TW201900750A - 高介電常數及低介電消散之聚合物複合物 - Google Patents

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Abstract

一種組成物,其包含:a)導電纖維,其等包含碳、導電氧化物或金屬;且具有1至20,000 nm之平均直徑及至少五倍該平均直徑之平均長度;及b)非導電粒子,其等具有1至20,000 nm之平均直徑。

Description

高介電常數及低介電消散之聚合物複合物
本發明關於一種包含纖維填料及粒子填料之聚合物複合物,尤其是一種包含纖維導電填料及非導電粒子填料之聚合物複合物,其可用於電致動應用中。其進一步關於一種將纖維填料結合至聚合基質中之方法。
除了電致動外,還有許多應用希望增加聚合物之介電常數。為此目的已經應用許多技術,包括化學修飾主鏈及側基,以及結合高介電常數填料。增加介電常數的共同缺點是介電損耗會一起增加。介電損耗增加可能造成較高的能量消耗、裝置操作期間的熱產生、信號延遲,並且增加洩漏電流。已經用鈦酸鋇來填充聚矽氧膜以提供介電膜致動器,參見例如Y. Liu et al.,Smart Mater.Struct .,18 (2009) 095024。然而,此參考文獻揭示介電損耗會隨著鈦酸鋇量提高而增加。
要完全利用這些方法來增加介電常數尚有未解決的問題,但是利用創新技術可抑制介電損耗的增加。此外,彈性模數的增加應降至最低。
本發明提供一種組成物,其包含: a) 導電纖維,其等包含碳、導電氧化物或金屬;且具有1至20,000 nm之平均直徑及至少五倍該平均直徑之平均長度;及 b) 非導電粒子,其等具有1至20,000 nm之平均直徑。
本發明亦提供一種方法,其包含: c) 藉由物理吸附或化學氧化而在纖維材料上產生表面電荷; d) 在該表面上添加帶有相反電荷之粒子材料以形成混合物;及 e) 將該混合物與聚合物混合。
除非特別註明,否則百分比為重量百分比(wt%)且溫度使用℃。除非特別註明,否則操作是在室溫下執行。如本文中所使用,除非另有指示,否則分子量、Mn 、Mw 、及Mz 具有習知意義,且係藉由凝膠滲透層析術判定。在本文中以g/mol之單位記述分子量。矽醇指數係以FT-IR來判定,如實例中所述。
較佳的是,該組成物進一步包含聚合物基質,較佳的是包含聚矽氧烷者。較佳的是,聚矽氧烷係生產自選自下列者之可固化聚矽氧組成物:(a)矽氫化可固化聚矽氧組成物;(b)縮合可固化聚矽氧組成物;(c)硫醇-烯(thiol-ene)反應可固化聚矽氧組成物;(d)自由基可固化聚矽氧組成物;及(e)開環反應可固化聚矽氧組成物。以上各者可使用所述者以外之方式或藉由多種方式之組合來固化。
矽氫化可固化聚矽氧組成物一般包含:(A)有機聚矽氧烷(organopolysiloxane),其每分子平均具有至少兩個矽鍵結烯基或矽鍵結氫原子;(B)有機矽化合物,其每分子平均具有至少兩個能夠與該有機聚矽氧烷(A)中之矽鍵結烯基或矽鍵結氫原子反應的矽鍵結氫原子或矽鍵結烯基;以及(C)矽氫化催化劑。有機聚矽氧烷(A)及有機矽化合物(B)可獨立地係線性、支鏈、環狀、或樹脂質的。特定而言,有機聚矽氧烷(A)及有機矽化合物(B)可包含M、D、T、及Q單元之任何組合。M代表單官能單元R0 3 SiO1/2 。D代表二官能單元R0 2 SiO2/2 。T代表三官能單元R0 SiO3/2 。Q代表四官能單元SiO4/2 。各R0 可係任何烴、芳族、脂族、烷基、烯基、或炔基。包含重複D單元之有機聚矽氧烷係實質上線性的,但可包括一些由T及/或Q單元而來的支鏈。當有機聚矽氧烷主要係線性的,所得結構係彈性的(elastomeric)。