在具有至少一种非导电聚合物的导电炭黑组合物中加宽渗透斜率的制作方法
【专利说明】在具有至少一种非导电聚合物的导电炭黑组合物中加宽渗 透斜率
【背景技术】
[0001] 静电耗散材料（electrostatic dissipative material)经常用于灵敏的电子装 置中以减少和/或防止潜在的危险电荷的积累。例如，在半导体和汽车工业中，静电荷的积 累会导致对电子部件的永久性损坏并且可以导致危险的状况。
[0002] 常规的静电耗散材料在聚合物基质或连续的聚合物相中使用导电填料，如，例如 导电炭黑，以赋予导电性能。为了有效果，静电耗散材料应该具有E6至E9欧姆每平方的表 面电阻率（〇hm/sq)。利用传统材料，渗透曲线（percolation curve)(表面电阻率相对于填 料负载）是陡峭的，如图1所示，导致填料浓度的窄的范围以达到期望的表面电阻率。这样 的话，导电填料的浓度和/或负载的小的变化会导致材料的静电耗散性能的相当大的和潜 在的不期望的改变。
[0003] 因此，存在对于可以在更宽范围的组成和加工条件下提供期望的特性的稳固的静 电耗散材料的需要。通过本发明的各种实施方式可以满足该需要以及其他需要。
【发明内容】
[0004] 根据本发明的目的，如本文所体现的和广泛描述的，本发明提供了改善的静电耗 散复合材料。复合材料通常包括热塑性聚合物基质或连续的热塑性聚合物相和分散的填料 相，该填料相包括分散于热塑性聚合物相中的填料系统或填料组合物。该填料系统或填料 组合物通常包含导电炭黑和非导电聚合物。
[0005] 在一个示例性实施方式中，本发明涉及静电耗散复合材料，包括
[0006] a)连续的热塑性聚合物相中；和
[0007] b)包括含有以下各项的填料组合物的至少一种分散的填料相
[0008] i.导电炭黑；和
[0009] ii.非导电聚合物；
[0010] 其中，填料组合物以相对于复合材料的总体积的7. 4至10. 5的范围的体积百分数 负载存在；以及其中，复合材料表现出106〇hm/sq到109ohm/sq范围的表面电阻率。
[0011] 在另一个示例性实施方式中，本发明涉及静电耗散复合材料，包括
[0012] a)结晶的连续的热塑性聚合物相；和
[0013] b)包含含有以下各项的填料组合物的至少一种分散的填料相
[0014] i.导电炭黑；和
[0015] ii.非导电聚合物；
[0016] 其中，填料组合物以相对于复合材料的总体积的5. 0至6. 0的范围的体积百分数 负载存在；并且其中，复合材料表现出106〇hm/sq到109ohm/sq范围的表面电阻率。
[0017] 在另一示例性实施方式中，本发明涉及一种静电耗散复合材料，包括
[0018] a)连续的热塑性聚合物相；和
[0019] b)包含含有以下各项的填料组合物的至少一种分散的填料相
[0020] i.导电炭黑；和
[0021] ii.非导电聚合物；
[0022] 其中，复合材料表现出±0. 37至±1. 0的公差水平。
[0023] 在更进一步的示例性实施方式中，本发明涉及包含以下各项的静电耗散复合材料
[0024] a)包含至少一种聚碳酸酯的连续的热塑性聚合物相；以及
[0025] b)包含含有以下各项的填料组合物的至少一种分散的填料相
[0026] i. ENSACO 250G 导电炭黑；以及
[0027] ii.选自由苯乙烯-丙烯腈共聚物封装的聚四氟乙烯和MIPELON XM 221U超高分 子量聚乙烯组成的组中的至少一种非导电聚合物；
[0028] 其中，填料组合物以相对于复合材料的总体积的7. 4至10. 5的范围的体积百分数 负载存在；其中，非导电聚合物以相对于总的填料负载的15重量％至25重量％范围的量存 在；以及其中，复合材料表现出10 6〇hm/sq到109ohm/sq范围的表面电阻率。
[0029] 在另一示例性实施方式中，本发明涉及包含以下各项的静电耗散复合材料
[0030] a)结晶的连续的热塑性聚合物相，包含聚对苯二甲酸丁二酯；和
