PL225797B1

PL225797B1 - Sposób wytwarzania przewodzącej prąd elektryczny taśmy samoprzylepnej o ograniczonej palności na bazie akrylanów

Info

Publication number: PL225797B1
Application number: PL410498A
Authority: PL
Inventors: Zbigniew Czech; Robert Pełech
Original assignee: Zachodniopomorski Univ Tech W Szczecinie
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2017-05-31
Also published as: PL410498A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania przewodzących prąd elektryczny taśm sam oprzylepnych o ograniczonej palności zawierających grafit w warstwie kleju samoprzylepnego na bazie akrylanów. Taśma może być jedno albo dwustronna i może z powodzeniem być stosowana do łączenia ze sobą elementów konstrukcyjnych w przemyśle samochodowym, lotniczym oraz elektronicznym, pracujących w podwyższonych temperaturach, często powyżej 200°C oraz narażonych na spalenie w warunkach ewentualnego pożaru.

Z opisu wynalazku US 6,410,137 znane są poliakrylanowe kleje samoprzylepne zawierające antypireny na bazie halogenowych związków organicznych oraz płatki grafitowe. Z opisu wynalazku US 6447898 znana jest taśma samoprzylepna przewodząca prąd elektryczny, bazująca na samoprz ylepnych kopolimerach termoplastycznych oraz aktywowanych termicznie komponentach, zawierających żywice proadhezyjne oraz żywice epoksydowe sieciowane termicznie przy zastosowaniu związków sieciujących oraz przyspieszaczy. Tego typu kompozycje zawierają metalizowane cząstki w ilości od 0,1 do 40% wag. w odniesieniu do całkowitej masy kompozycji. Z opisu wynalazku WO 2009/006168 znane są kleje samoprzylepne o ograniczonej palności na bazie poliakrylanów zawierające wodorotlenek aluminium oraz ekspandujący grafit. Z opisu wynalazku US 2014/0127443 znane są kleje samoprzylepne zawierające ekspandujący grafit służące do wytwarzania materiałów samoprzylepnych mających zastosowanie w budownictwie.

Grafit dobrze przewodzi prąd elektryczny i jest odporny na wysoką temperaturę. Najczęściej występuje w postaci agregatów łuseczkowych, blaszkowych lub w formie zbitej masy o szaroczarnej barwie. Jest minerałem giętkim, ale nie jest sprężysty. Jest krajalny i nieprzezroczysty, w dotyku jest tłusty i brudzący. Oprócz grafitu bardzo dobre właściwości obniżonej palności, przewodnictwa elektrycznego oraz zachowania kleistości, adhezji oraz wysokiej kohezji gwarantuje zastosowanie grafitu ekspandującego. Grafit ekspandujący jest produktem o pochodzeniu naturalnym, wytwarzany jest z rudy grafitowej w procesie wzbogacania i rafinacji by następnie poddać tak oczyszczony grafit działaniu silnych utleniaczy i przekształcić w suchy kwas grafitowy. Podczas tego procesu zachodzi interkalacja sieci krystalicznej grafitu atomami innego pierwiastka. Ponowne podgrzanie zmodyfikowanego grafitu prowadzi do uwolnienia interkalatu, zerwania wiązań międzypłaszczyznowych i eksfoliacji kryształów grafitu w następstwie czego tworzą się nanoagregacje grafenowe. Grafit w wyniku tej przemiany będącej następstwem podgrzania i eksfoliacji, ulega silnej ekspansji objętościowej i przechodzi w miękki, elastyczny i izolacyjny materiał zwany ekspandem grafitowym o puszystej konsystencji i powierzchni właściwej rzędu 100 m /g. Materiał ten posiada wysoką odporność termiczną i chemiczną oraz dobrze przewodzi prąd elektryczny.

