ITUB20154935A1 - Un metodo per realizzare un composto elastomerico conduttivo e/o antistatico ed un composto ottenuto con il metodo - Google Patents

Description

D E SC R I Z IO N E

Campo di applicazione

L'invenzione riguarda un composto elastomerico conduttivo, generalmente utilizzabile per realizzare prodotti policromatici stampati oppure estrusi che hanno proprietà conduttive oppure semi-conduttive.

Stato della Tecnica

Sono noti da tempo composti elastomerici che hanno caratteristiche di conduttività o semi-conduttività elettrica o, al contrario, di antistaticità elettrica.

Tipicamente, i composti conduttivi hanno valori di resistività volumetriche che sono inferiori al KQcm mentre i composti antistatici hanno valori di resistività volumetriche che sono inferiori ai GQcrn.

Per ottenere questi tipi di composti, nei composti elastomerici noti sono introdotte delle componenti conduttive in varie forme e che possono essere scelti tra:

- allotropi di carbonio, come nero di carbonio, grafite, nano-tubi di carbonio, nano-piastrine di grafene, ecc.);

- particelle metalliche di nichel, rame, argento, oro, ecc.;

- particelle composite di grafite nichelata, vetro argentato, alluminio nichelato, ossidi di antimonio, ecc.;

- polimeri conduttori, come poli-aniline, politiofeni, polifluoreni, ecc.;

- plastificanti conduttivi;

- miscele solide di nano-particelle di silice decorate con compositi organici ed inorganici.

Questo stato della tecnica ha alcuni inconvenienti. Un primo inconveniente consiste nel fatto che i composti ottenuti secondo la tecnica nota hanno una colorazione solo monocromatica e coprente, normalmente grigio scuro o tendente al nero.

Un secondo inconveniente consiste nel fatto che le particelle metalliche hanno singolarmente un peso specifico molto elevato ed un cosiddetto aspetto di forma molto basso, ossia hanno forme tridimensionali in cui le tre dimensioni sono sostanzialmente simili.

Per questa ragione, per ottenere una soddisfacente conduttività, è necessario introdurre nei composti rilevanti quantità di particelle metalliche per realizzare la percolazione elettrica, ossia per realizzare una rete conduttiva di soglia minima in cui tutte le particelle sono a contatto reciproco par consentire la conduttività, e questo si traduce in una molteplicità di effetti negativi sulle proprietà meccaniche dei manufatti e del loro peso e costo per unità di volume di composto.

Un terzo inconveniente consiste nel fatto che le particelle composite che sono realizzate in forma di un cuore inerte rivestito con una parte conduttiva metallica, pur risultando più leggere, hanno una morfologia irregolare, detta "a fiocchi" oppure dendritica, che crea anch'essa problemi sulle proprietà meccaniche dei composti ottenuti .

Un quarto inconveniente è che i polimeri conduttori sono generalmente di natura termoplastica e, pertanto, difficilmente disperdibili in elastomeri.

Inoltre, i polimeri conduttori hanno una scarsa stabilità termica e chimica ed un costo sensibilmente elevato.

Infine, i polimeri conduttori hanno colorazioni monocromatiche e coprenti.

Un quinto inconveniente è che i plastificanti conduttivi necessitano invece di essere aggiunti in grande quantità per ottenere una soddisfacente conduzione elettrica.

Inoltre, la loro dimensione molecolare limitata determina una scarsa stabilità delle formulazioni dei composti nei quali possono verificarsi fenomeni di essudazione dalla superficie dei manufatti realizzati ed una conduzione elettrica che diminuisce nel tempo.

Un sesto inconveniente relativo all'utilizzo di soluzioni solide di nano-particelle di silice decorate con composti organici ed inorganici consiste nel fatto che questi composti hanno scarsa conducibilità che permette di ottenere valori difficilmente inferiori a 0,1 ΜΩαη.

Presentazione dell'invenzione

Uno scopo dell'invenzione è quello di migliorare la tecnica nota.