在較佳實施例中,有機聚矽氧烷(A)具有通式: (R1 R2 2 SiO1/2 )w (R2 2 SiO2/2 )x (R2 SiO3/2 )y (SiO4/2 )z (I) 其中R1 係經獨立地選擇之烴基,其可經取代或未經取代且可在該烴基內包括雜原子(例如,O、N、S),並且各R2 係獨立地選自R1 及烯基,限制條件是至少兩個R2 係烯基,且w、x、y、及z係莫耳分率並使得w+x+y+z=1。針對線性有機聚矽氧烷,下標y及z通常係0,而針對樹脂,下標y及/或z >0。較佳的是,下標w具有0至0.9、較佳地0至0.6、較佳地0至0.3、較佳地0至0.1、較佳地0.00001至0.001之值。較佳的是,下標x具有0至0.99999、較佳地0至0.9999、較佳地0至0.999、較佳地0至0.99、較佳地0.9至0.99999、較佳地0.9至0.9999、較佳地0.9至0.999之值。下標y較佳地具有0至0.99、較佳地0至0.45、較佳地0至0.25、較佳地0.25至0.8、較佳地0.5至0.8之值。下標z較佳地具有0至0.99、較佳地0至0.85、較佳地0.85至0.95、較佳地0.6至0.85、較佳地0.4至0.65、較佳地0.2至0.5、較佳地0.1至0.45、較佳地0至0.5、較佳地0至0.25、較佳地0至0.15之值。較佳的是,當R1係經鹵素取代時,其係3,3,3-三氟丙基、3-氯丙基、氯苯基、二氯苯基、2,2,2-三氟乙基、2,2,3,3-四氟丙基、或2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊基。較佳的是,R1 係C1 至C10 羥基;較佳的是,烷基、芳基、或芳烷基。較佳的是,由R2 所代表之烯基(其等在有機聚矽氧烷(A)內可係相同或不同)具有2至10個碳原子、較佳地2至6個碳原子、較佳地乙烯基或烯丙基、較佳地乙烯基。
較佳的是,該等聚矽氧組成物之至少一者包含縮合可固化聚矽氧組成物,其包含:(Aꞌ)有機聚矽氧烷,其每分子平均具有至少兩個矽鍵結羥基或可水解基團;可選地(Bꞌ)有機矽化合物,其每分子平均具有至少兩個矽鍵結氫原子或可水解基團;及(Cꞌ)縮合催化劑。較佳的是,縮合催化劑(C’)係一般用來促進矽鍵結羥基(矽醇)之縮合以形成Si-O-Si鍵聯之任何縮合催化劑;或者鈦、鉛、錫、鋯、及鐵與羧酸、烷基、及烷氧基之化合物;較佳的是錫(II)及錫(IV)化合物,諸如二月桂酸錫、二辛酸錫、二月桂酸二丁錫、二乙酸二丁錫、及四丁基錫;及鈦化合物,諸如四丁氧鈦。
較佳的是,該等聚矽氧組成物之至少一者包含自由基可固化聚矽氧組成物,其一般包含:(A’’)有機聚矽氧烷,其平均具有至少兩個矽鍵結不飽和基團;及(C’’)自由基起始劑。
較佳的是,該等聚矽氧組成物之至少一者包含開環反應可固化聚矽氧組成物,其一般包含:(A’’’)有機聚矽氧烷,其具有至少兩個經環氧基取代之基團、矽雜環丁烷(silacyclobutane)環、及/或苯并環丁烯(benzocyclobutene)環、及(C’’’)固化劑。
較佳的是,該等聚矽氧組成物之至少一者包含硫醇-烯可固化聚矽氧組成物,其包含:(A’’’’)有機聚矽氧烷,其每分子平均具有至少兩個矽鍵結烯基或矽鍵結巰基-烷基;(B’’’’)有機矽化合物,其每分子平均具有至少兩個能夠與有機聚矽氧烷(A’’’’)中之矽鍵結烯基或矽鍵結巰基-烷基反應的矽鍵結巰基-烷基或矽鍵結烯基;(C’’’’)催化劑;及(D’’’’)可選有機化合物,其包含兩或更多個巰基。催化劑(C’’’’)可係適用於催化有機聚矽氧烷(A’’’’)與有機矽化合物(B’’’’)及/或有機化合物(D’’’’)之間的反應之任何催化劑。一般而言,催化劑(C’’’’)係選自:i)自由基催化劑;ii)親核試劑;及iii) i)與ii)之組合。適用於作為催化劑(C’’’’)使用之自由基催化劑包括光活化自由基催化劑、熱活化自由基催化劑、室溫自由基催化劑(諸如氧化還原催化劑及烷基硼烷催化劑)、及其組合。適用於作為催化劑(C’’’’)使用之親核試劑包括胺、膦、及其組合。