Sposób wytwarzania przewodzącej prąd elektryczny jednostronnej lub dwustronnej taśmy samoprzylepnej o ograniczonej palności na bazie akrylanów, według wynalazku, zawierającej nośnik metalowy i w warstwie kleju grafit, charakteryzuje się tym, że poddaje się rozpuszczalnikowej polimeryzacji rodnikowej więcej niż 69,9% wagowych alkiloakrylanów o długości łańcucha węglowego C1-C12, kwasu akrylowego, octanu winylu, oraz nienasyconego fotoinicjatora w ilości nie większej niż 10% wagowych. Następnie tak otrzymany klej samoprzylepny modyfikuje się dodatkiem wielofunkcyjnego (met)akrylanu w ilości od 1 do 20% wagowych oraz konwencjonalnym fotoinicjatorem i grafitem w ilości od 5 do 40% wagowych. Zmodyfikowany klej sieciuje się promieniowaniem UV i transferuje na nośnik metalowy. Użyty w sposobie % wagowy odnosi się do masy polimeru syntetyzowanego kleju. Obecność kwasu akrylowego w mieszaninie monomerów wpływa pozytywnie na podwyższenie lepk ości kleju, a tym samym jego masy cząsteczkowej, co istotnie podwyższa jego kohezję po procesie sieciowania. Octan winylu obecny w mieszaninie polimeryzacyjnej polepsza adhezję kleju na bazie poliakrylanów do nośnika foli metalowej. W sposobie można stosować grafit w postaci ekspandującej. Korzystnie jako alkiloakrylany stosuje się akrylan metylu, akrylan etylu, akrylan butylu, akrylan 2-etyloheksylu, akrylan oktylu, akrylan izooktylu, akrylan decylu i/lub akrylan dodecylu. Korzystnie jako nienasycony fotoinicjator stosuje się fotoinicjator I lub II rodzaju. Przy wykorzystaniu fotoinicjatora rodnikowego I rodzaju powstają w trakcie fotosieciowania uboczne produkty rozpadu fotolitycznego fotoinicjatora, a przy zastosowaniu fotoinicjatora II rodzaju w trakcie fotosieciowania nie powstają ża dne produkty uboczne. Obecność nienasyconych fotoinicjatorów I lub II rodzaju umożliwia wbudowanie w trakcie polimeryzacji fotoreaktywnych grup biorących aktywny udział w procesie sieciowania klejów promieniowaniem UV. Sieciowanie z wykorzystaniem nienasyconych wbudowanych w łańcuch główny polimeru fotoinicjatorów I lub II rodzaju przebiega pod lampą UV emitującą głównie promieniowanie

PL 225 797 B1 z obszaru UV-C. Korzystnie jako nienasycony fotoinicjator stosuje się 4-akryloilooksybenzofenon, akrylowaną benzoinę, akrylowany antrachinon lub α-allilobenzoinę. Korzystnie jako wielofunkcyjny (met)akrylan stosuje się (met)akrylan difunkcyjny, trifunkcyjny lub tetrafunkcyjny. Sieciowanie promieniowaniem UV kleju samoprzylepnego w obecności wielofunkcyjnych akrylanów oraz konwencjonalnych fotoinicjatorów przebiega pod lampą UV emitującą promieniowanie UV z zakresu UV-A. W sposobie stosuje się promieniowaniem-UV w obszarze od 200 do 400 nm. Jako nośnik metalowy stosuje się folię aluminiową, miedzianą, stalową lub mosiężną.

Przewodzące prąd elektryczny kleje samoprzylepne mogą służyć do wytwarzania przewodzących prąd elektryczny taśm samoprzylepnych o ograniczonej palności charakteryzujących się wysoką kleistością, wysoką adhezją oraz bardzo wysoką kohezją, zarówno w temperaturze pokojowej jak i w podwyższonych temperaturach. Klej według wynalazku ma doskonałe właściwości antypalne, dobre przewodnictwo prądu elektrycznego oraz dobre właściwości adhezyjne jak również kohezyjne kleju poliakrylanowego zaobserwowano po jego modyfikacji grafitem.

