预制母料与相结构调控结合制备导电热塑性弹性体的方法技术

本发明专利技术公开了一种预制母料与相结构调控结合制备导电热塑性弹性体的方法，该方法通过降低导电填料的使用量并使聚合物复合材料的导电性能显著提高，可以满足特点的场合使用，因此可提高导电热塑性弹性体的应用范围。本发明专利技术的预制母料与相结构调控结合制备导电热塑性弹性体的方法，其包括以下步骤：①将聚烯烃树脂与导电材料及助剂混合均匀后制得混合料；②再将混合料共混均匀制得母料；③最后将母料与热塑性弹性体共混均匀制得导电热塑性弹性体；或者①将热塑性弹性体与导电材料及助剂混合均匀后制得混合料；②再将混合料共混均匀制得母料；③最后将母料与聚烯烃树脂共混均匀制得导电热塑性弹性体。

Preparation of electrothermal plastic elastomer by combination of preformed masterbatch and phase structure control

【技术实现步骤摘要】
预制母料与相结构调控结合制备导电热塑性弹性体的方法
本专利技术涉及一种导电热塑性弹性体的制备方法，更具体地说涉及一种预制母料与相结构调控结合制备导电热塑性弹性体的方法。
技术介绍
材料按电学性能可以分为绝缘体、半导体、导体和超导体。聚合物材料中常用的品种如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、三元乙丙橡胶、二甲基硅氧烷橡胶、丁苯热塑性弹性体都是典型的绝缘体，其电绝缘性能可以用电导率(10-12～10-16S·m-1)或体积电阻系数(1012～1016Ω·m)表示；而聚苯胺、聚乙炔、聚苯硫醚等聚合物则是典型的导体，其电导率为102～107S·m-1或体积电阻系数为10-7～10-2Ω·m。导电高分子材料是具有导电功能的聚合物材料，按结构的不同可以分为结构型导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。所谓结构型导电高分子材料是指高分子结构本身或经过掺杂之后具有导电功能的高分子材料，如聚苯胺、聚乙炔、聚苯硫醚等聚合物，这类材料由于成本高、稳定性差、成型加工困难、机械性能不佳等方面的不足限制了其应用；复合型导电高分子材料由通用的高分子材料如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等与各种导电性物质如银、导电炭黑、碳纤维等通过填充复合、表面复合或层积复合等方式可以制得。由后者制得的导电高分子材料电导率通常为10-4～102S·m-1或体积电阻系数为10-2～104Ω·m，此类导电高分子材料具有成本低、制备方法简单、导电性能可调整、可以利用传统的通用高分子材料的加工方法如注射成型、挤出成型、吹塑成型、层压成型等特点，在许多领域获得了广泛应用。聚烯烃树脂具有电绝缘性能优异、加工性能好、力学性能优异、耐化学稳定性好、价格低廉、可循环使用等优点，聚烯烃中最重要的品种是聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)。聚烯烃材料熔点较高、电击穿强度和体积电阻系数均高，可满足电线电缆在较高温度下的长期应用需求。聚丙烯中的均聚聚丙烯(PPH)结构十分规整，大分子主链的同一侧规律性地排布了侧甲基，极易结晶；PPH从熔体冷却时通常形成α晶，晶区熔点为167℃左右，其制品耐高温性好、刚性和强度高；PPH结晶度较高，可达50％或以上，导致PPH抗冲击性相对一般，脆性较大，尤其是低温韧性极差。聚乙烯中的高密度聚乙烯(HDPE)通常使用Ziegler-Natta聚合法制造，其特点是分子链上几乎没有支链，因此分子链排布规整，具有较高的密度、熔点和较高结晶度。因此HDPE具有良好的耐热性、耐寒性、化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好；介电性能、电绝缘性均较好，耐环境应力开裂性亦较好。热塑性弹性体，是在常温下具有橡胶弹性、同时在高温下又可塑化成型的一类弹性体。与传统硫化橡胶不同，热塑性弹性体最大的优势在于具备普通塑料加工方便、加工方式广及可循环重复利用等特点。例如：丁苯乙烯类热塑性弹性体SBS是产量最大、成本最低、应用较广的一个品种，是以苯乙烯、丁二烯为单体的聚合得到的苯乙烯–丁二烯–苯乙烯三嵌段共聚物。丁苯热塑性弹性体SBS中，其硬段为聚苯乙烯(PS)链段，软段为聚丁二烯(PB)链段。由于嵌段共聚的特性，SBS拥有两个玻璃化转变温度(Tg)，分别在100℃和-90℃左右。常温下，PS链段处于玻璃态，起物理交联作用，为SBS提供优异的刚性和强度；而PB链段处于高弹态，作为软段为SBS提供弹性。当温度超过PS链段的Tg时，物理交联解缠结，交联网状结构消失，SBS重新具有流动性。这也是SBS常温下兼具橡胶弹性和塑料强度、高温下可重新塑化流动成型的原因所在。SBS具有优良的拉伸强度、非常大的断裂伸长率，弹性好、永久变形小，屈挠和回弹性好，表面摩擦系数大和电绝缘性能优异等特点。复合型导电高分子材料中导电填料(导电炭黑)的原始粒子大小、含量(体积分数或质量分数)、分散状态决定了复合材料的导电性。从经典渗流理论可知，孤立分散的填料微粒松散地填充于材料中时，当导电填料的体积分散达到一定的临界含量以后，就可能形成一个连续的导电网络。例如在聚烯烃树脂(如聚乙烯、聚丙烯等)中加入一定体积分数或质量分数的导电炭黑以后基体树脂才具有导电性能，而大量导电填料的加入会使树脂的冲击性能大幅度下降、脆性显著增加，应用范围受到限制，同时复合材料的流动性也下降；在热塑性弹性体中加入一定体积分数或质量分数的导电炭黑使之具有导电性能的同时因大量导电填料的加入会使其弹性下降和流动性显著变差，从而影响材料的加工和进一步应用。此外，大量导电填料的使用还会增加导电高分子复合材料成本。在非完全相容的两种高聚物共混体系结构中，含量较少的组分倾向于以分散相的形式存在于连续相基体中，如同小岛散落在海洋中一样，因此称为“海-岛”结构。利用“海-岛”结构的形成，可对聚合物基体进行改性，使其性能表现更加优异。其中增韧剂增韧改性聚合物基体是最典型的例子，如少量SBS、乙丙橡胶增韧聚丙烯等；也有用树脂增强橡胶，如少量聚氯乙烯树脂增强丁腈橡胶、少量PS树脂增强SBS热塑性弹性体等。而热塑性弹性体为了提高和保持室温的强度、高弹形变等性能，通常通过聚合过程中提高分子量的方法来获得，但是分子量的提高往往导致热塑性弹性体加工流动性能变差。例如为了改善热塑性弹性体SBS的加工性能，会在其配方中加入环烷烃油或低分子量聚苯乙烯树脂(PS)。与加入环烷烃油相比，加入低分子量PS树脂有助于改善SBS流动性的同时，拉伸强度等力学性能下降不大。在热塑性弹性体SBS中加入PS树脂，就是利用树脂和橡胶(热塑性弹性体)各自的特点，通过共混的方法达到相互取长补短的目的。SBS用作PP的增韧改性剂时，20wt％左右SBS以分散相形式存在，可使PP连续相基体的常温冲击性能得到大幅改善。在聚烯烃树脂和热塑性弹性体通过共混的方法相互取长补短时，如果直接加入少量导电材料，其导电性能远远达不到使用要求；而如果加入大量导电材料，会使复合材料本身拥有的优异性能大大降低，同时成本也会大幅增加。因此针对上述导电高分子复合材料过程中存在导电填料使用量少，导电性能达不到使用要求；导电使用量多虽能导电性能达到使用要求，当材料力学性能变差和成本上升的实际，需要开发一种新的加工方法制备导电热塑性弹性体，即可以降低导电填料的使用量，还能提高材料的导电性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题与不足，提供一种预制母料与相结构调控结合制备导电热塑性弹性体的方法，该方法通过降低导电填料的使用量并使聚合物复合材料的导电性能显著提高，可以满足特点的场合使用，因此可提高导电热塑性弹性体的应用范围；同时制备方法简单易行，可以利用现有改性塑料的常用设备(包括开放式炼塑机、密闭式混炼机、双螺杆挤出机等)和工艺生产，操作方便。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术的预制母料与相结构调控结合制备导电热塑性弹性体的方法，其包括以下步骤：①将聚烯烃树脂与导电材料及助剂混合均匀后制得混合料；②再将混合料共混均匀制得母料；③最后将母料与热塑性弹性体共混均匀制得导电热塑性弹性体；或者①将热塑性弹性体与导电材料及助剂混合均匀后制得混合料；②再本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预制母料与相结构调控结合制备导电热塑性弹性体的方法，其特征在于包括以下步骤：/n①将聚烯烃树脂与导电材料及助剂混合均匀后制得混合料；/n②再将混合料共混均匀制得母料；/n③最后将母料与热塑性弹性体共混均匀制得导电热塑性弹性体；/n或者/n①将热塑性弹性体与导电材料及助剂混合均匀后制得混合料；/n②再将混合料共混均匀制得母料；/n③最后将母料与聚烯烃树脂共混均匀制得导电热塑性弹性体。/n

