa polymeeriin sähköä johtavia täyteaineita. Näin saatava bulkkisähkönjohtavuus riippuu käytettävästä 35 täyteaineesta, mutta pinnan sähkönjohtavuus on tyypillisesti pienempi kuin mitä komposiittimateriaalin bulkkiominaisuuksilta odote- 116626 2 taan. Lisäksi matriisipolymeerien mekaaniset ominaisuudet ja pro-sessoitavuus yleensä heikkenevät.30; ' 'There are several techniques for making electrically conductive otherwise insulating polymeric products or their surfaces. The conventional method is to blend electrically conductive fillers into the polymer. The bulk electrical conductivity thus obtained depends on the filler material used, but the surface conductivity is typically less than that expected from the bulk properties of the composite material. In addition, the mechanical properties and processability of matrix polymers are generally reduced.

Toinen ratkaisu, jossa pinnan sähkönjohtavuus on oleellinen, on 5 sähköä johtavien pinnoitteiden käyttö. Näitä ovat kiinteät metalli-kalvot ja liuotinpohjaiset päällysteet, jotka sisältävät johtavan faasin ja polymeerisideaineen. Yksi useimpiin päällysteisiin liittyvä vaativa näkökohta on niiden tarttuminen perusmateriaaliin. Muita näkökohtia ovat metallipäällystekalvojen ja muodostettujen kerrosten korroosio 10 ja tietyissä tapauksissa sähkömagneettisen säteilyn emissiokyky ja heijastuskyky.Another solution where the conductivity of the surface is essential is the use of electrically conductive coatings. These include solid metal films and solvent-based coatings containing a conductive phase and a polymeric binder. One demanding aspect associated with most coatings is their adhesion to the base material. Other aspects include corrosion of the metal coating films and the formed layers and, in certain cases, the emission and reflectivity of the electromagnetic radiation.

Luonnostaan sähköä johtavat polymeerit, kuten polyaniliini, poly-pyrroli ja polytiofeenit, ovat sähköä johtavien materiaalien suhteelli-15 sen uusi luokka. Sähköä johtavassa muodossaan ne ovat yleensä liukenemattomia ja sulamattomia materiaaleja. Näin ollen hyvin sähköä johtavien ja mekaanisesti tyydyttävien komposiittien aikaansaamiseksi eristemateriaalien kanssa käytetään yleensä liuotuskäsit-telyä orgaanisissa liuottimissa ja johtavan faasin polymerointia pai-20 kan päällä.Intrinsically conductive polymers such as polyaniline, poly-pyrrole and polythiophenes are a new class of relatively conductive materials. In their electrically conductive form, they are generally insoluble and non-meltable materials. Thus, in order to provide highly conductive and mechanically satisfactory composites with insulating materials, solubilization treatment in organic solvents and on-site polymerization of the conductive phase are generally employed.

US-patentti 6 214 260 on yksi esimerkki paikan päällä polymeroin-nista sähköä johtavan elastomeerivaahdon valmistamiseksi. Aluksi "·*: esimuodostettu polyuretaanivaahto käsitellään hapetinliuoksella yli- 25 kriittisen muodostamassa liuottimessa, jotta vaahto turpoaisi ja hapetin pääsisi jakautumaan oleellisesti tasaisesti vaahdon seinämään ja kannattimiin. Tämän jälkeen vaahto käsitellään polymeerin esiasteen höyryllä tai polymeerin esiasteen liuoksella ylikriittisen fluidin muodostamassa liuottimessa.U.S. Patent 6,214,260 is one example of an on-site polymerization of an electrically conductive elastomeric foam. Initially, "· *: the preformed polyurethane foam is treated with an oxidant solution in a supercritical solvent to allow the foam to swell and to distribute the oxidant substantially uniformly to the foam wall and supports.

3030

Kuten patentin esimerkissä 2 on kuvattu, polyuretaanivaahtoa turvotetaan ensin rauta(lll)trifluorometaanisulfonaatilla ylikriittisessä hiilidioksidiliuoksessa, minkä jälkeen näin impregnoitu vaahto saatetaan ylikriittisessä hiilidioksidissa olevan pyrroliliuoksen kanssa [ 35 kosketuksiin, jotta se polymeroituisi polypyrroliksi.As described in Example 2 of the patent, the polyurethane foam is first swollen with iron (III) trifluoromethanesulfonate in a supercritical carbon dioxide solution, followed by contacting the thus impregnated foam with a pyrrole solution in supercritical carbon dioxide [35] to polymerize to a polypyrrole.

116626 3116626 3

Julkaisussa European Polymer Journal 39 (2003) s. 143-149 Tang M. ym kuvaavat ylikriittisen hiilidioksidin käyttöä monomeerin (pyrro-lin) liuottimena eristävän peruspolymeerin (polystyreenin) impreg-noimiseksi monomeerillä ennen polymerointia. Polymerointi suorite-5 taan douppaamalla impregnoitu peruspoiymeeri hapettimella upottamalla se FeCI3:n vesi- tai asetonitriililiuokseen.In Tang M. et al., European Polymer Journal 39 (2003) p. The polymerization is accomplished by doping the impregnated base polymer with an oxidant by immersing it in an aqueous or acetonitrile solution of FeCl 3.

Käytettävissä ei kuitenkaan ole menetelmää, jolla voitaisiin saostaa sähköä johtava polymeeri tai saada aikaan polymeeripinta nopeasti 10 ja tehokkaasti ilman haitallisia jätteitä, jolloin eristäviä polymeerejä voitaisiin käsitellä teollisesti eri tarkoituksiin, joissa tarvitaan materiaaleja, joilla on sähköä johtava pinta.However, there is no method that can be used to precipitate an electrically conductive polymer or to provide a polymer surface quickly and efficiently without harmful waste, whereby insulating polymers can be industrially processed for various purposes requiring materials with an electrically conductive surface.

Menetelmissä, joissa käytetään paikan päällä tehtävää polymeroin-15 tia, on se huomattava epäkohta, että syntyy suuri määrä orgaanista jätettä. Osittaisen ratkaisun tähän ongelmaan ovat esittäneet edellä mainitussa julkaisussa Tang ym, jotka käyttivät ylikriittistä hiilidioksidia polystyreenin impregnoimiseen pyrrolilla. Tämän jälkeen pyrroli polymeroitiin hapettimen vesi- tai asetonitriilikylvyissä. Silti syntyi 20 suuri määrä epäorgaanista (rautakloridi) hapettimen liuosta, jossa oli kontaminaatioina polymerointijäämiä.In processes using on-site polymerization, the major disadvantage is that a large amount of organic waste is generated. A partial solution to this problem has been presented by Tang et al., Supra, who used supercritical carbon dioxide to impregnate polystyrene with pyrrole. Thereafter, the pyrrole was polymerized in oxidant water or acetonitrile baths. Still, a large amount of an inorganic (iron chloride) oxidant solution was formed with contaminant polymerization residues.

