[发明专利]具有低的羧酰胺基团浓度和导电碳的聚酰胺的组合物

说明书

本发明的主题是基于聚酰胺的塑料组合物，其包含导电碳基材如炭黑、炭纤维、石墨、石墨烯和/或CNTs（碳纳米管），还包含具有非金属阳离子的盐或这些盐与金属盐一起的增效混合物，其中与特定分散剂的组合是必不可少的。

除了少量非常特殊的例外之外塑料一般是电绝缘体，在由其制成的膜或成型件的生产、加工和使用过程中会在其上积聚高表面电荷。

这些静电荷导致不希望的效应和严重的危险状况，其产生灰尘吸引、卫生成问题的污染物的附着、由于火花击穿破坏电子元件、生理上不愉悦的电击、可燃液体在可搅拌、倾倒或输送它们的容器或管内这些液体的引燃、直到粉尘爆炸，例如当转装填充有粉尘或粉末的大容器时或者在采石或者采煤时。

因此自从使用这些塑料起，就必须防止静电荷或者使它们最小化达到它们能够不再危险。

通常使用的可以导走电荷并使静电荷最小化的方法是使用抗静电剂，即非离子型或离子型界面活性化合物，且特别是铵盐和碱金属盐。

目前主要使用外用抗静电剂和内加抗静电剂。

外用抗静电剂作为水溶液或醇溶液通过喷涂、涂布或浸渍并随后在空气中干燥来施用到塑料表面上。残留的抗静电膜几乎对所有的塑料都有效但是有以下缺点，即通过摩擦或液体会非常容易地和无意地将其去除。由于缺乏对从聚合物物料内部迁移出来的抗静电剂分子的贮存作用(如在内加抗静电剂的情形中存在的)，外用抗静电剂不具有长期效果。

因此，优选使用内部抗静电剂，将其在加工之前或加工期间尽可能以纯的形式或者以所谓的“母料”(即浓缩制剂)形式添加到聚合物物料中，并且在注射-或挤出过程中均匀散布到其中。

EP 2 038 337介绍了聚合物和离子液体及金属盐的聚合物组合物，所述金属盐与作为溶剂的二醇类和增溶剂一起可以赋予聚合物组合物抗静电性能。在此未使用碳基材。

EP 1 519 988也描述了聚合物与离子液体一起的聚合物组合物及其抗静电作用。在此未使用碳基材或金属盐。

在这两个公开中的缺点是如果不想对聚合物的机械性能造成不利的影响则仅可以向聚合物中引入小比例的抗静电剂。

典型的热塑性塑料具有10¹⁶至10¹⁴欧姆范围的表面比电阻，且因此可以积聚最高15000伏特的电压。有效的抗静电剂可以将塑料的表面比电阻减小到10¹⁰到10⁹欧姆。相反，如果塑料要用在大型仪器的电子元件中，例如在变压器-或电控箱制造领域中或者在汽车-和飞机制造的许多应用中，那么必须实现显著更高的导离电荷的水平。在此，必须使用导电模塑料，其必须具有小于10⁹欧姆的表面比电阻。此外关键的是在这类塑料用途中，不仅表面电阻而且穿过厚度最高达数毫米的塑料部件的体积电阻也必须在这同一范围内，并且在借助于注塑法制备的部件的情况中，常常形成通常难以抑制的各向异性效应。

因此，对于导电塑料成型件的制造只有这样的可能性，或者使用已能导电的塑料如聚苯胺等等，或者通过使用例如炭黑特别是导电炭黑、碳纤维、石墨、石墨烯和/或CNT使上述的且作为电绝缘体表征的塑料导电。

导电炭黑是相互接触时能够进一步传导在聚合物中的电荷并保证低体积电阻的碎形结构。这通常要求15至25重量%的高填充度，这不仅不利影响特别是机械参数如缺口冲击韧性或抗拉强度方面的聚合物技术性能，而且导致在可见范围的部件的不令人满意的表面品质，这是为工业所指摘的。

作为导电炭黑指特定的工业炭黑，其特别是通过炉法-炭黑-方法产生或借助乙炔-炭黑-方法通过热离解来制备。它们的DBP(邻苯二甲酸二丁酯)值在110 ml/100g炭黑以上，具有极高的比表面积。典型的市售产品是，例如，Akzo Ketjenblack EC或Evonik Printex XE2或Printex L6。

比较起来，虽然可以以明显更低的浓度使用碳纤维或碳纳米管(CNTs)和特殊的石墨烯，但是它们的分散是极度方法依赖的。例如，如何将CNTs引入到挤出螺杆中的入口/进料区域中，以及在挤出过程中选择何种螺杆构造对于后者的有效性都是很关键的。这仅仅是妨碍任意简单使用的一些相关工艺参数。此外，碳纤维或CNTs的成本显著高于导电炭黑的价格—石墨烯还明显更贵—，因而很明显存在降低碳纤维-或CNT-浓度的进一步优化需要。此外，在一些塑料中，将这些产品的分散是特别困难的，因为某些热塑性塑料的熔体粘度和极性对此构成抵抗。