[發(fā)明專利]膨脹石墨在聚合物材料中的用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980147601.2
• 申請日: 2009-11-25
• 公開（公告）號: CN102227467A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發(fā)明（設計）人: 尼古拉斯·杜福爾;貝努瓦·布魯爾;塞繆爾·德維斯米;西爾萬·本內(nèi)特
• 申請（專利權）人: 阿克馬法國公司
• 主分類號: C08K3/04
• 分類號: C08K3/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 宋莉

技術領域

本發(fā)明的主題為特殊的膨脹石墨在聚合物材料且特別是熱塑性聚合物中的用途。

背景技術

通常，導電復合材料由分散在有機或無機基體中的導電顆粒組成。當導電顆粒在復合材料的整個體積內(nèi)形成連接的導電路徑的網(wǎng)絡時，達到導電閾值或逾滲閾值(絕緣體/導體轉變)。

導電顆粒可為金屬的，其呈現(xiàn)良好導電性的優(yōu)點。但是，它們呈現(xiàn)具有高的密度和對化學環(huán)境敏感的缺點。非金屬顆粒由于它們的低的密度和它們的耐化學性是特別有利的。最廣泛使用的非金屬導電填料是基于碳的粉末狀產(chǎn)品(如炭黑或石墨粉末)和碳纖維。

還已知碳質(zhì)填料如碳纖維、炭黑或石墨以及氮化硼或氮化鋁具有良好的導熱性質(zhì)。由于該原因，這些填料已被引入到聚合物基體中以賦予所述聚合物基體以改善的導熱性。應注意，聚合物是非常差的熱導體，這限制了其應用，如果規(guī)格要求熱消散和/或交換的話。

近年來，碳納米管(也以CNT表示)的使用已非常大地擴展。這是因為已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些納米管賦予其中引入它們的材料以優(yōu)異的熱性質(zhì)、電性質(zhì)和實際上甚至在一些情況下的優(yōu)異的機械性質(zhì)(WO?91/03057、US?5?744?235和US?5?445?327)。

碳納米管在許多領域中，特別是在電子學中、在機械系統(tǒng)中或在機電系統(tǒng)中具有應用。具體地，在電子學領域中，根據(jù)它們的溫度和它們的結構，其中存在碳納米管的復合材料可為導電的、半導電的或絕緣的。在機械系統(tǒng)中，碳納米管可用于復合材料的增強。這是因為碳納米管的強度是鋼的強度的一百倍且重量是鋼的六分之一。最后，在機電系統(tǒng)領域中，碳納米管呈現(xiàn)能夠通過注入電荷膨脹或收縮的優(yōu)點。例如，可提及碳納米管在用于電子元件的包裝、用于燃料管線或抗靜電涂層的制造的大分子組合物中，在熱敏電阻、用于超級電容器的電極等中的用途。

然而，以上提及的碳質(zhì)填料和金屬填料具有為了能夠顯著提高(至少2倍)它們存在于其中的材料的導熱性必須以高的含量(＞20重量％)引入的缺點。實際上，它們以高含量的存在常常影響待形成的材料的能力。

因此，仍存在尋找不太致密或者也不太貴的呈現(xiàn)較好的熱性質(zhì)和電性質(zhì)的填料的真實需要。此外，這些填料也不應損害產(chǎn)物根據(jù)常規(guī)方法如擠出或注射成型的加工(轉化，transformation)。

發(fā)明內(nèi)容

膨脹石墨在聚合物中的引入使得可獲得這樣的材料，其呈現(xiàn)比使用碳納米管的迄今已知的熱導率大得多的熱導率，同時呈現(xiàn)使用碳納米管所獲得的電導率數(shù)量級的電導率和改善的流動性，由此使得所述材料根據(jù)本領域技術人員公知的方法(注射成型、擠出等)的成型可更容易。

本發(fā)明的主題為具有大于15μm的平均粒度的比表面積為15～30m²/g且堆密度(bulk?density)小于0.1g/cm³的膨脹石墨賦予聚合物材料且特別是熱塑性聚合物以導熱性、導電性和適于所述聚合物材料的加工的流變性質(zhì)的用途。

在閱讀以下描述時，本發(fā)明的其它主題、方面和特征將變得明晰。

具體實施方式

術語“膨脹石墨”理解為表示被處理以增加石墨片之間的距離的石墨。這導致比表面積的增大和堆密度的減小。根據(jù)本發(fā)明的膨脹石墨為對于大于15μm的平均粒度，呈現(xiàn)15～30m²/g的BET(Brunauer、Emmett和Teller)比表面積和小于0.1g/cm³的堆密度(或Scott密度)的石墨。

規(guī)定在前面的段落以及本說明書的繼續(xù)部分中所使用的表述“包括在......之間(～)”應理解為包括所提及的極值中的每一個。

術語“BET(Brunauer、Emmett和Teller)比表面積”理解為表示每克材料有效的表面積。該測量是基于氣體在所研究的固體的表面處的吸附，如標準ASTM?D6556和ISO?9277：1995中所描述的那些。優(yōu)選地，BET比表面積為20～30m²/g。

術語“堆密度(或Scott密度)”理解為表示包括顆粒之間所包括的微米或納米尺寸的空間的整個粉末的密度。該密度可使用Scott體積計根據(jù)標準方法例如標準ASTM?B329和ISO?3923-2：1981中詳細描述的標準方法測量。優(yōu)選地，該密度為0.01～0.09g/cm³。

術語“平均粒度”理解為表示這樣的粒徑，50重量％的顆粒具有小于該第一直徑的直徑。該尺寸可通過不同的方法測量；可提及激光顆粒分級(sizing)或篩分。優(yōu)選地，該平均粒度為20～500μm。

根據(jù)本發(fā)明的膨脹石墨可從Timcal以名稱BNB90獲得。