* * ** * *

KEKSINNÖN YHTEENVETOSUMMARY OF THE INVENTION

««

► I► I

:" *; 25 Edellä esitettyjä ja muita tekniikan tason puutteita voidaan korjata nyt esillä olevan keksinnön mukaisella menetelmällä, jossa polymeeri-!·”, tuote käsitellään ensin monomeeriä sisältävällä scC02-pitoisella faa silla (menetelmävaihe 1) ja tämän jälkeen hapetinta sisältävällä . , scC02-pitoisella faasilla, joka kykenee polymeroimaan mainitun mo- 30 nomeerin, luonnostaan sähköä johtavan polymeerin muodostami-' ' seksi eristävän polymeerin päälle (menetelmävaihe 2). Polymerointi- reaktio tapahtuu suurimmaksi osaksi monomeeriä sisältävän ja scC02:lla turvotetun matriisin pintakerroksessa tai lähellä pintaa olevassa kerroksessa. Polymerointijäämät, kuten reagoimaton mono-** 35 meeri ja hapetin, voidaan poistaa matriisista käsittelemällä se tämän 116626 4 jälkeen puhtaalla scC02:lla tai scC02:n ja sopivan lisäliuottimen (ko-solventin) seoksella.: "*; 25 The above and other drawbacks of the prior art can be corrected by the process of the present invention wherein the polymeric product is first treated with a monomer-containing scCO 2 -containing phase (method step 1) followed by an oxidant-containing. containing a phase capable of polymerizing said monomer to form an electrically conductive polymer on the insulating polymer (method step 2) .The polymerization reaction occurs predominantly in or near the surface layer of the monomer-containing matrix, which is swollen with scCO2. Polymerization residues such as unreacted mono-** mer and oxidant can be removed from the matrix by treatment thereafter with pure scCO2 or a mixture of scCO2 and a suitable co-solvent.

Ylikriittisen C02:n asemesta voidaan käyttää myös korkeapaineista 5 nestemäistä C02:a, joka on lähellä ylikriittistä tilaa. Tämä on toteuttamiskelpoinen vaihtoehto erityisesti hapetusvaiheessa (menetelmä-vaihe 2).Instead of supercritical CO 2, high pressure liquid CO 2 close to the supercritical state can also be used. This is a viable option, especially in the oxidation step (method step 2).

Orgaanisten liuottimien käyttö on minimoitu, sillä kussakin menetel-10 mävaiheessa käytetään vain hiilidioksidia ja alle 101-%, sopivimmin alle 11-% sopivaa lisäliuotinta. Sopivia lisäliuottimia ovat - mutta eivät yksinomaan - alemmat alkoholit, asetoni ja vesi.The use of organic solvents is minimized since each step of the process uses only carbon dioxide and less than 101%, preferably less than 11%, of a suitable co-solvent. Suitable co-solvents include, but are not limited to, lower alcohols, acetone, and water.

Täydellinen ratkaisu tekniikan tason mukaiseen jäteongelmaan on 15 jättää pois epäorgaaniseen vesiliuottimeen tai orgaaniseen liuotti-meen pohjautuva kylpy käyttämällä hiilidioksidia menetelmässä ainoana varsinaisena liuottimena.The perfect solution to the prior art waste problem is to exclude a bath based on an inorganic aqueous solvent or organic solvent using carbon dioxide as the only actual solvent in the process.

Sopivia monomeereja ovat aniliini, pyrroli, tiofeenit ja niiden substitu-20 oidut johdannaiset, joita voidaan polymeroida käyttämällä kemiallista hapetuspolymerointia.Suitable monomers include aniline, pyrrole, thiophenes and substituted derivatives thereof, which may be polymerized using chemical oxidation polymerization.

: Sähköä johtavan kerroksen paksuutta voidaan säätää vaihtelemalla käsittelyaikaa, monomeerin ja hapettimen konsentraatioita, scC02-25 faasin painetta ja lämpötilaa sekä menetelmävaiheiden 1 ja 2 välistä . . paineenalennusnopeutta.The thickness of the conductive layer can be adjusted by varying the treatment time, monomer and oxidant concentrations, scCO2-25 phase pressure and temperature, and between process steps 1 and 2. . pressure-reducing speed.

Näin saatu komposiitin pintarakenne koostuu oleellisesti matriisi-faasin ja sähkönjohtofaasin lomittuvista verkostoista. Pintakerros on 30 hyvin tarttuva, ja sillä on ylivoimaisesti parhaat sähköiset ja mekaaniset ominaisuudet.The surface structure of the composite thus obtained consists essentially of overlapping networks of a matrix phase and a conductive phase. The surface layer is 30 highly adhesive and has the best electrical and mechanical properties.

Nyt esillä olevan keksinnön edellä esitetyt piirteet käyvät alan asiantuntijalle selviksi yksityiskohtaisesta selityksestä ja esimerkeistä.The foregoing features of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the detailed description and examples.

: ; 35 116626 5:; 35 116626 5

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUSDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Sovelluksissa, joissa tarvitaan sähkönjohtokykyä, käytetään erilaisia muutoin sähköisesti eristäviä kestomuovi- ja kertamuovipolymeerejä.In applications requiring electrical conductivity, various otherwise electrically insulating thermoplastic and thermosetting polymers are used.

5 Yleisesti esiin tulevia sovellusaloja ovat suojaaminen staattisilta purkauksilta (ESD) ja sähkömagneettisen interferenssin (EMI) vaimentaminen. Näillä kahdella sovellusalalla sähkönjohtavuudelle asetetaan keskenään aivan erilaisia vaatimuksia: Staattisilta purkauksilta suojaamisen katsotaan olevan optimaalista materiaaleilla, joiden 10 pinnan resistiivisyys on noin 106—108 ohmia, kun taas sähkömagneettisen interferenssin vaimentamisessa materiaalilta vaaditaan yleensä alle 10'1 ohm*cm bulkkiresistiivisyys. Luonnostaan sähköä johtavat polymeerit ovat osoittautuneet käyttökelpoisiksi molemmilla aloilla.5 Common application areas include protection against static discharge (ESD) and electromagnetic interference (EMI) attenuation. There are quite different requirements for conductivity between the two applications: Protection against static discharges is considered to be optimal for materials with a surface resistivity of about 10 6 to 10 8 ohms, whereas for material attenuation of electromagnetic interference the material generally requires less than 10'1 ohm * cm bulk resistivity. Intrinsically conductive polymers have proven to be useful in both fields.

1515

Monissa tapauksissa oleellista on vain pinnan sähkönjohtokyky, ja käytettävissä on erilaisia päällystysmenetelmiä pinnan sähkönjohta-vuusvaatimuksen täyttämiseksi. Syynä erilaisten päällystysmenetel-mien käyttämiseen on (i) sähköä johtavan materiaalin säästäminen, 20 koska se on yleensä kallista matriisipolymeeriin verrattuna, ja - mikä on vieläkin tärkeämpää - (ii) matriisipolymeerin kriittisten materiaali-; ominaisuuksien koskemattomuus. Tällaisia kriittisiä ominaisuuksia : · : ovat mekaaninen suorituskyky ja prosessoitavuus.In many cases, only the electrical conductivity of the surface is relevant, and various coating methods are available to meet the electrical conductivity requirement of the surface. The reason for using different coating methods is (i) saving the conductive material because it is generally expensive compared to the matrix polymer, and more importantly (ii) the critical material of the matrix polymer; integrity of properties. Such critical features are: ·: mechanical performance and processability.

« I * « > 25 Hyvänä esimerkkinä tällaisesta tuotteesta on tekstiilikangas. Kankaita kudotaan tai neulotaan kuiduista, jotka on kehrättyjä käsitelty tarkasti säädettyjen ominaisuuksien aikaansaamiseksi. Vielä yksi esimerkki tekstiilikankaasta on kuitukangas (non-woven).«I *«> 25 A good example of such a product is textile fabric. The fabrics are woven or knitted from fibers that have been spun treated to provide precisely controlled properties. Another example of a textile fabric is non-woven fabric.