Wynalazek ilustrują bliżej poniższe przykłady wykonania. Właściwości samoprzylepne oraz kohezję otrzymanych samoprzylepnych taśm o ograniczonej palności przewodzących prąd elektryczny badano wg norm AFERA, lepność wg normy AFERA 4105, adhezję wg normy AFERA 4001 oraz kohezję w temperaturze pokojowej oraz w 70°C wg normy AFERA 4012. Przewodnictwo elektryczne mierzono wg normy DIN 53482. Palność modyfikowanego kleju samoprzylepnego mierzono wg testu pionowego spalania UL 94. Otrzymane wyniki przedstawiono w tabeli.

P r z y k ł a d 1

W znajdującym się na łaźni olejowej reaktorze o pojemności 1 l, zaopatrzonym w mieszadło, chłodnicę zwrotną, termometr oraz wkraplacz, umieszcza się 100 g rozpuszczalnika octanu etylu. Octan etylu ogrzewa się do wrzenia, a następnie do wrzącego octanu etylu wkrapla się w ciągu 2 h 100 g mieszaniny złożonej z 70 g akrylanu 2-etyloheksylu (70% wag.), 10 g kwasu akrylowego (10% wag.), 10 g octanu winylu (10% wag.), 10 g fotoinicjatora II rodzaju 4-akryloilooksybenzofenonu (10% wag.) oraz 0,1 g rodnikowego inicjatora azowego AIBN (0,1% wag. w odniesieniu do masy monomerów). Proces polimeryzacji prowadzi się przez 8 h, otrzymując rozpuszczalnikowy kopolimer na bazie poliakrylanów o 50% wag. zawartości polimeru oraz o lepkości 14,7 Pa-s, mierzonej w temperaturze 23°C na wiskozymetrze Rheomat RM 189. Do otrzymanego w ten sposób kleju dodaje się 1 g diakrylanu 1,6-heksanodiolu (1% wag.), 0,5 g konwencjonalnego fotoinicjatora Irgacure 184 oraz 5 g grafitu (5% wag.), a następnie po wymieszaniu modyfikowany klej samoprzylepny powleka się o gramaturze 60 g/m² na dehezyjnej foli poliestrowej, suszy 10 min w temperaturze 110°C w kanale suszącym, a otrzymaną w ten sposób warstwę kleju samoprzylepnego sieciuje pod lampą UV dawkę pro₂ mieniowania 300 mJ/cm i transferuje na folię aluminiową.

P r z y k ł a d 2

W znajdującym się na łaźni olejowej reaktorze o pojemności 1 l, zaopatrzonym w mieszadło, chłodnicę zwrotną, termometr oraz wkraplacz, umieszcza się 100 g rozpuszczalnika octanu etylu. Octan etylu ogrzewa się do wrzenia, a następnie do wrzącego octanu etylu wkrapla się w ciągu 3 h 100 g mieszaniny złożonej z 75 g akrylanu butylu (75% wag.), 5 g kwasu akrylowego (5% wag.), 15 g octanu winylu (15% wag.), 5 g fotoinicjatora I rodzaju akrylowanej benzoiny (5% wag.) oraz 0,1 g rodnikowego inicjatora azowego AIBN (0,1% wag. w odniesieniu do masy monomerów). Proces polimeryzacji prowadzi się przez 7 h, otrzymując rozpuszczalnikowy kopolimer na bazie poliakrylanów o 50% wag. zawartości polimeru oraz o lepkości 11,6 Pa-s, mierzonej w temperaturze 23°C na wiskozymetrze Rheomat RM 189. Do otrzymanego w ten sposób kleju dodaje się 20 g triakrylanu pentaerytrytolu (20% wag.), 5 g konwencjonalnego fotoinicjatora Irgacure 127 oraz 40 g grafitu (40% wag.), a następ₂ nie po wymieszaniu modyfikowany klej samoprzylepny powleka się o gramaturze 60 g/m na dehezyjnej foli poliestrowej, suszy 10 min w temperaturze 110°C w kanale suszącym, a otrzymaną w ten spo₂ sób warstwę kleju samoprzylepnego sieciuje pod lampą UV dawką promieniowania 500 mJ/cm i transferuje na folię miedzianą.