較佳的是,該等聚矽氧組成物之至少一者包含矽氫化物-矽醇反應可固化聚矽氧組成物,其包含:(A’’’’’)有機聚矽氧烷,其每分子平均具有至少兩個矽鍵結氫原子或至少兩個矽鍵結羥基;(B’’’’’)有機矽化合物,其每分子平均具有能夠與有機聚矽氧烷(A’’’’’)中之矽鍵結氫原子或矽鍵結羥基反應的至少兩個矽鍵結羥基或至少兩個矽鍵結氫原子;(C’’’’’)催化劑;及(D’’’’’)可選的含活性氫化合物。一般而言,催化劑(C’’’’’)係選自:i)含第X族金屬(諸如鉑)催化劑;ii)鹼,諸如金屬氫氧化物、胺、或膦;及iii)其組合。
聚合物基質不限於聚矽氧。其他聚合物亦係適合的,包括熱塑性聚合物(諸如聚烯烴、聚醚、聚酮、聚酯、聚胺甲酸酯、聚醯亞胺、聚丙烯酸酯)、及熱固性聚合物(諸如環氧化物、氰酸酯、聚醯亞胺、聚胺甲酸酯等)。
較佳的是,導電纖維具有0.1至1×108 西門/米(S/m)、較佳地1至1×108 S/m、較佳地4至1×108 S/m、較佳地10至1×108 S/m、較佳地100至1×108 S/m、較佳地1×103 至1×108 S/m之導電率。較佳的是,纖包含經表面氧化之碳。
較佳的是,非導電粒子具有至少1 nm、較佳地至少5 nm、較佳地至少10 nm之平均直徑;較佳地不大於20,000 nm、較佳地不大於10,000 nm、較佳地不大於1,000 nm之平均直徑。平均直徑係以算術平均來判定,並且可藉由許多技術來測量,較佳的是穿透式電子顯微鏡再加上影像分析。較佳的是,奈米粒子係非導電的,亦即其等具有不大於0.1 S/m、較佳地不大於1×10-2 S/m、較佳地不大於1×10-3 S/m之導電率。較佳的是,奈米粒子包含無機或有機聚合組成物。無機粒子包括但不限於鈦酸鋇及具有鈣鈦礦結構之其他氧化物組成物、二氧化鈦、二氧化鋯、二氧化矽、及其他金屬(諸如鉿、鍺、錫、鉛、鋁、鎵、銦、鈮、鈧、釔、釩、及鑭系和錒系元素如鉺、及銪)之氧化物、硼化物、氮化物、碳化物、及矽化物。有機聚合粒子包括但不限於聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三聚物、聚二氟亞乙烯、聚四氟乙烯、聚乙酸乙烯酯、及各式共聚物。
較佳的是,導電纖維具有至少2 nm、較佳地至少3 nm、較佳地至少5 nm、較佳地至少10 nm;較佳地不大於10,000 nm、較佳地不大於5,000 nm、較佳地不大於1,000 nm、較佳地不大於500 nm、較佳地不大於100 nm、較佳地不大於50 nm之平均直徑。較佳的是,導電纖維具有至少8倍直徑之平均長度、較佳地至少10倍;較佳地不大於1,000,000倍、較佳地不大於100,000倍。
較佳的是,奈米粒子對導電纖維之重量比係0.01:50至50:1、較佳地0.1:10至10:1、較佳地0.2:2至5:1。較佳的是,當組成物包含聚合物基質時,奈米粒子及導電纖維之總重量係聚合物基質、奈米粒子及導電纖維之總重量的0.1至80 wt%、較佳地至少0.5 wt%、較佳地至少1 wt%;較佳地不大於80 wt%、較佳地不大於60 wt%。
在本發明之方法中,較佳的是將粒子及纖維與聚合物樹脂組合,接著使其固化。實例 1 所使用之原始材料、供應商、及說明 經氧化碳奈米纖維(CNF)之製備。
將2.84 g的Pyrograf III PR-19-XT-PS碳奈米纖維(氣相生長,平均直徑大約150 nm,表面上有CVD沉積的碳)放在三頸圓底燒瓶中,燒瓶配備有機械攪拌器、回流冷凝器、及溫度計。將90 g的70 wt% HNO3 用去離子水稀釋至250 ml之總體積以製備1M HNO3 溶液,然後將溶液添加至燒瓶中。伴隨攪拌使溫度升至105.1℃並維持回流110小時。接著使內容物冷卻,並通過#1濾紙過濾。將留在濾紙上的濾餅用DI水洗滌八次。將75%的濾餅分散於20 g DI水中以製造穩定漿體。根據熱乾燥測量,判定此漿體中之固體含量係~10 wt%。使濾餅的其餘部分在通風烘箱中在95℃下乾燥20小時,接著在120℃下1小時。 BaTiO3 奈米粒子之處理及分散
