Номер патента: 7094

Опубликовано: 30.06.2006

Автор: Ниеминен Йири

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Электропроводная полимерная смесь, содержащая

А: полимер олефина и ненасыщенной карбоновой кислоты, при этом количество кислотных групп составляет 0,5-15 мол.%, и

В: блочный полимер на основе простого полиэфира, состоящий из блока простого полиэфира и блока полиамида или сложного полиэфира,

С: ионы металла,

отличающаяся тем, что

ионы металла представляют собой ионы щелочного металла,

кислотные группы полимера А и блоки простого полиэфира полимера В образуют координационные связи, по меньшей мере частично, с указанными ионами щелочного металла, и

щелочной металл присутствует в количестве примерно 0,02-3 ммоль на 1 г полимерной смеси.

2. Полимерная смесь по п.1, отличающаяся тем, что

сополимер карбоновой кислоты полимера А получают из альфа- или бета-ненасыщенной карбоновой кислоты, содержащей 3-8 атомов углерода, и

блочный полимер В на основе простого полиэфира содержит полипропиленоксид, полиэтиленоксид или полимер их смеси, причем блочный полимер В, по меньшей мере, частично координирует или включает в комплексы указанный щелочной металл.

3. Полимерная смесь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что олефин в полимере А является этиленом или пропиленом.

4. Полимерная смесь по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что максимальное содержание щелочного металла составляет примерно 2,5 ммоль/г полимерной смеси.

5. Полимерная смесь по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что полимеры А и В присутствуют в смеси в частях по массе А/В 90/10-10/90, предпочтительно 85/15-20/80.

6. Полимерная смесь по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что содержание щелочного металла составляет 0,1-1,7 ммоль/г полимерной смеси.

7. Полимерная смесь по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что блок простого полиэфира в полимере В представляет собой полиэтиленоксид с молекулярной массой в пределах от 300 до 20000.

8. Полимерная смесь по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что содержание простого полиэфира в полимере В составляет 90-30% от всей массы полимера В.

9. Полимерная смесь по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что полимер А, по меньшей мере, частично нейтрализован ионом двухвалентного металла, который представляет собой Мg, Са, Zn, Cu, Fe, Ba, Мn или их смесь.

10. Полимерная смесь по п.9, отличающаяся тем, что молярное отношение ионов одновалентного металла к ионам двухвалентного металла составляет 0,9-0,05.

11. Полимерная смесь по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что индекс расплава, измеренный при температуре 190шС для массы 2160 г, составляет 0,01-500 г/10 мин.

12. Полимерная смесь по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что поверхностное сопротивление (по ASTM D-257) указанной полимерной смеси составляет менее 108 Ом.

13. Полимерная смесь по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что поглощение воды указанной полимерной смесью составляет менее 10 мас.% при погружении на 24 ч.

14. Полимерная смесь по любому из пп.1-13, отличающаяся тем, что указанная полимерная смесь удовлетворяет требованиям теста на цитотоксичность.

15. Полимерная смесь по любому из пп.1-14, отличающаяся тем, что катионы добавляют в форме гидроксидов, оксидов, формиатов, ацетатов или их смесей.

16. Полимерная смесь по любому из пп.1-15, отличающаяся тем, что катион щелочного металла выбирают из группы, включающей натрий, калий, рубидий и цезий.

17. Полимерная смесь по любому из пп.1-16, отличающаяся тем, что одним из катионов является катион калия.

18. Способ получения электропроводной полимерной композиции, отличающийся тем, что при повышенной температуре смешивают

90-10 мас.ч. сополимера, полученного из олефина и ненасыщенной карбоновой кислоты,

10-90 мас.ч. блочного полимера на основе простого полиэфира и соединение щелочного металла в количестве, которое соответствует 0,02-3 ммоль иона щелочного металла/1 г полимерной смеси.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что

приготавливают смесь, которая содержит сополимер, полученный из этилена и ненасыщенной карбоновой кислоты, блочный полимер на основе простого полиэфира, включающий блок полиамида или сложного полиэфира, и соединение щелочного металла,

смесь перемешивают при повышенной температуре, чтобы осуществить реакцию соединения щелочного металла с полимерными компонентами смеси, и

перемешивание продолжают до тех пор, пока соединение щелочного металла по существу полностью не прореагирует с полимерными компонентами смеси.

