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营销鸽子如何看ICP复合包装材料新进展 [原创 2009-11-02 20:12:53]   

营销鸽子如何看ICP复合新进展下面先来了解一下ICP型复合的概要   

众所周知,导电高分子有多种多样,其中最重要的是本征型导电高分子。所谓本征型导电聚合物(简称ICP——inherently  conductivepolymer)就是指材料本身具有导电性、或经掺杂后具有导电性的高分子聚合物,它是由具有共轭键的高分子经化学或电化学“掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料。   

本征型导电高分子材料具有优异的物理化学性能,比如聚砒硌(PPy)、聚苯胺(PAn)、聚乙炔(PA)等等。这类材料的导电性能超群,如室温电导率可在绝缘体到金属态的广阔范围内(10-9 S/cm~105 S/cm)变化,这是迄今为止任何其它材料都无法比拟的。因此应用范围广泛,不仅用于防静电,也可用于防电磁(屏蔽)、防殉爆(爆炸品)、分子导线等技术,还可用于光电子器件和发光二极管(LED)等领域。本征型导电聚合物ICP通常与PP,PE,PA,PS等复合,制成复合包材使用。   

本征型导电高分子材料(ICP——inherentlyconductive pllymer)还有其它特长,比如其“掺杂”或者“脱杂”的过程是xx可逆的。如果与高的室温电导率相结合,则可成为二次电池的理想材料,从而实现微薄“全塑”固体电池,美国用于包装印刷品;此外,掺杂/脱杂的过程还伴随着颜色的变化,可用于“电致变色”,因而极具包装应用前景。当然缺点也有,虽然具有良好的导电能力,但其刚性大、难熔、难溶、成型困难、导电稳定性差以及成本较高等等,限制了应用的范围。因此,对其进行深人的研究改进,发掘其应用的潜力,显得非常重要。国外许多科研机构投入大量精力致力于这方面的研究,取得了很好的成绩,也为包装应用奠定了基石。下面介绍两种典型的本征导电复合包装材料。

2  聚苯胺复合包装材料   

1980年,A·F·Diaz等人成功地开发了聚苯胺(PAn)薄膜,它具有良好的导电性和稳定性,在本征型导电包装材料中,聚苯胺(PAn)当数{dy}。它易于合成,物化性能好,对氧气和水蒸气的稳定性好,原料易得,而且具有良好报废污防腐性能,是目前{zj1}包装应用前景的本征导电高分子。   

2003年,美国LEYVA用十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂的聚苯胺与丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物(SBS)的复合材料,既可热塑加工也可溶液成形。且电导率与纯聚苯胺(PAn)在同一数量级,仍保持较好的弹性,是很好的防殉爆包装材料。此外,Roselena使用DBSA掺杂的聚苯胺与EPDM机械共混,得到了力学性能和导电性能俱佳的弹性材料。我国也用苯胺在酸性水溶液中进行化学氧化聚合,合成了能溶于N一甲基砒咯烷酮的高分子量聚苯胺(PAn),并用这种聚苯胺与另一种高分子固态离子导体[化学名聚乙二醇聚醚氨脂(PEUU—LiCIO4)]的复合物进行溶液共混,制成的导电高分子材料,其兼容性好,并具有良好的综合性能。此外,还有人研究了聚苯胺与丁苯砒胶乳的复合材料,其电导率达l02S/m,并且聚苯胺对丁苯砒胶乳具有增强作用。另外,采用原位聚合法,在SBS/LPB基体中合成聚苯胺,直接成膜后形成单面导电的复合物膜,电导率为0.08 S/m。   