將10 g的50 nm BaTiO3 乾粒子放在40 ml玻璃小瓶中,將20 g的DI水加入,接著將0.13 g的34至37 wt%鹽酸加入。藉由磁棒使混合物在室溫下攪拌20小時,接著藉由IKA T18 Ultra Turrax轉子定子混合器在20k rpm下混合60秒。將分散液用於下一個步驟中而未經進一步處理。 吸附有BaTiO3 之CNF (CNF@BaTiO3 )的製備
將以上製備CNF漿體量取出一半的量然後將65 g的DI水添加至其中。搖晃混合物以製造穩定分散液。為確保均質混合,使混合物藉由IKA T18 Ultra Turrax轉子定子混合器在20k rpm下混合60秒。在藉由轉子定子混合器維持攪拌的同時,將10 g以上製備的BaTiO3 分散液加入。使混合再持續60秒,接著將內容物放在玻璃容器中,然後藉由將上方打開的容器放在通風烘箱中在95℃下20小時,接著在120℃下1小時來移除水。獲得4.5 g的乾材料,並且估計其由1重量份的經處理CNF在2/4重量份的經處理BaTiO3 中所組成。 吸附有二氧化矽奈米粒子之CNF (CNF@SiO2 )的製備
將8.62 g的以上經處理CNF漿體放在40 ml玻璃小瓶中然後與8 g DI水混合。用超音波處理器(機型GEX 130,最大功率130 W)、及機型CV18振動產生器、及3/8”直徑不鏽鋼尖端在90%振幅下將混合物混合3分鐘。接著將5 g的Nalco DVSZN002膠態二氧化矽加入然後用相同超音波處理器及相同處理參數將其混合。所得分散液係穩定的。接著將其倒入培養皿然後放在通風烘箱中乾燥:3℃/min至95℃,95℃/8小時,1℃/min至100℃,100℃/1小時,1℃/min至115℃,115℃/2小時。獲得2.2 g的固體材料。估計CNF對二氧化矽之重量比例係1至2.32。 ITO於Sylgard 184聚矽氧彈性體中的製備
將適當量的100 nm ITO粒子(平均直徑,大約150 nm)於IPA之分散液與Sylgard 184基底聚合物於單頸圓底燒瓶中混合。計算後者之量以達到所欲之ITO/聚矽氧比例。將混合物放在設定於80℃之旋轉蒸發器上然後持續降低真空以移除IPA。最終壓力係1 mm Hg。接著將不含IPA之混合物冷卻,以起始Sylgard 184基底重量的1/10的量將Sylgard 184固化催化劑加入然後充分混合以進行固化。針對不同樣本調整ITO量以在最終經固化組成物中達到所欲之總ITO含量。 用於介電測量之比較樣本碟片的製備
將5 g的Sylgard 184基底及0.5 g的Sylgard 184固化劑於FlackTek混合器上的10 g容量杯中在3500 rpm下混合2分鐘。將2 g的混合物放在自拋光鋁板上切出之0.8 mm厚隔片的2吋直徑開口中,隔片下襯以Teflon片,Teflon片放在下面的拋光不鏽鋼板(6" × 6")上。將另外一個Teflon片放在上方接著用另一個拋光不鏽鋼板覆蓋。將總成放在加熱壓機中並使其處於130℃之溫度及4000 lb之力下。使總成在此條件下保持30分鐘,接著用流經壓機台板之冷卻水使其冷卻。收集經固化之2吋直徑、0.8 mm厚碟片並用於介電測試。改變隔片之厚度以獲得不同厚度之樣本以供測試。 用於介電測量之含ITO粒子之比較樣本碟片的製備
依照相同上述程序,使用含ITO之Sylgard 184基底及催化劑混合物來製造碟片。 用於介電測量之含Ag奈米粒子之比較樣本碟片的製備
將適當量的18 nm平均直徑乾Ag奈米粒子放在10 g容量牙科混合杯中,接著將5 g的Sylgard 184基底秤入。將10個抗腐蝕不鏽鋼軸承珠( 各直徑為3 mm)放在杯中,然後在FlackTec混合器上在3500 rpm下混合2分鐘(1分鐘,等待5分鐘,接著1分鐘,以將加熱降至最低)。在冷卻10分鐘之後,將0.5 g的Sylgard 184固化劑秤入然後在3500 rpm下混合30秒鐘。將2 g的混合物取出,依照上述相同碟片製造程序來製造用於介電測量之碟片。調整Ag奈米粒子量以在碟片中達到所欲之Ag含量。 用於介電測量之含碳奈米纖維之比較樣本碟片的製備