20. Способ по п.18 или 19, отличающийся тем, что указанную смесь перемешивают при температуре 120-280шС.

21. Способ по любому из пп.18-20, отличающийся тем, что перемешивание производят в экструдере, а после прохождения реакции смесь перерабатывают в расплаве с получением полимерного продукта.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что получаемый продукт представляет собой полимерные волокна или пленки.

 

Текст

Смотреть все

007094 Настоящее изобретение относится к полимерной смеси, которая является электропроводной и при этом обладает прочностью, характерной для пластмасс. Широкое применение изделий электронной техники делает все более важным предотвращение образования электростатических зарядов и возможность контролирования их разряда, поскольку, по оценке специалистов, потери, вызванные электростатическим разрядом (ЭСР), только в электронной промышленности превышают 25 миллиардов долларов США в год. Электропроводные пластмассы традиционно изготавливали, добавляя в их состав тонкодисперсную сажу или углеродное волокно. Один из важных факторов, затрудняющих применение смесей полимеров и электропроводных частиц, заключается в выделении электропроводных частиц из материала. Это мешает, например, применению материалов, содержащих сажу, в чистых комнатах. Перколяция, т.е. резкое изменение электропроводности материала при небольшом увеличении содержания электропроводных частиц, создает проблемы в тех случаях, когда желательно установить электропроводность материала на определенном уровне. Это создает трудности, в частности, при защите от ЭСР. Предпринимались также попытки обеспечить электропроводность пластмасс с помощью антистатических материалов, т.е. материалов, которые поглощают влагу. Недостатки таких материалов включают миграцию, высокую чувствительность электропроводности к относительной влажности, а также их нестабильность как при обработке, так и в самих продуктах. Следующим этапом было изготовление электропроводных полимеров, к которым относятся, например, полианилины. Известные электропроводные полимеры обладают плохими механическими характеристиками, обусловленными структурой указанных полимеров, и, кроме того, они неустойчивы к действию многих химических веществ. Другой вид электропроводных полимеров представляют полиэлектролиты. Для них характерна электропроводность подвижных ионов. В таких материалах обычно используют как анионные, так и катионные носители заряда. Используемый полимерный скелет может состоять, например, из простых полиэфиров. По этой теме опубликовано несколько патентов, в которых предлагается создавать электропроводность путем добавления к полимеру соли лития, например LiClO4. Типичными недостатками полиэлектролитов являются плохие механические характеристики и слабая стойкость к действию химических веществ. Кроме того, анионы и катионы выделяются из материалов, что ограничивает их применение. Выделение ионов лития создает проблемы для применения материала в качестве упаковки пищевых продуктов. Патентная заявка ЕР 0915506 А 1, Tejin Ltd., описывает способ получения электропроводной полимерной смеси из сложного полиэфира и сложного эфироамида простого полиэфира с добавкой щелочного металла в количестве 10-2500 частей на миллион (млн.ч), а также 0-40 мас.% полиолефинов, модифицированных эпоксигруппами. В публикации указано, в частности, что свободными остается не более 1% карбоксильных групп. При этом в публикации не сообщается, каким образом щелочные или щелочноземельные металлы вводят в полимер, а также являются ли они одно- или двухвалентными или представляют собой их смеси. В патентной заявке ЕР 0613919 А 1 (US 5,652,326), Sanyo, также описан способ получения электропроводной полимерной смеси из сложного эфироамида простого полиэфира и щелочных металлов путем введения в смесь 0,01-2,00 мас.