Un altro scopo dell'invenzione è di mettere a punto un composto elastomerico che da un lato abbia soddisfacenti caratteristiche di conduttività, oppure di anti-staticità e dall'altro che sia policromatico e colorabile secondo necessità.

Secondo un aspetto dell'invenzione è previsto un metodo per ottenere un composto elastomerico conduttivo ed antistatico, in accordo con le caratteristiche della rivendicazione 1.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione è previsto un composto elastomerico conduttivo ed antistatico, in accordo con le caratteristiche della rivendicazione 16.

Ulteriori aspetti dell'invenzione sono indicati nelle rivendicazioni dipendenti.

L'invenzione permette di ottenere i seguenti vantaggi:

- realizzare un composto elastomerico conduttivo e/o antistatico che possa assumere colorazioni a piacere;

- realizzare un composto elastomerico conduttivo e/o antistatico che abbia ottime prestazioni di conduttività e/o anti-staticità;

- realizzare un composto elastornarico conduttivo e/o antistatico che abbia una elevata resistenza meccanica all'abrasione, allo strappo ed al taglio ed in generale all'invecchiamento.

Descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione preferito .

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, di un metodo per la realizzazione di un composto elastomerico conduttivo e/o antistatico e del composto elastomerico conduttivo e/o antistatico ottenuto con il metodo, illustrata a titolo di esempio non limitativo nella seguente descrizione.

11 composto elastomerico conduttivo e/o antistatico è ottenuto mescolando tra loro, con adatti mezzi di miscelazione, come ad esempio calandre oppure miscelatori interni oppure ancora miscelatori a doppia vite, una combinazione di elementi e di agenti.

Gli elementi che formano il composto secondo l'invenzione comprendono un elastomero di base che è scelto tra una pluralità di gomme sintetiche che sono definite nella classificazione DIN/ISO 1629 che deriva dalla ASTM D 1418-79 e precisamente :

un elastomero del gruppo "M", cioè polimeri che contengono catene polimeriche sature di polimetilene ; oppure

un elastomero del gruppo "N", cioè contenenti catene polimeriche che comprendono atomi di carbonio e azoto; oppure

un elastomero del gruppo "O", cioè polimeri che contengono catene polimeriche basate su carbonio ed ossigeno; oppure

un elastomero del gruppo "Q", cioè che contengono catene polimeriche basate su silicio e ossigeno; oppure un elastomero del gruppo "R", cioè che contengono catene polimeriche che comprendono atomi di carbonio insaturo; oppure

un elastomero del gruppo "T", aventi catene polimeriche basate su carbonio, ossigeno e zolfo; oppure un elastomero del gruppo "U", comprendenti catene basate su carbonio, ossigeno e azoto; oppure

un elastomero del gruppo "Z" comprendenti catene polimeriche basate su fosforo e azoto.

Questo elastomero scelto tra quelli indicati sopra, viene additivato con un carica di agenti conduttivi, in forma di elementi che hanno una struttura tridimensionale fibrosa, cioè una struttura tridimensionale in cui una dimensione è nettamente prevalente sulle altre due, nel caso specifico la lunghezza, che è preponderante sulle altre due dimensioni.

Si deve sottolineare che gli agenti conduttivi secondo l'invenzione sono normalmente in forma di fibre metalliche che hanno diametro di qualche decina di micron e lunghezza di qualche decina di millimetri, che quindi stanno tra loro in rapporto di 1000:1, con una tolleranza di più o meno il 10%, e che, se richiesto, sono preventivamente disperse in un supporto (o carrier) polimerico, questo perché è facilitato lo stoccaggio e l'utilizzo in un impianto, aggirando le limitazioni causate dalla bassa densità apparente, tipica dei materiali fibrosi.

Queste fibre sono successivamente miscelate con l'elastomero di base.