此外,国外采用挤出工艺,以磷酸二油脂为掺杂剂制成了PAn/LDPE复合导电材料,体积电导率可高达10-4s/m。最近,Taipalus报道了PP/PAn/GF的制备过程,得到了导电性能和强度俱佳的复合材料。Guilherme用十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂的PAn与EVA熔融共混(3:l,质量比),制得的复合材料特性优良,这与十二烷基苯磺酸的作用有关。其中,某些品种已进入产业化阶段,芬兰Panipol公司将制成的本征型导电高分子PAn与PP,PE,PS树脂机械共混,得到了表面电阻率在103~1010之间的复合包材。美国Americhem公司开发的PAn/PVC导电复合材料,PAn含量为30%时,性能优秀,体积电阻率达10-2Ω·cm,拉伸强度4.2MPa,伸长率大于250%,可用作防殉爆包装、防电磁包装的阻隔、屏蔽材料。

3  聚吡咯复合 

在本征型导电中,20世纪80年xx始研究聚吡咯(PPy),它是经过科技人员系统研究的导电聚合物之一。1985年,日本的Takea Ojio和Seizo  Miyata首先开发了PPy复合材料,从而使聚吡咯拓宽了应用,如今聚吡咯亦有多种,如聚(3一烷基)吡咯(PAP)、聚(3一烷基噻吩)吡咯(PATP)等等。聚吡咯(PPy)具有较好的热、化学氧化和光稳定性,经掺杂后电导率高达102S/m,很容易电化学聚合,形成致密薄膜。通过机械共混、溶液共混的手段,可制备导电性和力学性能俱佳的复合材料。   

去年,科技人员报道了以聚甲基丙烯酸脂(PMMA)为基体的PMMA/PPY复合物,拉伸性能和可加工性能{jj0}。此外,还制成氯化聚乙烯或氯化聚丙烯与聚砒咯的复合材料,{zg}电导率达5 1 S/m,并且有较好的热性能和稳定性,且基体的拉伸对电导无明显的影响,表明取向度不影响聚砒咯复合材料的性能。另外,制成的硅橡胶与聚砒咯的复合材料,电导率为1.8×l 0-3S/m,伸长率580%.,并具有良好的耐候性。聚砒咯PPY与丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物SBS(以FeCl3为氧化剂)的复合材料具有非常高的非线性电流电压特性,对材料的形变敏感,这与聚砒咯在SBS基体中形成半连续聚集网络的导电微区有关。此外,有人采用原位聚合法,在PVC表面吸附PPy,当PPy含量为1.6%(质量分数)时,电导率可达10-3S/m。   

此外,本征型导电高分子还有聚对苯撑(PPP)、聚噻吩(PTP)、聚苯乙炔(PPV)、聚双乙炔(PDA)、聚并苯(PAS)、聚噻吩乙炔(PTV)、聚丁炔(PPB)等等。

4提高ICP包材加工性的方法   

众所周知,未经掺杂的本征型导电高分子性能差,不易溶解,影响其加工性能,限制了它的应用范围。所以,本征导电高分子都必须进行掺杂,在共轭分子链上发生电荷转移或氧化还原反应。聚苯胺的导电能力受掺杂程度或氧化状态的控制,在“中间氧化态”时,导电性{zh0}。此外,聚合度也影响复合材料的导电性,聚合度越高,导电性越高。但聚合度太高,又对可加工性不利。此外,ICP本身的性质也决定了其难于熔融的性质,加之掺杂剂环境稳定性差,容易迁移,使ICP链的极性增大,溶解性下降,都会给加工带来困难。   

因此,早在1992年,有人提出了“反离子诱导”理论,使用有机酸代替无机酸进行掺杂,提高其加工性。经过十多年的努力探索创造,许多新的掺杂方式问世,如用十二烷基苯磺酸(D B S A)、樟脑磺酸(CSA)、对甲苯磺酸等功能化磺酸,用以掺杂聚苯胺(PAn)使其加工性能大幅提高。   

此外,由于反离子的链末端是疏水性的,起到了增塑剂的作用,改善了与树脂的兼容性,为与基体树脂的共混创造了条件。一般而言,共混工艺除了一些特殊的处理手段和改性方法(例如吸附聚合、聚合物乳液改性、电化学成膜、接入磺酸基等基团改性方法)外,最常用的有以下3类:   