使用如上相同程序來製備含未經處理Pyrograf III CNF之碟片,僅使用未經處理Pyrograf III CNF取代Ag奈米粒子。 用於介電測量之含MWCNT-TiO2 之實例碟片的製備
使用如上相同程序來製備含MWCNT(多壁式碳奈米管,內直徑5至15 nm,外直徑>50 nm,長度5至20微米)-TiO2 之碟片,僅使用MWCNT-TiO2 來取代Ag奈米粒子或未經處理Pyrograf III CNF。 用於介電測量之含CNF@BaTiO3 粒子之實例碟片的製備
使用如上相同程序來製備含CNF@BaTiO3 之碟片,僅使用以上製備之CNF@BaTiO3 來取代MWCNT-TiO2 、Ag奈米粒子、或未經處理Pyrograf III CNF。 用於介電測量之含CNF@SiO2 之實例碟片的製備
使用如上相同程序來製備含CNF@SiO2 之碟片,僅使用CNF@SiO2 來取代MWCNT-TiO2 、Ag奈米粒子、或未經處理Pyrograf III CNF。 表2.樣本組成物及介電測試結果。
在本發明中,令人驚訝地發現本質上不導電的奈米粒子在被吸附至導電纖維之表面上時,其可非常有效地減輕複合物變得導電的傾向。再者,本方法可讓令人驚訝地高量導電纖維能夠結合以有效增加介電常數,同時仍維持低介電損耗。
更廣泛而言,在嘗試利用各式不同組成物之日益增加可利用奈米纖維方面尚有長久存在的問題,但常見的挑戰在於將其等均勻分散至聚合物基質中,因為常用奈米纖維生產技術會導致緊密集束之纖維。令人驚訝地發現,本發明方法會讓緊密集束之奈米纖維能夠輕易均勻分散至聚合物基質中。

Claims (10)

  1. 一種組成物,其包含: a) 導電纖維,其等包含碳、導電氧化物或金屬;且具有1至20,000 nm之平均直徑及至少五倍該平均直徑之平均長度;及 b) 非導電粒子,其等具有1至20,000 nm之平均直徑。
  2. 如請求項1之組成物,其中該組成物進一步包含圍繞該等導電纖維及該等非導電粒子之聚合物基質。
  3. 如請求項2之組成物,其中該聚合物基質係聚矽氧烷。
  4. 如請求項3之組成物,其中該等導電纖維具有3 nm至1,000 nm之平均直徑且具有10至1×108 S/m之導電率。
  5. 如請求項4之組成物,其中該等非導電粒子具有5 nm至1,000 nm之平均直徑且具有不大於0.1 S/m之導電率。
  6. 一種方法,包含: c) 藉由物理吸附或化學氧化而在纖維材料上產生表面電荷; d) 在該表面上添加帶有相反電荷之粒子材料以形成混合物;及 e) 將該混合物與聚合物或聚合物樹脂混合。
  7. 如請求項6之方法,其中該粒子材料具有5 nm至1,000 nm之平均直徑及不大於0.1 S/m之導電率。
  8. 如請求項7之方法,其中該纖維材料具有3 nm至1,000 nm之平均直徑且具有10至1×108 S/m之導電率。
  9. 如請求項8之方法,其中該聚合物或聚合物樹脂係矽氧烷樹脂。
  10. 如請求項9之方法,其中聚矽氧烷係藉由於該導電纖維材料及該粒子材料存在下使該矽氧烷樹脂固化而形成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3153264B2 (ja) * 1991-05-17 2001-04-03 ジーイー東芝シリコーン株式会社 スポンジ用シリコーンゴム組成物
JPH09321191A (ja) * 1996-05-31 1997-12-12 Tokai Rubber Ind Ltd 熱伝導性高分子成形体
JP3017145B2 (ja) * 1997-10-09 2000-03-06 大塚化学株式会社 樹脂組成物