[0031] b)包含含有以下各项的填料组合物的至少一种分散的填料相
[0032] i. ENSACO 250G 导电炭黑；和
[0033] ii. MIPELON XM 221U超高分子量聚乙烯；
[0034] 其中，填料组合物以相对于复合材料的总体积的5. 0至6. 0的范围的体积百分数 负载存在；其中，非导电聚合物以相对于总的填料负载的15至25重量％的范围的量存在； 并且其中，组合物表现出10 6〇hm/sq到109ohm/sq的范围的表面电阻率。
[0035] 在另一示例性实施方式中，本发明涉及静电耗散复合材料，包括
[0036] a)连续的热塑性聚合物相，包含选自由聚对苯二甲酸丁二酯和聚碳酸酯组成的组 中的至少一种聚合物；和
[0037] b)包含含有以下各项的填料组合物的至少一种分散的填料相
[0038] i. ENSACO 250G 导电炭黑；和
[0039] ii.选自由苯乙烯-丙烯腈共聚物封装的聚四氟乙烯和
[0040] MIPELON XM 221U超高分子量聚乙烯组成的组中的至少一种非导电聚合物；
[0041] 其中，非导电聚合物以相对于总的填料负载的15-25重量％的量存在；以及其中， 复合材料表现出±0. 37至±1. 0的公差水平（tolerance level)。
[0042] 还公开了制造方法和制造包括本发明的制品。
[0043] 在示例性实施方式中，本发明涉及用于制造静电耗散复合材料的方法，该方法包 括以下步骤
[0044] a)提供热塑性聚合物组合物；
[0045] b)提供填料组合物，包括
[0046] i.导电炭黑；和
[0047] ii.非导电聚合物；
[0048] c)将填料组合物与热塑性树脂结合以提供复合材料，
[0049] 其中，填料组合物以相对于复合材料的总体积的7. 4至10. 5范围的体积百分数负 载存在于提供的复合材料中；并且其中，提供的复合材料表现出106〇hm/sq到10 9ohm/sq的 表面电阻率。
[0050] 在另一示例性实施方式中，本发明涉及用于制造静电耗散复合材料的方法，该方 法包括以下步骤
[0051] a)提供结晶的热塑性聚合物组合物；
[0052] b)提供包含以下各项的填料组合物
[0053] i.导电炭黑；和
[0054] ii.非导电聚合物；
[0055] c)将填料组合物和热塑性聚合物组合物结合以提供复合材料，
[0056] 其中，填料组合物以相对于复合材料的总体积的5. 0-6. 0的范围的体积百分数负 载存在于提供的复合材料中；并且其中，提供的复合材料表现出106〇hm/sq到10 9ohm/sq的 表面电阻率。
[0057] 在又一示例性实施方式中，本发明涉及用于制造静电耗散复合材料的方法，该方 法包括以下步骤
[0058] a)提供热塑性聚合物组合物；
[0059] b)提供包含以下各项的填料组合物
[0060] i.导电炭黑；和
[0061] ii.非导电聚合物；
[0062] c)将填料组合物和热塑性聚合物组合物结合以提供复合材料；
[0063] 其中，提供的复合材料表现出±0. 37至±1. 0范围的公差水平。
[0064] 尽管本发明的实施方式可以以特定的法定类别进行描述并要求保护，例如，系统 法定类别，但这只是出于方便的考虑，并且本领域的技术人员应该理解本发明的每个实施 方式可以以任何的法定类别进行描述并要求保护。除非另有明确说明，本文所列出的任何 方法或实施方式绝不是旨在解释为要求其步骤以特定顺序来进行。因此，在权利要求或说 明书中没有明确说明方法权利要求的步骤限定为特定顺序的情况下，在任何方面推断顺序 绝不是期望的。这适用于用于解释的任何可能的非表达性基础，包括有关步骤或操作流程 的排列的逻辑事物，从语法组织或标点中衍生的普通含义，或在本说明书中描述的实施方 式的数量或类型。
[0065] 在接下来的说明中将部分地阐述其它优点，或可以通过实践进行学习。通过在所 附权利要求中特别指出的元素和组合将实现并获得这些优点。如要求保护的，应该理解的 是前面的总体描述和以下的详细描述仅是示例性和说明性的而不是限制性的。