Quest'ultimo è quindi sottoposto ad un processo di vulcanizzazione, la quale può essere favorita aggiungendo un pacchetto di vulcanizzazione.

Un esempio del significato che ha la espressione "pacchetto di vulcanizzazione" è un perossido organico oppure una combinazione di perossidi organici che possono essere scelti tra 1,2-diclorodibenzoil perossido oppure tra composti che hanno una reattività simile a quest'ultimo .

Un altro esempio di pacchetto di vulcanizzazione è costituito da zolfo ed acceleranti, come CBS, MBTS, DP6.

Un terzo esempio di sistema di vulcanizzazione tipico degli elementi elastomeriei siliconici è costituito da un catalizzatore di idrosililazione (ad esempio: catalizzatore di Karsted), un reticolante idrosiliconico ed un inibitore (ad esempio ETCH).

Per aumentare le caratteristiche di resistenza meccanica del composto finale, nella miscela può essere aggiunto un agente rinforzante oppure, per avere il risultato opposto, ossia un composto meno tenace, può essere aggiunto un agente non-rinforzante.

Ad esempio, un agente rinforzante può essere scelto tra silice ventilata o precipitata mentre un agente nonrinforzante può essere scelto tra caolino, calciocarbonato , talco, bario solfato, allumina idrata, wollastonite, mica.

Per conferire una colorazione desiderata, nel composto elastomerico secondo l'invenzione è introdotto un pigmento colorante che può essere sia di natura organica, sia di natura inorganica.

Nel caso di pigmento di natura organica, questo può essere scelto tra ftalocianine , composti di azoto , chinacridoni, ossazine, antrachinoni, mentre, nel caso di pigmento di natura inorganica, questo può essere scelto tra biossido di titanio, biossido di zinco, litopone, blu oltremare , blu di prussia, arancio cromo, ossidi di ferro, ossidi di cromo.

Il metodo per realizzare il composto è il seguente: in un miscelatore scelto in funzione della natura chimico-fisica dell'elastomero di base tra un miscelatore interno compenetrante o tangenziale, un miscelatore bivite, una calandra, sono preventivamente posti i polimeri di base ed eventuali aiuti di processo come plastificanti, modificatori reologici, agenti compatibilizzanti polimerocarica .

Il miscelatore viene posto in funzione e, quando è completata la cosiddetta "masticazione" del materiale elastomerico di base e degli eventuali aiuti di processo, ossia la lavorazione per rendere un elastomero molle e plastico abbassandone il peso molecolare per meglio incorporare additivi e cariche, si aggiungono le fibre metalliche, che possono essere in forma pura ovvero preventivamente disperse, riscaldando il tutto fino ad una temperatura che sia sufficiente per disperdere sia la fibre, sia gli eventuali materiali in cui sono disperse preventivamente, mescolando par un intervallo di tempo sufficiente per ottenere una dispersione omogenea delle fibre metalliche.

Successivamente, la miscela cosi ottenuta è scaricata e raffreddata fino a temperatura ambiente e, in una seconda fase del processo, addizionata con i pacchetti di vulcanizzazione, additivi plastificanti e/o compatibilizzanti, modificatori reologici e pigmenti.

In particolari condizioni, ad esempio quando la fase di miscelazione appena citata non genera sufficiente calore ad innescare la reazione di vulcanizzazione è possibile preparare il composto secondo 1'invenzione in una unica fase, cioè aggiungendo tutti gli ingredienti in un'unica fase.

Si è in pratica constatato come l'invenzione raggiunga gli scopi prefissati.

L'invenzione come concepita è suscettibile di modifiche e varianti, tutte rientranti nel concetto inventivo.

Inoltre, tutti i dettagli sono sostituibili con altri elementi tecnicamente equivalenti.

Nella attuazione pratica, i materiali impiegati nonché le forme e le dimensioni potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze, senza per questo uscire dall'ambito di protezione delle seguenti rivendicazioni.