①原位复合法。这种方法基于本征型导电高分子单体可在氧化剂(如FeCl3)作用下氧化缩聚的原理,简单方便,适用于导电涂料类型,应用领域广泛。其法先将氧化剂浸渍到基体聚合物上,然后在单体气氛下聚合。或者将单体预先浸渍到基体聚合物上,然后在气相或液相下进行氧化聚合。这样制成的导电复合材料,可确保材料表面具有较好的电导率。此法的优点是,适用的基体材料很多,应用面十分广泛。若控制好工艺条件,本征型导电高分子和基体树脂可达到微观尺度内的结合,可以获得具有互穿或部分互穿网络结构的复合型导电高分子材料,利用这一方法已经得到了PAn/POM,PPY/PI,PTP/PS,PPY/PS,PAn/丁氰橡胶等复合材料。   

②机械共混法。现代化工是规模化的工业生产,使ICP与通用树脂共混,熔融共混是xxx的加工手段,以此提高力学性和加工性。通过共混不仅具有较好的{yj}性能,使稳定性大幅度提高,而且保持了基体聚合物的性能。但ICP本身易于分解,不能熔融,所以首先必须提高其稳定性,提高其加工温度。目前,ICP复合材料加工温度一般不超过240℃,所选择的基体树脂必须在此温度以下能够加工。将本征导电高分子和通用树脂共混,控制导电高分子在基体高分子中的分散(逾渗)状态。根据wessling提出的“逾渗理论”,导电率随导电粒子浓度的增加而增加,可以看作是一种相转变,即导电粒子由xx的分散状态突然联结成絮凝态(flocculation)。因此,影响逾渗浓度的因素还有ICP粒子和基体树脂间的界面状态,而不是简单地追求导电高分子与基体高分子的xx兼容。我们利用导电高分子与基体高分子之间的适当不兼容性,从而形成导电高分子所在相的连续分布,生成所谓的“二次逾渗”网络结构,才可能大大降低添加量,减少导电复合材料的成本。与此同时,这样可以获得具有多相结构特征的复合型高分子材料,也有利于包装材料力学性能和加工性的提高。   

③溶液混合法。由于本法适合在实验室进行研究,多数科技成果报道都属于此类,但这种方法要求基体和导电组分共同溶解,因此推广应用就受到一定限制。一般来说,经有机磺酸掺杂后的本征型导电高分子ICP,可溶于THF,NMP,DMSO等有机溶剂,许多包装材料比如PVA,EVA,PA6等能和其共同溶解于溶剂中。制成膜之后,溶剂挥发形成复合薄膜,它们具有一定的透明性和良好的导电率。   

如上所述,不同的共混工艺对ICP复合材料的导电性能,尤其对“逾渗”影响很大。研究结果表明,采用有机酸掺杂本征型导电高分子I C P比无机酸掺杂的导电性更高,可达0.9 S/cm。采用溶剂法比熔融法导电性更高,“逾渗”更低,性能更好;此外,基体高分子的热稳定性对复合材料的导电性能也有影响,一旦基体高分子链发生松弛,就会使ICP的导电性明显下降。   

除了上述的方法可提高ICP的加工性能以外,利用齐聚物(即单一低聚物)亦可提高成型加工性,但是目前这类研究进行得很少,其原因在于齐聚物的电导率显著低于高分子聚合物。   

总而言之,目前在{yj}性抗静电、防电磁、防殉爆领域中,本征型导电高分子ICP复合材料得到越来越多的重视。其原因在于,它比传统的填充材料优点多:一是颜色可调,薄膜呈半透明;二是成本较低,非常经济有效;三是前景光明,技术高效;四是ICP的多功能化。这些是实现ICP在技术上推广应用的关键。因此,最近几年来,ICP导电高分子及其复合材料的制备,已取得长足的进展,为今天及将来的推广应用打下了坚实的基础。

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