【技术特征摘要】
1.一种预制母料与相结构调控结合制备导电热塑性弹性体的方法，其特征在于包括以下步骤：
①将聚烯烃树脂与导电材料及助剂混合均匀后制得混合料；
②再将混合料共混均匀制得母料；
③最后将母料与热塑性弹性体共混均匀制得导电热塑性弹性体；
或者
①将热塑性弹性体与导电材料及助剂混合均匀后制得混合料；
②再将混合料共混均匀制得母料；
③最后将母料与聚烯烃树脂共混均匀制得导电热塑性弹性体。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的热塑性弹性体与聚烯烃树脂不完全相容且在两者等体积比或体积比相差小于等于10％时使共混物呈现双连续相结构，所述的聚烯烃树脂的分子量低于热塑性弹性体，聚烯烃树脂的流动性高于热塑性弹性体，两者具有流动性差异，利用聚烯烃树脂的高流动性在共混成型过程中部分继续向外表面迁移，而低流动性的热塑性弹性体和剩余部分的聚烯烃树脂留在内部或中间，最终形成具有特殊结构的三明治夹芯结构复合材料A-B-A。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的聚烯烃树脂为均聚聚丙烯、高密度聚乙烯中的一种或其组合；所述的热塑性弹性体为丁苯乙烯类热塑性弹性体，即苯乙烯–丁二烯–苯乙烯三嵌段共聚物，结构中苯乙烯/丁二烯的质量比为20/80～40/60。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的均聚聚丙烯是数均分子量Mn＝50000-60000、重均分子量Mw＝330000-380000、分子量分布宽度即d＝Mw/Mn≥6.0的高流动性均聚聚丙烯，且差示扫描量热法即DSC测试的结晶度Xc≥50％；所述的高密度聚乙烯是数均分子量Mn＝50000-60000、重均分子量Mw＝330000-380000、分子量分布宽度即d＝Mw/Mn≥6.0的高流动性...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，周子晨，黄雯昕，陶弈一，苏克顺，杨念新，杨气鹏，高玉巧，宋金萍，杨正花，
申请(专利权)人：南京工业大学，江苏新鹏塑化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32