Claims (18)

1. R IV E N D IC A Z I ON I 1. Un metodo per la produzione di un composto elastomerico conduttivo e/o antistatico, che comprende miscelare tra loro con mezzi di miscelazione almeno: -Un elastomero di base; -Un agente vulcanizzante; e -Una carica di agenti conduttivi; caratterizzato dal fatto che detta carica di agenti conduttivi comprende agenti conduttivi che hanno struttura tridimensionale fibrosa in cui una dimensione è prevalente sulle altre due.
2. 2. Un metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta dimensione prevalente è la lunghezza.
3. 3. Un metodo secondo la rivendicazione 2, in cui detta dimensione di lunghezza è in rapporto 1:1000 più o meno 10% rispetto a dette altre due dimensioni.
4. 4. Un metodo secondo la rivendicazione 1, in cui comprende disperdere detti agenti conduttivi in un supporto polimerico.
5. 5. Un metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto elastomero di base è scelto tra un elastomero del gruppo "M" oppure del gruppo "N" oppure del gruppo "O" oppure del gruppo "Q" oppure del gruppo "R" oppure del gruppo "T", oppure del gruppo "U" oppure del gruppo "Z ".
6. 6. Un metodo secondo la rivendicazione 1, in cui comprende addizionare ulteriormente un pacchetto di vulcanizzazione .
7. 7. Un metodo secondo la rivendicazione 1, in cui comprende ulteriormente una fase di vulcanizzazione .
8. S. Un metodo secondo la rivendicazione 1, in cui comprende addizionare ulteriormente una carica di agenti scelti tra rinforzanti e non-rinforzanti scelti tra silici ventilate o precipitate, caolini, calcio carbonato, talco, bario solfato, allumina idrata, wollastonite , mica.
9. 9. Un composto secondo la rivendicazione 1, in cui comprende ulteriormente una carica di agenti stabilizzanti scelti tra agenti anti-UV, agenti anti-ossidanti , agenti anti-ozono, agenti anti-idrolisi , agenti anti-calore, agenti anti-affioramenti , agenti anti-fiamma, agenti antibatterici, agenti anti-funginei , agenti anti-strutturanti , agenti auto-lubrificanti , agenti marcatori.
10. 10.Un metodo secondo la rivendicazione 1, in cui comprende ulteriormente agenti complementari coadiuvanti scelti tra agenti oleosi, agenti plastificanti, agenti scivolanti , cere .
11. 11.Un metodo secondo la rivendicazione 1 , in cui detti agenti conduttivi sono agenti metallici .
12. 12.Un metodo secondo la rivendicazione 1, in cui comprende ulteriormente addizionare almeno un pigmento colorante .
13. 13.Un metodo secondo la rivendicazione 5, in cui detto almeno un pigmento è scelto tra un pigmento organico ed un pigmento inorganico .
14. 14.Un metodo secondo la rivendicazione 13, in cui un pigmento colorante organico è scelto tra ftalocianine , composti di azoto, chinacridoni, ossazine, antrachinoni .
15. 15.Un metodo secondo la rivendicazione 13, in cui un pigmento inorganico è scelto tra biossido di titanio, biossido di zinco, litopone, blu oltremare, blu di Prussia, arancio cromo, ossidi di ferro, ossidi di cromo.
16. 16.Un metodo secondo la rivendicazione 1, in cui comprende addizionare ulteriormente un agente promotore di adesione .
17. 17.Un composto elastomerico conduttivo e/o antistatico, caratterizzato dal fatto che è ottenuto con il metodo secondo le rivendicazioni da 1 a 15.
18. 18.Un composto elastomerico conduttivo e/o antistatico secondo la rivendicazione 17, che comprende: -Almeno un elastomero di base; -Almeno un agente vulcanizzante; e -Almeno una carica di agenti conduttivi ; caratterizzato dal fatto che detta carica di agenti conduttivi comprende agenti conduttivi che hanno struttura tridimensionale fibrosa in cui una dimensione è prevalente sulle altre due.