*· 30 Sulasekoittamalla sähköä johtavia materiaaleja, esimerkiksi luonnos taan sähköä johtavaa polyaniliinisuolaa kuitua muodostavien polymeerien, kuten polyesterien ja polyamidien sisään, ei yleensä saada ··. tyydyttäviä mekaanisia ominaisuuksia. Tämä johtuu itse sähköä johtavan polymeerin äärimmäisen jäykästä luonteesta ja faasien vä-35 lisen yhteensopivuuden puutteesta mikroskooppitasolla. Toisen suoritusmuodon mukaan kuituja vedetään liuoksesta, joka sisältää kui- 116626 6 tua muodostavaa polymeeriä ja sähköä johtavaa polymeeriä. Tällöin muodostuu paljon hienompia mikrorakenteita, mutta menetelmässä käsitellään suuria määriä haihtuvaa orgaanista liuotinta.* · 30 By melt blending electrically conductive materials, for example naturally occurring conductive polyaniline salt, into fiber-forming polymers such as polyesters and polyamides, it is not generally possible to obtain ··. satisfactory mechanical properties. This is due to the extremely rigid nature of the electrically conductive polymer itself and the lack of phase compatibility at the microscopic level. According to another embodiment, the fibers are drawn from a solution containing a fiber-forming polymer and an electrically conductive polymer. This results in much finer microstructures, but the process treats large amounts of volatile organic solvent.

5 Tavanomaisten tekstiilikuitujen (polyesterien, polyamidien) päällystämistä on pidetty sopivimpana tapana valmistaa kuituja ESD-suoja-ukseen, ja joissakin tapauksissa myös EMI-suojaukseen. On kuitenkin hyvin haasteellinen tehtävä muodostaa jäykästä johteesta kestävä päällyste joustavaan perusmateriaalikuituun. On käytetty erilai-10 siä (mahdollisesti reaktiivisia) ruiskutettuja, kastettuja ja harjattuja päällysteitä, mutta niiden kestävyys on rajallinen ja ne ovat yleensä hyvin kalliita. Lisäksi menetelmässä huomattava osa kallista päällystettä joutuu hukkaan. Ratkaisuna kestävyysongelmaan on käyttää paikan päällä tapahtuvaa polymerointia kuidun pinnalle 15 edellä esitettyjen peräkkäisten menetelmävaiheiden 1 ja 2 mukaisesti, sillä näin saatu komposiitin pintarakenne koostuu oleellisesti matriisi- ja sähkönjohtofaasien lomittaisista verkoista. Näin käsitellyt kuidut voivat olla säikeitä, lankoja tai näistä säikeistä tai langoista muodostettuja laajapintaisia tekstiilirakenteita.5 Coating of conventional textile fibers (polyesters, polyamides) has been found to be the most suitable way to manufacture fibers for ESD protection and in some cases also for EMI protection. However, it is a very challenging task to form a rigid conductor-resistant coating on a flexible base material fiber. Various (possibly reactive) sprayed, dipped and brushed coatings have been used, but they have a limited durability and are generally very expensive. In addition, a considerable part of the expensive coating is lost in the process. The solution to the durability problem is to use on-site polymerization of the fiber surface 15 according to the sequential process steps 1 and 2 above, since the resulting composite surface structure consists essentially of interlaced networks of matrix and conductive phases. The fibers so treated may be filaments, yarns or wide textile structures formed from these filaments or yarns.

2020

Nyt esillä olevassa keksinnössä paikan päällä tapahtuva polyme-•j’ rointi suoritetaan menetelmässä, joka esitetään jäljempänä esimer- ·:· kissä 1 ja kuvassa 1. Yleisesimerkissä 1 käsiteltävänä on polyesteri- tekstiilikangasrulla. Keksintöä ei ole mitenkään rajoitettu kuitujen tai 25 kankaiden käsittelyyn. Yksi sopiva perusmateriaali on joustava ark-kimainen materiaali, jota ei ole valmistettu tekstiilimenetelmällä, kuten hihna tai vastaava. Tämä materiaali voi olla elastomeerimateri-aalia, tai elastomeeria voi olla sen pinnalla, jota käsitellään edellä esitetyillä tavoilla. Optimaalinen käsittelyaika (tyypillisesti 15-20 min) : 30 riippuu prosessiolosuhteista (7, p) ja reagoivien aineiden (mono- meeri, hapetin) konsentraatioista.In the present invention, the on-site polymerization is carried out according to the process shown in Example 1 below and Figure 1. In general example 1, a polyester textile web is being treated. The invention is in no way limited to the treatment of fibers or fabrics. One suitable base material is a flexible sheet material which is not made by a textile process such as a belt or the like. This material may be an elastomeric material, or the elastomer may be on its surface, which is treated as described above. Optimal treatment time (typically 15-20 min): 30 depends on process conditions (7, p) and concentrations of reactants (monomer, oxidant).

116626 7116626 7

Esimerkki 1. Menetelmän yleinen kuvaus.Example 1. General description of the method.

1. Polyesterikangasrulla S suljetaan paineastiaan 1 (polymerointi-reaktori). Rulla pidetään paikallaan käsittelyn ajan.1. The polyester fabric roll S is sealed in pressure vessel 1 (polymerization reactor). The roll is held in place during processing.

55

Menetelmävaihe 1: 2. Nestemäistä hiilidioksidia pumpataan C02-säiliöstä 2 paineastiaan kuumentimen 10 ja C02-pumpun 9 kautta ja stabiloidaan 10 +35°C lämpötilaan ja 9 MPa paineeseen (ylikriittinen tila) paine astiassa 1. Nestemäistä pyrrolimonomeeriä (0,011-%) pumpataan monomeeripumpulla 11 monomeerisäiliöstä 3 astiaan 1. Paineastiassa 1 oleva pienitehoinen sekoitin 8 pitää fluidifaasin kiertoliikkeessä.Method Step 1: 2. Liquid carbon dioxide is pumped from CO 2 tank 2 to pressure vessel via heater 10 and CO 2 pump 9 and stabilized to 10 + 35 ° C and 9 MPa (supercritical state) pressure in vessel 1. Liquid pyrrole monomer (0.011% by weight) is pumped From the 11 monomer tanks 3 to the container 1. The low-power mixer 8 in the pressure vessel 1 keeps the fluid phase in circulation.

15 3. Ylikriittinen hiilidioksidi diffundoituu polyesterikuituun. Mono-meeri pääsee kulkeutumaan scC02:lla turvotettuihin kankaan kuituihin. Olosuhteita pidetään yllä noin tunnin ajan.15 3. Supercritical carbon dioxide diffuses into the polyester fiber. The mono-mer is transported through the fabric fibers swollen with scC02. The conditions are maintained for about an hour.