【附图说明】
[0066] 结合于说明书中并且构成说明书一部分的附图示出了示例性实施方式，并且与说 明书一起用来解释本文公开的组合物、方法和系统的原理。
[0067] 图1是示出了表示常规的导电炭黑填充的热塑性树脂静电耗散复合材料的渗透 曲线的图。
[0068] 图2是示出了对于在包含聚碳酸酯的组合物中单独使用导电炭黑作为填料组合 物或与三种不同高等级的超高分子量聚乙烯（"UHMWPE"）的每一种组合的实施例中描述的 多种发明组合物和比较组合物的表面电阻率渗透曲线的图。
[0069] 图3是示出了在单独使用导电炭黑或与苯乙烯-丙烯腈共聚物封装的聚四氟乙烯 ("TSAN"）组合的实施例中描述的发明组合物和比较组合物的表面电阻率渗透曲线的图。
[0070] 图4是示出了在包含聚对苯二甲酸丁二酯（"PBT"）的组合物中单独使用导电炭 黑或与UHMWPE组合的实施例中描述的发明组合物和比较组合物的表面电阻率渗透曲线的 图。
【具体实施方式】
[0071] 通过参考以下【具体实施方式】、实施例、附图和权利要求以及它们之前和之后的说 明可以更容易地理解本发明。然而，在公开和描述本发明的组合物、制品、装置、系统、和/ 或方法之前，应该理解本发明，除非另有说明，并不限制于公开的特定的组合物、制品、装 置、系统和/或方法，当然它们本身是可以变化的。也应该理解的是本文使用的术语是仅用 于说明特定的实施方式的目的，而不是旨在限制本发明。
[0072] 也提供了本发明的以下说明以能够以最佳的目前已知实施方式的形式教导本发 明。为此，那些相关领域的普通技术人员将认识并理解可以对本文描述的本发明的各种实 施方式进行改变和修改，并且仍能获得本发明的有益的结果。也将要显而易见的是通过选 择本发明的一些特征而不利用其他特征可以获得本发明的一些期望的益处。因此，那些相 关领域中的技术人员将认识到对本发明的许多修改和调整都是可能的，以及在某些情况下 甚至是希望的，并且因此也是本发明的一部分。因此，提供以下说明作为本发明的原理的说 明而不是对其的限制。
[0073] 本公开的元素的各种组合也在本发明的范围内，例如来自从属于相同的独立权利 要求的从属权利要求的元素的组合。
[0074] 此外，应该理解的是，除非另有明确说明，本文阐明的任何方法绝不旨在解释为要 求其步骤以特定的顺序进行。因此，在方法权利要求没有实际说明其步骤应该遵循的顺序 或者在权利要求或说明书中并未另外特别说明这些步骤应该限制为特定的顺序的情况下， 绝不旨在在任何方面推断顺序。这适用于用于解释的任何可能的非表达性基础，包括有关 步骤或操作流程的排列的逻辑事物；由语法组织或标点衍生的普通含义；以及在本说明书 中描述的实施方式的数量或类型。
[0075] 本文提及的所有出版物通过引用结合于此以便公开和描述与出版物所引用的相 关的方法和/或材料。
[0076] 也应该理解的是，本文使用的术语仅仅是为了描述特定的实施方式的目的，而并 不是旨在限制本发明。如在说明书和权利要求中使用的，术语"包括"可以包括实施方式 "由…组成"和"基本由…组成"。除非另有定义，本文使用的所有技术术语和科学术语具有 与本发明所属领域技术人员所通常理解的相同的含义。在本说明书和随附的权利要求中， 将引用在本文中限定的大量术语。
[0077] 如在说明书和所附权利要求中使用的，除非上下文另外明确地指出，单数形式"一 种" "一个"和"该"包括复数指示物。因此，例如，提及"聚碳酸酯"包括两种或更多种这类 聚碳酸酯的混合物。此外，例如，提及填料包括两种或更多种这类填料的混合物。
[0078] 本文中的范围可以表达为从"约"一个特定的值，和/或到"约"另一特定的值。当 表达这类范围时，另一实施例包括从一个特定的值和/或至另一特定的值。相似地，当数值 通过使用先行词"约"表示为近似值时，应理解的是特定数值形成了另一实施例。进一步应 该理解的是每个范围的端点与另一端点是显著相关的，同时又显著地独立于另一端点。也 应该理解的是在本文公开了许多数值，并且，每个数值也在本文公开为除了其值本身之外 的"约"该特定值。例如，如果公开了值"10"，那么也公开了"约10"。还应该理解的是也公 开了在两个特定单元之间的每个单元。例如，如果公开了 10和15,那么也公开了 11、12、13 和14 〇