% галогенида щелочного или щелочно-земельного металла. С точки зрения электропроводности не указывается различия между одновалентными и двухвалентными ионами. В соответствии с известным вариантом привитые сульфоновые группы присоединяют щелочные катионы. В описании указаны карбоксильные кислотные группы, однако в приведенных примерах они всегда этерифицированы. Согласно примерам рекомендуемое количество соли металла составляет до 5-30 мас.% от массы получаемого материала. В некоторых вариантах реализации галогены создают трудности. В патентной заявке DE 3242827 А 1, Ato Chimie, утверждается, что из сложного эфироамида простого полиэфира и полиолефинов можно получить электропроводную смесь, которая обладает достаточной механической прочностью и удовлетворяет антистатическим требованиям согласно так называемому испытанию сигаретным пеплом. В публикации не сообщается об использовании ионов щелочных или щелочно-земельных металлов или связывающих их кислотных групп. Патентная заявка JP 58015554, Toray Industries, описывает термостойкую смесь сложного эфироамида простого полиэфира и иономера. В публикации указано, что иономер получают добавлением ионов одно-, двух- или трехвалентных металлов к альфа-олефину и полимеру бета-ненасыщенной карбоновой кислоты. В публикации не делается различий между разными катионами и не указывается на добавление ионов к полимеру, присутствующему в простом эфире. Об электропроводности смеси не упоминается. Кроме вышеописанных известно множество полимерных смесей, в основном удовлетворяющих антистатическим требованиям, электропроводность в которых обеспечивают путем добавления в них полимеров, содержащих сопряженные двойные связи, BF4, FeCl3 или LiClO, аналогичных солей или просто антистатических веществ, связывающих воду, электропроводность которых изменяется в соответствии с относительной влажностью воздуха.-1 007094 Известен также модификатор, содержащий, например, бис(метил)циклопентандивинилкобальт или его производные, который добавляют в полимерную смесь в количестве 8-15% и который создает электропроводность. Патент US 6140405, В.F. Goodrich, описывает, как с помощью трифторметансульфонимида лития и соответствующего растворителя можно получить полимер, который обладает достаточной электропроводностью для защиты от ЭСР. Согласно патенту US 5928565 электропроводные полимеры получают путем смешивания органических сульфоновых кислот с полианилином. Однако такие добавки делают смесь очень темной, что ограничивает их применение. В свою очередь, в патенте US 6,149,840 указано, что обычные полимеры можно сделать электропроводными, если смешать их с фторсульфонированным полианилином в количестве около 50% и ввести эту смесь в другие полимеры с помощью кислоты Льюиса или органотитаната. Патент US 5369179 описывает антистатическую смесь простого полиэфирамида и соответствующего полимера, в частности, иономера. В блок простого эфира в материале согласно патенту не введена ионная связь, а в формуле изобретения указан только поливалентный иономер. Согласно патенту US 5179168, Du Pont, смеси, полученной из двух различных иономеров, можно придать антистатические свойства, если смешать большое количество щелочного катиона с иономером,содержащим большое количество карбоксильных кислотных групп. Поглощение воды иономером увеличивается по мере увеличения степени нейтрализации, и, например, высокая степень нейтрализации осложняет процесс переработки. Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков известных решений и создание совершенно новой электропроводной полимерной смеси. В частности, задачей настоящего изобретения является получение практически бесцветной и прочной полимерной смеси, которая хорошо выдерживает обработку и электропроводность которой сохраняется даже при переработке с неоднократной переплавкой и в широком диапазоне условий применения. Основная идея изобретения заключается в том, что электропроводная полимерная смесь состоит по меньшей мере из двух полимеров, при этом первый полимерный компонент смеси является иономером, а второй полимерный компонент - блочным полимером простого полиэфира. Иономер наиболее предпочтительно