20 4. Paineastian 1 fluidisisältö (hiilidioksidi, monomeerin ylimäärä) päästetään virtaamaan kuumentimen 12 kautta talteenotto-järjestelmään (erotin 4) alemmassa hydrostaattisessa pai-] neessa. Puolen tunnin kuluttua astian 1 ylipaine on laskenut suunnilleen arvoon 0,1 MPa. Kun ylikriittisen faasin painetta 25 lasketaan ja kaasumainen C02-faasi ilmaantuu, monomeeri erottuu nesteenä erottimessa 4. C02 nesteytetään jälleen ja se varastoidaan, sopivimmin kierrätetään takaisin uuden ylikriittisen liuotinfaasin muodostamiseen. Kuvassa 1 C02 johdetaan takaisin C02-säiliöön erottimesta 4 lähtevää palautuslinjaa 5 ·. 30 pitkin. Palautuslinjassa 5 on lauhdutin 13, josta C02 palaute taan takaisin säiliöön. Monomeeri voidaan johtaa erottimen 4 '* pohjasta välisäiliöön 6, ja sitä voidaan käyttää uudelleen me- netelmävaiheessa 1.4. The fluid content of the pressure vessel 1 (carbon dioxide, excess monomer) is allowed to flow through the heater 12 to the recovery system (separator 4) at a lower hydrostatic pressure. After half an hour excess pressure vessel 1 has fallen to about 0.1 MPa. When the supercritical phase pressure is lowered and the gaseous CO 2 phase appears, the monomer separates as a liquid in separator 4. The CO 2 is liquefied again and stored, preferably recycled to form a new supercritical solvent phase. In Figure 1, the CO 2 is led back to the CO 2 tank by the return line 5 · from the separator 4. 30 along. The return line 5 has a condenser 13 from which the CO 2 is returned to the tank. The monomer may be introduced from the bottom of the separator 4 '* into the intermediate container 6 and may be reused in process step 1.

35 116626 835 116626 8

Menetelmävaihe 2: 5. Paineastia 1 täytetään seoksella, jossa on ylikriittistä tai nestemäistä hiilidioksidia ja hapetinta, jota pumpataan hapetinsäili- 5 östä 7, esimerkiksi samalla pumpulla 11, jota käytettiin mono- meerin pumppaamiseen. Voidaan käyttää sopivaa lisäliuotinta (kosolventtia) hapettimen saamiseksi C02:iin liukenevaksi, missä tapauksessa lisäliuotin voidaan pumpata hapetinsäiliöstä 7 yhdessä liuenneen hapettimen kanssa. Seoksen pH-arvon 10 säätämiseksi ja seosteaineeksi (dopant) voidaan lisätä or gaanista happoa.Process Step 2: 5. The pressure vessel 1 is filled with a mixture of supercritical or liquid carbon dioxide and an oxidant pumped from the oxidant tank 7, for example the same pump 11 used to pump the monomer. A suitable co-solvent (cosolvent) may be used to make the oxidant soluble in CO 2, in which case the co-solvent may be pumped from the oxidant tank 7 together with the dissolved oxidant. Organic acid may be added to adjust the pH of the mixture to 10 and as a dopant.

6. Kuitujen pinnalla alkaa kemiallinen hapetuspolymeroituminen. Reaktion annetaan jatkua ainakin 15 minuutin ajan tai niin 15 kauan, kunnes on saatu haluttu saanto ilman tuotteen ylihapet- tumista. Optimaalinen polymeroitumisaika riippuu käytetyistä polymeroitavan monomeerin ja hapettimen konsentraatioista. Reaktion sammuttaminen tapahtuu seuraavissa vaiheissa.6. Chemical oxidation polymerization begins on the surface of the fibers. The reaction is allowed to continue for at least 15 minutes, or until the desired yield is obtained without over-oxidation of the product. The optimal polymerization time depends on the concentrations of polymerizable monomer and oxidant used. The reaction is quenched in the following steps.

20 7. Astian fluidisisällön (hiilidioksidi, hapettimen ylimäärä, lisäliuo tin, orgaaninen happo) annetaan virrata talteenottojärjestelmään (erotin 4) alemmassa hydrostaattisessa paineessa. Kun ylikriittisen faasin paine laskee, kaasumainen C02-faasi erottuu nesteistä ja kiinteistä aineista. Kaikki ainesosat otetaan 25 talteen. Kaasumaista C02:a voidaan kierrättää takaisin samoin kuin edellä. Jäljellä oleva hapetin pysyy liuenneena lisäliuotti-/··. meen, ja sitä voidaan käyttää uudelleen uuden menetelmä- vaiheen 2 liuoksessa.7. Allow the fluid contents of the vessel (carbon dioxide, excess oxidant, co-solvent, organic acid) to flow into the recovery system (separator 4) at a lower hydrostatic pressure. As the supercritical phase pressure drops, the gaseous CO 2 phase separates from liquids and solids. All ingredients are recovered. The gaseous CO 2 can be recycled as above. The remaining oxidant remains dissolved in the co-solvent / ··. and can be reused in the solution of the new process step 2.

30 Uuttaminen: 8. Ylikriittistä tai nestemäistä hiilidioksidia pumpataan C02-säili-: östä 2 paineastiaan 1. Polymerointireaktio lopetetaan, ja ylimää- t i i , , räiset reaktioaineet uuttuvat kankaasta S.30 Extraction: 8. The supercritical or liquid carbon dioxide is pumped from the CO 2 tank into 2 pressure vessels 1. The polymerization reaction is stopped and the excess reactants are extracted from the fabric S.

; 35 116626 9; 35 116626 9

Nyt esillä olevaa keksintöä voidaan käyttää moniin polymeeriperus-materiaaleihin. On osoitettu, että ylikriittinen hiilidioksidi turvottaa useimpia kestomuoveja lämpötiloissa, jotka ovat lähellä niiden lasi-siirtymälämpötilaa. Perusmateriaalien monomeeriaffiniteetti vaihtelee 5 voimakkaasti käytettävissä olevan kemiallisen funktionaalisuuden mukaan, ja sitä voidaan näin ollen säätää vähäisin kemiallisin (tai fy-sikaalis-kemiallisin) muunnoksin. Perusmateriaalit voivat olla jäykkiä tai joustavia, osittain silloittuneita tai elastomeerisiä.The present invention can be applied to many polymer base materials. It has been shown that supercritical carbon dioxide swells most thermoplastics at temperatures close to their glass transition temperature. The monomeric affinity of the base materials varies widely depending on the chemical functionality available and can therefore be adjusted with minor chemical (or physico-chemical) modifications. The base materials may be rigid or flexible, partially crosslinked or elastomeric.

10 Mahdollisia perusmateriaalipolymeerejä ovat, mutta ei pelkästään: - kestomuovipolyesterit, kuten polyeteenitereftalaatti (PET), poly-buteenitereftalaatti (PBT) ja polytrimetyleenitereftalaatti (PTT), - polyamidit, kuten PA 6, PA 6.6, 15 - polykarbonaatti (PC), - polymetyylimetakrylaatti (PMMA), - polyolefiinit, kuten polymetyylipenteeni (PMP), polyeteeni (PE), polypropeeni, eteenipropeenidieeni (EPDM), näiden kopolymeerit, funktionaaliset analogit ja näiden seokset, 20 - polyvinyylikloridi (PVC), - syklo-olefiinikopolymeeri (COC) ja -polymeeri (COP), - styreenikopolymeerit ja näiden seokset muiden kestomuovien kanssa; styreeni-eteeni-butadieeni-styreeni-kopolymeeri (SEBS), : j akrylonitriili-butadieeni-styreeni-kopolymeeri (ABS), .··. 25 - polyuretaanit.Possible base material polymers include, but are not limited to: - thermoplastic polyesters such as polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT) and polytrimethylene terephthalate (PTT), - polyamides such as PA 6, PA 6.6, 15 - polycarbonate (PC), PMMA), - polyolefins such as polymethylpentene (PMP), polyethylene (PE), polypropylene, ethylene propylene diene (EPDM), their copolymers, functional analogues and mixtures thereof, 20 - polyvinyl chloride (PVC), - cycloolefin copolymer (COC) and Copolymers of styrene and their mixtures with other thermoplastics; styrene-ethylene-butadiene-styrene copolymer (SEBS): acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS), ··. 25 - polyurethanes.