US20050059754A1 (en) * 2003-07-31 2005-03-17 Lunt Michael S. Electrically conductive, flame retardant fillers, method of manufacture, and use thereof
US7507472B2 (en) 2004-03-09 2009-03-24 The United States Of America As Represented By The Administator Of National Aeronatics And Space Adminstration Multilayer electroactive polymer composite material comprising carbon nanotubes
JP4245514B2 (ja) 2004-05-24 2009-03-25 日信工業株式会社 炭素繊維複合材料及びその製造方法、炭素繊維複合金属材料の製造方法、炭素繊維複合非金属材料の製造方法
JP2007039649A (ja) * 2005-06-30 2007-02-15 Nissin Kogyo Co Ltd 複合材料
US8143337B1 (en) 2005-10-18 2012-03-27 The Ohio State University Method of preparing a composite with disperse long fibers and nanoparticles
JP5344451B2 (ja) * 2007-12-28 2013-11-20 独立行政法人産業技術総合研究所 高分子樹脂成形体およびその製造方法
US8048341B2 (en) 2008-05-28 2011-11-01 Applied Sciences, Inc. Nanocarbon-reinforced polymer composite and method of making
KR101095024B1 (ko) 2010-04-27 2011-12-20 한국과학기술연구원 고분자 복합체 액츄에이터
US10978629B2 (en) * 2014-12-05 2021-04-13 Unm Rainforest Innovations Method of dispersing nanoparticles in different mediums and methods to achieve superior thermoelectric performances in carbon nanotube polymer systems
JP6384437B2 (ja) 2015-09-17 2018-09-05 信越化学工業株式会社 シリコーンゴム組成物及び電力ケーブル
JP6301978B2 (ja) * 2016-01-26 2018-03-28 デクセリアルズ株式会社 熱伝導シート、熱伝導シートの製造方法、放熱部材及び半導体装置
EP3270386A1 (en) * 2016-07-11 2018-01-17 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Electrically conductive composition for use as an electrically conductive adhesive for mechanically and electrically connecting electrical conductors to electrical contacts of solar cells

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