состоит из сополимера, образованного олефином, таким как этилен и/или пропилен, и ненасыщенной карбоновой кислотой, при этом сополимер имеет ионные поперечные связи. Блочный полимер простого полиэфира состоит, в частности, из блока простого полиэфира и блока полиамида или сложного полиэфира. Согласно изобретению, кислотные группы в иономере, по меньшей мере, частично ионизированы катионами. Аналогично этому блоки простого полиэфира в блочном полимере находятся, по меньшей мере, частично в форме соли. Катионы вызывают образование поперечных связей иономеров и координацию блочных полимеров, и в то же время прочность полимерной смеси существенно увеличивается, поскольку образуются ионные связи, и, поскольку щелочные катионы координированы с простыми эфирами, электропроводность смеси существенно возрастает. Ионная связь согласно изобретению является также термически обратимой. В полимерной смеси количество кислотных групп в иономере обычно составляет примерно 0,5-15 мол.% от количества иономера. Катионы предпочтительно представляют собой катионы щелочных металлов, при этом предпочтительные щелочные металлы включают натрий, калий, рубидий и цезий, а также их смеси. Щелочной металл присутствует в количестве примерно 0,02-3,0 миллимоля/г полимерной смеси, предпочтительно менее 2,5 миллимоля/г полимерной смеси. Добавление указанных количеств обеспечивает одновременное получение высокой электропроводности и превосходных механических характеристик. Смеси согласно изобретению можно получить, смешивая 90-10 мас.ч. сополимера, образованного олефином и ненасыщенной карбоновой кислотой, 10-90 мас.ч. блочного полимера простого полиэфира, и соединение щелочного металла, количество которого соответствует 0,02-3 миллимоля иона щелочного металла/1 г полимерной смеси. Смешивание производят при повышенной температуре, предпочтительно- в расплавленном состоянии, и продолжают до тех пор, пока соединение щелочного металла по существу полностью не прореагирует с полимерными компонентами смеси, после чего полученную полимерную смесь можно перерабатывать в полимерный продукт, например в волокно или в пленку. Более конкретно характеристики полимерной смеси согласно изобретению описаны в отличительной части п.1 формулы изобретения. Способ согласно изобретению описан в отличительной части п.19 формулы изобретения. Настоящее изобретение обладает существенными достоинствами. Так, полимерная смесь согласно изобретению сочетает ряд положительных свойств. Она обладает стабильной электропроводностью и не содержит мигрирующих компонентов, в частности, пластификаторов или антистатических агентов. Когда полимерную смесь согласно изобретению смешивают с другими полимерами для получения антистатического полимера, не происходит просачивания компонентов, подобных саже. Материал имеет высокую совместимость со многими полимерами и превосходные механические свойства. Полимерная смесь, полученная согласно изобретению, хорошо проводит электричество, оптимально защищает от ЭСР, пропускает водяной пар и обладает новым механизмом функционирования. Благо-2 007094 даря катионной проводимости полимерная смесь согласно изобретению является полезной для различных областей применения. Материал согласно изобретению представляет собой иономер, внутри которого встроен твердый полимерный полиэлектролит. Согласно изобретению, хорошие характеристики твердых полиэлектролитов сочетаются с типичными хорошими характеристиками иономеров. Кроме того, материал не содержит выделяющихся ионов, которые создают проблемы, обусловленные загрязнением чувствительных компонентов. Ионы щелочных металлов обеспечивают как высокую электропроводность, так и превосходные механические свойства. Кроме того, полимерная смесь не содержит свободных галогенов и удовлетворяет требованиям теста на цитотоксичность, т.