I I ·I I ·

Sopivia monomeereja ovat aniliini, pyrroli, tiofeeni ja niiden substi-tuoidut johdannaiset, joita voidaan polymeroida käyttämällä kemiallista hapetuspolymerointia. Näitä substituoituja johdannaisia ovat, : 30 mutta ei pelkästään, metyyli pyrroli, metoksianiliini, 2,2-bitiofeeni, 3- alkyylitiofeenin ja 3,4-etyleenidioksitiofeeni.Suitable monomers include aniline, pyrrole, thiophene and substituted derivatives thereof, which may be polymerized using chemical oxidation polymerization. These substituted derivatives include, but are not limited to, methyl pyrrole, methoxyaniline, 2,2-bithiophene, 3-alkylthiophene and 3,4-ethylenedioxythiophene.

Edellä mainittujen monomeerien sopivia hapettimia tunnetaan hyvin ‘ | [ alan tieteellisistä julkaisuista, ja niitä ovat - mutta eivät pelkästään - v : 35 peroksidit, peroksidisulfaatit ja ferrisuolat. Edullisia hapettimia ovat ’ ; erityiset orgaaniset rauta(lll)suolat, erityisesti sulfonihappojen suolat, 116626 10 sillä niiden vastaionit toimivat samalla tehokkaina ja stabiileina seosteaineina (dopant) luonnostaan sähköä johtavissa polyanilii-neissa, polypyrroleissa ja polytiofeeneissa.Suitable oxidants for the above monomers are well known in the art [from scientific publications in the art and include, but are not limited to, v: 35 peroxides, peroxide sulfates, and ferric salts. Preferred oxidizing agents are '; specific organic iron (III) salts, in particular sulfonic acid salts, 116626 10 for which their counterions also act as effective and stable dopant in naturally conductive polyanilines, polypyrroles and polythiophenes.

5 Erityisen käyttökelpoisia ovat Fe(lll)p-tolueenisulfonaatti ja Fe(lll)tri-fluorometaanisulfonaatti, jolla on suurempi liukoisuus ylikriittisiin flui-diliuottimiin, joissa on etanolia lisäliuottimena, kuten edellämainitussa US-patentissa 6 214 260 on kuvattu.Particularly useful are Fe (III) p-toluenesulfonate and Fe (III) trifluoromethanesulfonate, which has a higher solubility in supercritical fluid solvents containing ethanol as a co-solvent as described in the aforementioned U.S. Patent 6,214,260.

10 Ensimmäinen ylikriittisen tai nestemäisen hiilidioksidin faasi voi sisältää sekä hapetti men että erillisen seosteaineen, jos on tarpeen nostaa polymeroidun polymeerin johtavuus halutulle tasolle. Mene-telmävaiheessa 1 voidaan käyttää erilaisia peroksideja ja peroksidi-sulfaatteja yhdessä seostehappojen kanssa polymeerin sähköä joh-15 tavan muodon valmistamiseksi.The first supercritical or liquid carbon dioxide phase may contain both an oxidizing agent and a separate dopant if it is necessary to increase the conductivity of the polymerized polymer to the desired level. In process step 1, various peroxides and peroxide sulfates may be used together with the dopant acids to prepare the electrically conductive form of the polymer.

Erityisesti käytetään orgaanisia sulfonihappoja, kuten dodekyyli-bentseenisulfonihappoa (DBSA), paratolueenisulfonihappoa (PTSA) ja kamferisulfonihappoa (CSA), luonnostaan sähköä johtavan poly-20 meerin protonoimiseksi sen sähköä johtavaan muotoon ja sähköä johtavan polymeerifaasin sähköisen stabiilisuuden ja mekaanisten ··· ominaisuuksien parantamiseksi. Näitä seosteaineita voidaan käyttää ... yhdessä hapettimen kanssa ensimmäisessä superkriittisen tai nes- temäisen C02:n faasissa.In particular, organic sulfonic acids such as dodecylbenzenesulfonic acid (DBSA), paratoluene sulfonic acid (PTSA) and camphorsulfonic acid (CSA) are used to protonate the electrically conductive polymer to its electrically conductive form and the electrical stability of the electrically conductive polymer phase. These dopants can be used ... together with an oxidant in the first phase of supercritical or liquid CO2.

25 ’•'l Mahdollisuuksien mukaan keksinnön mukaisessa menetelmässä saatu polymeeripinta voidaan erillisessä menetelmävaiheessa jälkikäsillä seosteaineella, kuten hapolla (esimerkiksi DBSA:lla, CPA:lla tai PTSA:lla) menetelmävaiheiden 1 ja 2 aikana muodostetun poly-30 meerin saamiseksi sähköä johtavaksi, sen johtavuuden nostamiseksi : halutulle tasolle, tai sen sähköisten tai mekaanisten ominaisuuksien parantamiseksi.As far as possible, the polymeric surface obtained in the process of the invention may, in a separate process step, be made electrically conductive, conductive, dopant, such as an acid (e.g., DBSA, CPA or PTSA), to conduct to raise it to the desired level, or to improve its electrical or mechanical properties.

| t ; ‘ Esimerkit 2-5 esitetään menetelmän monikäyttöisyyden havainnol- 35 listamiseksi. Kussakin esimerkissä näytteen painonlisäys on ilmoitettu grammoina ja prosentteina. Nämä arvot sisältävät matriisipoly- 116626 11 meerin samanaikaisen painonpudotuksen, joka johtuu pienen mole-kyylipainon omaavien aineiden poistumisesta. Menetelmän saanto on esitetty laskennallisena tehona C.E. = [polymeroitunut monomeeri / monomeerin syöttö ennen monomeerin talteenottoa] painon pe-5 rusteella.| t; Examples 2-5 are provided to illustrate the versatility of the method. In each example, the weight gain of the sample is given in grams and percentages. These values include the simultaneous weight loss of the matrix poly 116626 11 m due to the removal of low molecular weight substances. The yield of the process is shown as the calculated power of C.E. = [polymerized monomer / monomer feed prior to monomer recovery] by weight basis.

Esimerkki 2.Example 2.

Polyesteristä (PET) kudottu kangas (192 g) suljettiin seitsemän litran 10 vetoiseen reaktoriin. Astian pohjalle ruiskutettiin 10 ml pyrrolia, ja reaktoriin pumpattiin nestemäistä hiilidioksidia, kunnes saavutettiin tasapainotila (Γ = +40°C, p = 9,0 MPa). Näitä olosuhteita ylläpidettiin 45 minuutin ajan. Astian painetta alennettiin suunnilleen 1 MPa/min. Pyrrolin ylimäärä (8.1 ml) kerättiin erotinjärjestelmästä (kuva 1).The polyester (PET) woven fabric (192 g) was sealed in a 7 liter 10-liter reactor. 10 ml of pyrrole was injected into the bottom of the vessel and liquid carbon dioxide was pumped into the reactor until equilibrium was reached (Γ = + 40 ° C, p = 9.0 MPa). These conditions were maintained for 45 minutes. The vessel pressure was reduced to approximately 1 MPa / min. Excess pyrrol (8.1 ml) was collected from the separator system (Figure 1).