[0079] 如本文使用的术语"可选的"或"可选地"是指随后描述的事件、条件、部件、或情 况可以发生或可以不发生，以及说明包括所述事件或情况可以发生的情况，以及所述事件 或情况可以不发生的情况。
[0080] 如本文使用的，术语或短语"有效的"、"有效量"或"有效的条件"是指能够执行功 能或特性（其表达有效的量）的这类量或条件。如下文将要指出的，取决于公认的变量，如 所用的材料和观察到的加工条件，所需的确切数量或特定条件将从一个实施方式到另一个 实施方式而变化。因此，并不总是可能去指定精确的"有效的量"或"有效的条件"然而，应 当理解的是本领域普通技术人员仅使用常规实验可以容易地确定适当的有效量。
[0081 ] 本发明公开了用来制备本发明公开的组合物的组分材料以及本文公开的方法中 将使用的组合物本身。在本文中公开了这些和其它材料，以及应该理解的是当公开这些材 料的组合、子集、相互作用、组等时，即当这些化合物的每种不同的单个和集合的组合和排 列的特定引用不可以明确披露时，本文对每一种进行了特定的考虑和描述。例如，如果公 开并讨论了特定的化合物，并且讨论了可以对包括化合物的多种分子进行的多种修改，特 别考虑的是化合物的每种以及所有的组合和排列以及可能的改变，除非明确地表明是相反 的。因此，如果公开了一类分子A，B，和C并且公开了一类分子D、E、和F以及组合分子A-D 的实施例，那么即使没有单独引述每一种，每一种单独地和集合地考虑含义组合，认为公开 了 A-E、A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E和C-F。同样地，也公开了这些的任何子集或组合。因 此，例如，认为公开了亚组A-E、B-F和C-E。这种概念适用于本申请的所有实施方式包括， 但不限于，制备和使用本发明的组合物的方法中的步骤。因此，如果存在多种可以进行的另 外的步骤的话，应该理解的是利用本发明的方法的任何特定的实施方式或实施方式的组合 可以进行这些另外的步骤中的每一个。
[0082] 在说明书和随附权利要求中提及的组合物或制品中的特定的元素或组分的重量 份（Pbw)，表示组合物或制品中的元素或组分与任何其它元素或组分的之间的重量关系，其 表示为重量份。因此，在包含2重量份的组分X和5重量份的组分Y的组合物中，X和Y以 2:5的重量比存在，并且以这种比例存在而不论化合物中是否含有其它组分。
[0083] 组分的重量百分数（重量％ )，除非明确地表明是相反的，是基于包含组分的配制 品或组合物的总重量。例如，如果认为组合物或制品中特定的元素或组分具有8重量％，应 该理解的是该百分数是相对于100%的总组成百分数。
[0084] 本文中公开的化合物使用标准命名法进行描述。例如，未被任何指定基团取代的 任何位置应该理解为其化合价由所指定的价键或氢原子填充。不在两个字母或符号之间的 破折号用来表示取代基的连接点。例如，-CHO是通过羰基基团的碳连接。除非另 外地限定，本文使用的技术术语和科学术语具有与本发明所属领域技术人员通常理解的相 同含义。
[0085] 如本文使用的术语"烷基基团"是指具有1至24个碳原子的支链或直链饱和烃基， 如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、癸基、十四 烷基、十六烷基、二十烷基、二十四烷基等。"低级烷基"是包含1至6个碳原子的烷基。
[0086] 如本文使用的术语"烷氧基"是通过单个末端醚键连接的烷基基团；即，"烷氧基" 可以限定为-OR，其中，R是如上面限定的烷基。"低级烷氧基"是包含1至6个碳原子的烷 氧基。
[0087] 如本文使用的术语"烯基"是具有2至24个碳原子和包含至少一个碳-碳双键的 结构式的烃基。不对称结构，如（AB)C = C(CD)是指包