P r z y k ł a d 3

W znajdującym się na łaźni olejowej reaktorze o pojemności 1 l, zaopatrzonym w mieszadło, chłodnicę zwrotną, termometr oraz wkraplacz, umieszcza się 100 g rozpuszczalnika octanu etylu. Octan etylu ogrzewa się do wrzenia, a następnie do wrzącego octanu etylu wkrapla się w ciągu 2 h 100 g mieszaniny złożonej z 60 g akrylanu oktylu (60% wag.), 20 g akrylanu metylu (20% wag.), 4 g kwasu akrylowego (4% wag.), 13 g octanu winylu (13% wag.), 3 g fotoinicjatora II rodzaju akrylowanego antrachinonu (3% wag.) oraz 0,1 g rodnikowego inicjatora azowego AIBN (0,1% wag. w odniesie4

PL 225 797 B1 niu do masy monomerów). Proces polimeryzacji prowadzi się przez 6 h, otrzymując rozpuszczalnik owy kopolimer na bazie poliakrylanów o 50% wag. zawartości polimeru oraz o lepkości 13,0 Pa-s, mierzonej w temperaturze 23°C na wiskozymetrze Rheomat RM 189. Do otrzymanego w ten sposób kleju dodaje się 5 g tetrakrylanu pentaerytrytolu (5% wag.), 3 g konwencjonalnego fotoinicjatora BAPO oraz 20 g grafitu ekspandującego (20% wag.), a następnie po wymieszaniu modyfikowany klej samoprzylepny powleka się o gramaturze 60 g/m na dehezyjnej foli poliestrowej, suszy 10 min w temperaturze

110°C w kanale suszącym, a otrzymaną w ten sposób warstwę kleju samoprzylepnego sieciuje pod ₂ lampą UV dawką promieniowania 250 mJ/cm i transferuje na folię mosiężną.

P r z y k ł a d 4

W znajdującym się na łaźni olejowej reaktorze o pojemności 1 l, zaopatrzonym w mieszadło, chłodnicę zwrotną, termometr oraz wkraplacz, umieszcza się 100 g rozpuszczalnika octanu etylu. Octan etylu ogrzewa się do wrzenia, a następnie do wrzącego octanu etylu wkrapla się w ciągu 3 h 100 g mieszaniny złożonej z 90 g akrylanu decylu (90% wag.), 3 g kwasu akrylowego (3% wag.), 5 g octanu winylu (5% wag.), 2 g fotoinicjatora II rodzaju 4-akryloilooksyetoksybenzofenonu (2% wag.) oraz 0,1 g rodnikowego inicjatora azowego AIBN (0,1% wag. w odniesieniu do masy monomerów). Proces polimeryzacji prowadzi się przez 7 h, otrzymując rozpuszczalnikowy kopolimer na bazie poliakrylanów o 50% wag. zawartości polimeru oraz o lepkości 9,3 Pa-s, mierzonej w temperaturze 23°C na wiskozymetrze Rheomat RM 189. Do otrzymanego w ten sposób kleju dodaje się 10 g dimetakrylanu glikolu etylenowego (10% wag.), 2 g konwencjonalnego fotoinicjatora MAPO oraz 30 g grafitu ekspandującego (30% wag.), a następnie po wymieszaniu modyfikowany klej samoprzylepny powleka ₂ się o gramaturze 60 g/m² na dehezyjnej foli poliestrowej, suszy 10 min w temperaturze 110°C w kanale suszącym, a otrzymaną w ten sposób warstwę kleju samoprzylepnego sieciuje pod lampą UV da w₂ ką promieniowania 400 mJ/cm i transferuje na folię mosiężną.