1515

Astiaan ruiskutettiin 12 g Fe(lll)trifluorometaanisulfonaattia 100 ml:ssa etanolia. Sisään pumpattiin nestemäistä hiilidioksidia, ja painetta nostettiin arvoon 13,1 MPa (Γ = +40°C). Kahden tunnin kuluttua painetta alennettiin, ja erottimesta kerättiin etanoli-hapetin-20 seoksen ylimäärä. Reaktori paineistettiin jälleen puhtaalla hiilidioksidilla monomeeri- ja hapetinjäämien poistamiseksi kankaasta. Kan-kaan pinnalle oli kerrostunut musta, hyvin tarttuva ja yhtenäinen •; · polypyrrolitrifluorometaanisulfonaattipäällyste.12 g of Fe (III) trifluoromethanesulfonate in 100 ml of ethanol was injected into the vessel. Liquid carbon dioxide was pumped in and the pressure was raised to 13.1 MPa (Γ = + 40 ° C). After 2 hours, the pressure was reduced and excess ethanol-oxidant-20 was collected from the separator. The reactor was again pressurized with pure carbon dioxide to remove traces of monomer and oxidant from the fabric. The fabric had a black, highly adherent and uniform • layer; · Polypyrrole trifluoromethanesulfonate coating.

25 Päällysteen pintaresistiivisyys oli noin 5-102Q/neliö mitattuna kaksi-pisteisellä koevälineistöllä. Kankaan paino oli noussut noin Am = 1,15 g (s 0,6 %). Jos ei oteta huomioon PET:n painonpudotusta, pyr-rolipolymeroinnin laskennallinen teho C.E. = [polymeroitu monomeeri / monomeerin syöttö] oli 3 % ennen monomeerin ylimäärän talteen-30 ottoa.The coating had a surface resistivity of about 5-102Q / square as measured by two-point test equipment. The weight of the fabric had increased by about Am = 1.15 g (s 0.6%). Excluding PET weight loss, the calculated power of the pyrrole polymerization C.E. = [polymerized monomer / monomer feed] was 3% prior to recovery of excess monomer.

Esimerkki 3.Example 3.

Polyamidista 6 (nailon) valmistettu kuitukangas (80 g) suljettiin seit-35 semän litran vetoiseen reaktoriin. Astian pohjalle ruiskutettiin 30 ml pyrrolia, ja reaktorista pumpattiin nestemäistä hiilidioksidia, kunnes 116626 12 saavutettiin tasapainotila (Γ = +40°C, p = 9,7 MPa). Näitä olosuhteita pidettiin yllä 50 minuutin ajan. Astian painetta alennettiin suunnilleen 1 MPa/min nopeudella. Pyrrolin ylimäärä (22 ml) kerättiin erotin-järjestelmästä (kuva 1).Non-woven fabric (80 g) made of polyamide 6 (nylon) was sealed in a seven liter reactor. 30 ml of pyrrole was injected into the bottom of the vessel and liquid carbon dioxide was pumped from the reactor until a steady state (11 = + 40 ° C, p = 9.7 MPa) was reached. These conditions were maintained for 50 minutes. The vessel pressure was reduced at approximately 1 MPa / min. Excess pyrrol (22 mL) was collected from the separator system (Figure 1).

55

Astiaan ruiskutettiin 70 g Fe(lll)trifluorometaanisulfonaattia 200 ml:ssa etanolia. Sisään pumpattiin nestemäistä hiilidioksidia, ja painetta nostettiin arvoon 10,0 MPa (Γ = +40°C). 75 minuutin kuluttua painetta alennettiin, ja erottimesta kerättiin etanoli-hapetin-seok-10 sen ylimäärä. Reaktori paineistettiin jälleen puhtaalla hiilidioksidilla monomeeri- ja hapetinjäämien poistamiseksi kankaasta. Kankaan pinnalle oli kerrostunut musta, hyvin tarttuva ja yhtenäinen poly-pyrrolitrifluorometaanisulfonaattipäällyste (/¾ = 102Q/neliö, Am =1,72 g = 2 %, C.E. = 1,5 %).70 g of Fe (III) trifluoromethanesulfonate in 200 ml of ethanol was injected into the vessel. Liquid carbon dioxide was pumped in and the pressure was raised to 10.0 MPa (Γ = + 40 ° C). After 75 minutes, the pressure was reduced and excess ethanol-oxidant-10 was collected from the separator. The reactor was again pressurized with pure carbon dioxide to remove traces of monomer and oxidant from the fabric. The fabric had a black, highly adherent and uniform poly (pyrrolitrifluoromethane sulfonate) coating deposited on the surface of the fabric (/ ¾ = 102 ° / square, Am = 1.72 g = 2%, C.E. = 1.5%).

1515

Esimerkki 4.Example 4.

Seitsemän litran vetoiseen reaktoriin pantiin 178 g PET-kangas.A 7 liter reactor was charged with 178 g of PET fabric.

20 Esimerkin 1 mukainen menettely toistettiin käyttämällä monomeerinä etyleenidioksitiofeeniä (EDOT) (7 ml EDOT:ia 20 ml:ssa etanolia). ·· Monomeerin impregnointiaika ja -olosuhteet olivat: f = 45 min, 7 = ...: +40°C, p =9,5 MPa. (menetelmävaihe 1) 25 Hapettimena käytettiin 20 g Fe(lll)p-tolueenisulfonaattia 80 ml:ssa “f etanolia (menetelmävaihe 2). Polymerointiolosuhteet olivat: t = 105 min, T- +40°C, p =9,7 MPa. Kankaan pinnalle oli kerrostunut ' ·: tummansininen, hyvin tarttuva ja yhtenäinen PEDOT-p-tolueeni- sulfonaattipäällyste (ps = 105 Ω/neliö, Am = 0,23 g =0,13 %, C.E. = if: 30 1,0%).The procedure of Example 1 was repeated using ethylene dioxide thiophene (EDOT) as a monomer (7 ml EDOT in 20 ml ethanol). ·· The monomer impregnation time and conditions were: f = 45 min, 7 = ...: + 40 ° C, p = 9.5 MPa. (Process Step 1) 25 g of Fe (III) p-toluenesulfonate in 80 mL of ethanol (Process Step 2) was used as the oxidizing agent. The polymerization conditions were: t = 105 min, T- + 40 ° C, p = 9.7 MPa. The fabric had a layer deposited on the surface: dark blue, very tacky and uniform PEDOT-p-toluenesulfonate coating (ps = 105 Ω / square, Am = 0.23 g = 0.13%, CE = if: 1.0%) .

Esimerkki 5.Example 5.

Seitsemän litran vetoiseen reaktoriin pantiin 50 g kirkkaita polykarbo-35 naatti- (Lexan 9034) -liuskoja (0,9 mm χ 10 mm χ 60 mm). Liuskat : sijoitettiin telineeseen siten, että fluidifaasi kohdistui kaikille pinnoille yhtäläisesti ja suoraan.A seven liter reactor was charged with 50 g of clear polycarbo-35 sodium (Lexan 9034) strips (0.9 mm χ 10 mm χ 60 mm). Strips: placed in a rack so that the fluid phase was applied uniformly and directly to all surfaces.

116626 13116626 13

Esimerkin 1 menettely toistettiin käyttämällä monomeerinä pyrrolia ja lisäliuottimena asetonia (7 ml pyrrolia 20 mkssa asetonia). Mono-meerin impregnointiaika ja -olosuhteet olivat: t = 80 min, T = +80°C, 5 p =14,5 MPa. (menetelmävaihe 1)The procedure of Example 1 was repeated using pyrrole as a monomer and acetone as a co-solvent (7 ml pyrrole in 20 ml acetone). The impregnation time and conditions for the monomer were: t = 80 min, T = + 80 ° C, 5 p = 14.5 MPa. (method step 1)

Hapettimena käytettiin 55 g Fe(lll)trifluorometaanisulfonaattia 200 mkssa etanolia (menetelmävaihe 2). Polymerointiolosuhteet olivat: t = 130 min, T = +80°C, p =12,0 MPa. Kankaan pinnalle oli ker-10 rostunut musta, hyvin tarttuva ja yhtenäinen polypyrrolitrifluoro-metaanisulfonaattipäällyste (/¾ = 107 Ω/neliö, Am =0,15 g = 0,3 %, C.E. = 0,6 %).55 g of Fe (III) trifluoromethanesulfonate in 200 ml of ethanol was used as the oxidizing agent (process step 2). The polymerization conditions were: t = 130 min, T = + 80 ° C, p = 12.0 MPa. The fabric had a black, highly adherent and uniform coating of polypyrrole trifluoromethanesulfonate (/ ¾ = 107 Ω / square, Am = 0.15 g = 0.3%, C.E. = 0.6%) on the surface of the fabric.

Keksintö sopii käytännössä minkä tahansa sellaisen polymeeri mate-15 naalin pinnan sähkönjohtavuuden lisäämiseksi, jota voidaan käsitellä hiilidioksidin superkriittisissä tai nestemäisissä olosuhteissa, paikan päällä tapahtuvalla sellaisen luonnostaan sähköä johtavan polymeerin polymeroinnilla pinnalla ja lähellä pintaa, jolla ainakin mahdollisen jälkikäsittelyn jälkeen on suurempi sähkönjohtokyky kuin 20 perusmateriaalin matriisipolymeerillä tai polymeeriseoksella. Keksintö sopii erityisesti tekstiilien, arkkien ja hihnojen antistaattiseen käsittelyyn, mutta tulee ymmärtää, että keksintöä ei . . ole rajoitettu vain yllä mainittuihin perusmateriaaleihin ja sovelluksiin.The invention is practically suitable for increasing the electrical conductivity of any polymeric matrix surface that can be treated under supercritical or liquid conditions of carbon dioxide, on-site polymerization of a naturally conductive polymer, and at least after surface treatment with at least after finishing or a polymer blend. The invention is particularly suitable for antistatic treatment of textiles, sheets and belts, but it should be understood that the invention is not. . not limited to the aforementioned basic materials and applications.

I * I > ! ♦ i » I I ·I * I>! ♦ i »I I ·

| I| I

1 t » ‘ f t1 t »'f t

Claims (15)

116626 14116626 14 1. Menetelmä sähköä johtavan polymeeripinnan muodostamiseksi 5 kiinteälle polymeeriperusmateriaalille (S), joka menetelmä käsittää seuraavat peräkkäiset vaiheet: 1. käsitellään kiinteä polymeeriperusmateriaali (S) painereakto-rissa (1) ensimmäisellä ylikriittisen tai nestemäisen hiilidioksidin faasilla, joka sisältää monomeeria, monomeerin saattamiseksi 10 kulkeutumaan polymeeriperusmateriaalin rakenteeseen, 2. poistetaan reaktorista (1) ensimmäinen ylikriittisen tai nestemäisen hiilidioksidin faasi yhdessä mahdollisten monomeerijäämien kanssa, 3. syötetään reaktoriin (1) toinen ylikriittisen tai nestemäisen hiilidi- 15 oksidin faasi, joka sisältää hapettavaan ainetta, kosketukseen reaktoriin jääneen perusmateriaalin (S) kanssa, ja 4. suoritetaan polymeerialusmateriaalissa olevan monomeerin ha-petuspolymerointi paikan päällä hapettavan aineen avulla sähköä johtavan polymeeripinnan muodostamiseksi polymeeri- 20 perusmateriaalille (S), 5. poistetaan reaktorista toinen ylikriittisen tai nestemäisen hiilidioksidin faasi. I 4 * i i 4 » fA process for forming an electrically conductive polymeric surface on 5 solid polymeric base materials (S), comprising the following sequential steps: 1. treating a solid polymeric base material (S) in a pressure reactor (1) with a first supercritical or liquid carbon dioxide containing monomer to 2. removing a first supercritical or liquid carbon dioxide phase from the reactor (1) together with any monomer residues, 3. introducing a second supercritical or liquid carbon dioxide phase containing the oxidizing agent into the reactor (1) and 4. performing an on-site oxidation polymerization of the monomer in the polymer substrate with an oxidizing agent to form an electrically conductive polymeric surface on the polymer substrate (S), 5. removing one of the supercritical or liquid carbon dioxide phases from the reactor. I 4 * i i 4 »f 2. Patenttivaatimukseni mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 25 menetelmä käsittää toisen hiilidioksidifaasin poiston jälkeen seuraa-Process according to Claim 2, characterized in that, after removal of the second carbon dioxide phase, the process comprises the following: 4 I van vaiheen: 6. poistetaan perusmateriaalista (S) reaktioaineiden jäämät kolmannella ylikriittisen tai nestemäisen hiilidioksidin faasilla. ί : i 30 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että poisto suoritetaan syöttämällä reaktoriin (1) kolmas hiilidioksidifaasi kosketukseen reaktorissa olevan perusmateriaalin (S) kanssa.Step 4: 6. Removing the traces of reactants from the parent material (S) in the third phase of supercritical or liquid carbon dioxide. Process according to Claim 2, characterized in that the removal is effected by introducing into the reactor (1) a third carbon dioxide phase in contact with the basic material (S) in the reactor. 4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu 35 siitä, että monomeeri valitaan pyrrolin, substituoidun pyrrolijohdan- naisen kuten metyylipyrrolin, aniliinin, substituoidun aniliinijohdan- 15 116626 naisen kuten metoksianiliinin, tiofeenin, ja substituoidun tiofeeni-johdannaisen kuten 2,2’-bitiofeenin, 3-alkyylitiofeenin tai 3,4-etyleeni-dioksitiofeenin joukosta.Process according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the monomer is selected from pyrrole, a substituted pyrrole derivative such as methylpyrrole, aniline, a substituted aniline derivative such as methoxyaniline, thiophene, and a substituted thiophene derivative such as 2,2 '. -bithiophene, 3-alkylthiophene or 3,4-ethylenedioxythiophene. 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetin valitaan ferrisuolojen, peroksidien ja peroksidi-sulfaattien joukosta.Process according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the oxidizing agent is selected from ferric salts, peroxides and peroxide sulfates. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 10 ferrisuola on sulfonihapon orgaaninen suola, kuten Fe(lll)p-tolueeni- sulfonaatti tai Fe(lll)trifluorometaanisulfonaatti.Process according to Claim 5, characterized in that the ferric salt is an organic salt of a sulfonic acid, such as Fe (III) p-toluenesulfonate or Fe (III) trifluoromethanesulfonate. 7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen hiilidioksidifaasi sisältää lisäliuotinta, joka 15 nostaa hapettavan aineen liukoisuutta mainittuun faasiin, jolloin lisä-liuottimen määrä on edullisesti alle 101-%, sopivimmin alle 11-%.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the second carbon dioxide phase contains an additional solvent which increases the solubility of the oxidizing agent in said phase, the amount of additional solvent preferably being less than 101%, preferably less than 11%. 8. Jonkin patenttivaatimuksen 2-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kolmas hiilidioksidifaasi sisältää lisäliuotinta, joka nostaa 20 hapettavan aineen liukoisuutta mainittuun faasiin.Process according to one of Claims 2 to 7, characterized in that the third carbon dioxide phase contains an additional solvent which increases the solubility of the oxidizing agent in said phase. 9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, : että lisäliuotin valitaan alempien alkoholien, asetonin ja veden jou- . kosta. 25Process according to claim 7 or 8, characterized in that the co-solvent is selected from lower alcohols, acetone and water. revenge. 25 10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tun- - ! * ·;;; nettu siitä, että käsiteltävä polymeeriperusmateriaali (S) käsittää • ./ polymeerikuituja, erityisesti synteettisiä kuituja, kuten polyamidi- tai polyesterikuituja. 30A method according to any one of the preceding claims, characterized by -! * · ;;; The polymer base material (S) to be treated comprises polymeric fibers, in particular synthetic fibers, such as polyamide or polyester fibers. 30 11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ’ että käsiteltävä polymeeriperusmateriaali (S) on tekstiiliä, jonka ra kenteessa on polymeerikuituja, kuten kudottu kangas tai neulos tai kuitukangas (non-woven). 35 • st i 116626 16A method according to claim 10, characterized in that the polymeric base material (S) to be treated is a textile having polymeric fibers in its structure, such as a woven fabric or knit or non-woven fabric. 35 • st i 116626 16 12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polymeeriperusmateriaali (S) on taipuisa arkkimai-nen materiaali, kuten hihna, esimerkiksi materiaali, jonka pinnalla on elastomeeriä. 5Method according to one of the preceding claims, characterized in that the polymeric base material (S) is a flexible sheet-like material, such as a belt, for example a material having an elastomer on its surface. 5 13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen hiilidioksidifaasi ja/tai toinen hiilidioksi-difaasi otetaan painereaktorista erotusvaiheeseen, jossa hiilidioksidin painetta alennetaan reaktioaineiden jäämien erottamiseksi hiilidi- 10 oksidista.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the first carbon dioxide phase and / or the second carbon dioxide diphase is taken from a pressure reactor to a separation step in which the carbon dioxide pressure is lowered to separate the reactant residues from the carbon dioxide. 14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että painereaktorista (1) otettu hiilidioksidi kierrätetään takaisin painereaktoriin, missä se muodostaa faasin uudessa peräkkäisten 15 vaiheiden kierrossa. * ' t » ’ i - * * 116626 17Process according to Claim 13, characterized in that the carbon dioxide extracted from the pressure reactor (1) is recycled to the pressure reactor, where it forms a phase in a new cycle of successive stages. * 't »' i - * * 116626 17
FI20040114A 2004-01-27 2004-01-27 A process for precipitating conductive polymer coatings in supercritical carbon dioxide FI116626B (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20040114A FI116626B (en) 2004-01-27 2004-01-27 A process for precipitating conductive polymer coatings in supercritical carbon dioxide
EP05708134A EP1774539A1 (en) 2004-01-27 2005-01-27 Process for deposition of conductive polymer coatings in supercritical carbon dioxide
PCT/FI2005/000053 WO2005071696A1 (en) 2004-01-27 2005-01-27 Process for deposition of conductive polymer coatings in supercritical carbon dioxide