P r z y k ł a d 5

W znajdującym się na łaźni olejowej reaktorze o pojemności 1 l, zaopatrzonym w mieszadło, chłodnicę zwrotną, termometr oraz wkraplacz, umieszcza się 100 g rozpuszczalnika octanu etylu. Octan etylu ogrzewa się do wrzenia, a następnie do wrzącego octanu etylu wkrapla się w ciągu 2,5 h 100 g mieszaniny złożonej z 70 g akrylanu dodecylu (70% wag.), 7 g kwasu akrylowego (7% wag.), 20 g octanu winylu (20% wag.), 3 g fotoinicjatora I rodzaju a-allilobenzoiny (3% wag.) oraz 0,1 g rodnikowego inicjatora azowego AIBN (0,1% wag. w odniesieniu do masy monomerów). Proces polimeryzacji prowadzi się przez 6 h, otrzymując rozpuszczalnikowy kopolimer na bazie poliakrylanów o 50% wag. zawartości polimeru oraz o lepkości 10,3 Pa-s, mierzonej w temperaturze 23°C na wiskozymetrze Rheomat RM 189. Do otrzymanego w ten sposób kleju dodaje się 3 g trimetakrylanu trim ethylolopropanu (3% wag.), 1 g konwencjonalnego fotoinicjatora Irgacure 651 oraz 15 g grafitu ekspandującego (15% wag.), a następnie po wymieszaniu modyfikowany klej samoprzylepny powleka się o gram a₂ turze 60 g/m na dehezyjnej foli poliestrowej, suszy 10 min w temperaturze 110°C w kanale suszącym, a otrzymaną w ten sposób warstwę kleju samoprzylepnego sieciuje pod lampą UV dawką promienio₂ wania 190 mJ/cm i transferuje na folię aluminiową.

T a b e l a

Klej samoprzylepny wg przykładu	Lepność [N]	Adhezja [N]	Kohezja [N]	Przewodnictwo elektryczne [S/cm]	Test pionowego spalania UL 94
20°C	20°C	70°C	20°C	klasa
1	10,3	15,7	90	40	0,08	V-1
2	8,5	13,6	90	40	2,9	V-0
3	9,6	14,1	90	40	1,6	V-1
4	9,0	12,3	90	40	2,0	V-0
5	10,0	14,9	90	40	1,2	V-1

Materiały spełniające V-0 wg UL 94: nie palą się płomieniem dłużej niż 10 s Materiały spełniające V-1 wg UL 94: nie palą się płomieniem dłużej niż 30 s

PL 225 797 B1

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania przewodzącej prąd elektryczny jednostronnej lub dwustronnej taśmy samoprzylepnej o ograniczonej palności na bazie akrylanów, z nośnikiem metalowym i zawierającej w warstwie kleju grafit, znamienny tym, że poddaje się rozpuszczalnikowej polimeryzacji rodnikowej więcej niż 69,9% wagowych alkiloakrylanów o długości łańcucha węglowego C₁-C₁₂, kwasu akrylowego, octanu winylu oraz nienasyconego fotoinicjatora w ilości nie większej niż 10% wagowych, nastę pnie otrzymany klej samoprzylepny modyfikuje się dodatkiem wielofunkcyjnego (met)akrylanu w ilości od 1 do 20% wagowych oraz konwencjonalnym fotoinicjatorem i grafitem w ilości od 5 do 40% wagowych, po czym klej sieciuje się promieniowaniem UV i transferuje na nośnik metalowy, przy czym % wagowy odnosi się do masy polimeru syntetyzowanego kleju.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się grafit ekspandujący.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako alkiloakrylany stosuje się akrylan metylu, akrylan etylu, akrylan butylu, akrylan 2-etyloheksylu, akrylan oktylu, akrylan izooktylu, akrylan decylu i/lub akrylan dodecylu.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako nienasycony fotoinicjator stosuje się fotoinicjator I lub II rodzaju.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 4, znamienny tym, że jako nienasycony fotoinicjator stosuje się 4-akryloilooksybenzofenon, akrylowaną benzoinę, akrylowany antrachinon lub a-allilobenzoinę
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wielofunkcyjny (met)akrylan stosuje się (met)akrylan difunkcyjny, trifunkcyjny lub tetrafunkcyjny.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się promieniowanie UV w obszarze od 200 do 400 nm.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako nośnik metalowy stosuje się folię aluminiową, miedzianą, stalową lub mosiężną.