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20040114A FI116626B (en) 2004-01-27 2004-01-27 A process for precipitating conductive polymer coatings in supercritical carbon dioxide
FI20040114 2004-01-27

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20040114A0 FI20040114A0 (en) 2004-01-27
FI20040114A FI20040114A (en) 2005-07-28
FI116626B true FI116626B (en) 2006-01-13

Family

ID=30129444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20040114A FI116626B (en) 2004-01-27 2004-01-27 A process for precipitating conductive polymer coatings in supercritical carbon dioxide

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1774539A1 (en)
FI (1) FI116626B (en)
WO (1) WO2005071696A1 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008052568A1 (en) 2006-11-03 2008-05-08 Nanon A/S A method of producing an article comprising an interpenetrating polymer network (ipn) and an article comprising an ipn
WO2008155879A1 (en) * 2007-06-18 2008-12-24 Akita University Method for production of coating film of electrically conductive polymer
JP5243067B2 (en) 2008-03-10 2013-07-24 日機装株式会社 Method for improving conductivity of conductive polymer
CN101818358B (en) * 2009-12-28 2012-06-13 上海大学 Supercritical CO2 high-temperature high-pressure synthetic high molecular conducting film device
US11024921B2 (en) 2016-05-26 2021-06-01 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Component insulation systems
EP3708704B1 (en) * 2019-03-13 2023-07-26 The Hong Kong Research Institute of Textiles and Apparel Limited Method and integrated system for supercritical, non-aqueous solvent medium dyeing of multiple forms of synthetic, natural and blended textiles
CN114672019A (en) * 2022-04-07 2022-06-28 江苏海洋大学 In supercritical CO2Equipment and method for preparing polyaniline composite material under atmosphere

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6156235A (en) * 1997-11-10 2000-12-05 World Properties, Inc. Conductive elastomeric foams by in-situ vapor phase polymerization of pyrroles
CN1202163C (en) * 2002-02-08 2005-05-18 中国科学院化学研究所 Supercritical CO2 process of preparing conductive composite polypyrrole film material

Also Published As

Publication number Publication date
EP1774539A1 (en) 2007-04-18
FI20040114A (en) 2005-07-28
WO2005071696A1 (en) 2005-08-04
FI20040114A0 (en) 2004-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1774539A1 (en) Process for deposition of conductive polymer coatings in supercritical carbon dioxide
US8815343B2 (en) Highly conductive and stable transparent conducting polymer films
Kassim et al. Effects of preparation temperature on the conductivity of polypyrrole conducting polymer
KR101327242B1 (en) Process for producing aqueous dispersion of composite of poly(3,4-dialkoxythiophene) with polyanion
US5691062A (en) Molecularly bonded inherently conductive polymers on substrates and shaped articles thereof
Njuguna et al. Recent developments in polyurethane-based conducting composites
FI74717C (en) FORMKROPP INNEHAOLLANDE FLUORKOLVAETEPOLYMERER, VILKA AER BESTAENDIGA I KONTINUERLIG VAERME.
JP2002060736A (en) Antistatic coating composition
FI82702C (en) Non-conductive plastic composites containing poly (3-alkylthiophene)
EP0696378B1 (en) process for the production of a porous web material coated with an electrically conductive polymer
Eren et al. Atmospheric pressure plasma treatment of wool fabric structures
EP3101170A1 (en) Surface coatings
CN105506981B (en) A kind of polyamide/polyaniline composite material and preparation method thereof
Ruckenstein et al. Synthesis of surface conductive polyurethane films
EP2253656B1 (en) Method of enhancing conductivity of conductive polymer
JPH0618083B2 (en) Method for producing conductive composite
Nimbekar et al. Plasma-assisted grafting of PPY on polyester fabric as gas transducer
WO2013007363A1 (en) Process for the production of a layered body and layered bodies without masking obtainable therefrom
Aydin et al. Preparation and characterization of conducting poly (ethylene terephthalate)/polypyrrole composite fibers
Jikei et al. Electrochemical polymerization of pyrrole in supercritical carbon dioxide-in-water emulsion
Xie et al. Surface-graft polymerization of doped polyaniline with hydrophilic monomers
US5186861A (en) Intrinsically conductive moulding compound
JP3855208B2 (en) Method for producing conductive composite
Aboutorab et al. An investigation on the effect of acid dyes as dopants on the electrical conductivity and heat generation of polypyrrole coated polyester fabric
AU607537B2 (en) Conductive plastic composites

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 116626

Country of ref document: FI