е. на совместимость с тканями. Материал согласно изобретению можно использовать, например, для упаковки материалов, тканей,труб, шлангов, покрытия поверхностей износа, покрытия для различных целей, применений в области биотехнологии, громкоговорителей, а также в качестве электропроводной добавки для множества различных полимеров. Материал особенно полезен для покрытия упаковочного картона для электронных изделий, напольных покрытий и волокна. При этом можно использовать хорошие механические свойства смеси, и получать, благодаря этим свойствам, пленку толщиной примерно 10-500 мкм, обычно примерно 15-200 мкм. Ниже приведено подробное описание изобретения и ряд примеров его выполнения. Согласно одному из вариантов выполнения настоящего изобретения электропроводный полимер получают по меньшей мере из двух различных полимеров, один из которых содержит карбоксильные кислотные группы, а другой - связи простого эфира и по меньшей мере один катион щелочного металла. Согласно изобретению, по меньшей мере некоторые группы простого эфира удерживают посредством полярного заряда одновалентный катион, который является катионом Li, Na, К, Cs или Rb или их смесями. Весьма предпочтительным является катион К. Этот и другие катионы (а также катионы указанных ниже щелочно-земельных металлов) и аналогичные соединения двухвалентных катионов можно вводить в смесь в форме гидроксидов, оксидов, формиатов, ацетатов или их смесей. Некоторые из карбоксильных кислотных групп в полимерной смеси ионизированы. Например, из сополимера этилена и метакриловой кислоты (Э/МАК), эфирамидного блочного полимера (ЭАБП) и катиона щелочного металла можно получить полимерную систему, в которой структура взаимопроникающих полимерных сеток (ВПС) ЭАБП образована внутри фазы Э/МАК. В таком материале некоторые катионы образуют поперечные связи с группами метакриловой кислоты в Э/МАК. При этом возникают термически обратимые ионные связи, которые улучшают механические свойства полимера. Некоторые катионы образуют связи с кислородом простого полиэфира и обеспечивают ионную электропроводность, например, путем сегментального движения полимерных цепей. В прилагаемой формуле изобретения иономер называется полимером А, а блочный простой полиэфир - полимером В. Полимеры А и В присутствуют в смеси при массовом отношении А/В 90/10-10/90,предпочтительно 85/15-20/80. Содержание щелочного металла в полимерной смеси составляет 0,02-3,0 миллимоля/г полимерной смеси, обычно - менее 2,5 миллимоля/г полимерной смеси, в частности, примерно 0,1-0,7 миллимоля/г полимерной смеси. Иономеры известны, например, своей прозрачностью и хорошими механическими свойствами. Обычно иономеры являются сополимерами альфа- или бета-ненасыщенной карбоновой кислоты и этилена и частично являются поперечные связи с одно- или двухвалентными катионами. Иономеры этиленового типа обычно являются хорошими изоляторами, и их поверхностное сопротивление является величиной порядка 1016-1018 Ом. Хорошие механические свойства иономеров позволяют применять материал в упаковочных материалах, напольных покрытиях, а также в качестве компонента для смеси с другими полимерами или в качестве покрытия. Согласно изобретению, иономерный компонент полимерной смеси можно получить, например, из сополимеров и тройных сополимеров этилена и альфа- или бета-ненасыщенных карбоновых кислот,причем сополимеры содержат, кроме вышеуказанных звеньев полимеров, сложные эфиры альфа- или бета-ненасыщенных карбоновых кислот. Карбоновая кислота в общем случае содержит 3-8 атомов углерода. Обычно полимеры содержат 4-24 мас.ч. акриловой или метакриловой кислоты, 0-40 мас.ч. метил-,этил- или бутилакрилата или винилацетата, а остальное до 100 мас.ч. полимера составляет этилен. Промышленно выпускаемые сополимеры и тройные полимеры, используемые согласно изобретению, включают иономеры Nucrel, Bynel и Surlyn производства Du Pont или lotek производства Exxon Chemical, а также их не нейтрализованные предшественники. Блок простого полиэфира может быть расположен в сополимере полиамида или сложного полиэфира. Блок простого полиэфира может быть образован полиэтилен- или полипропиленгликолями (полиэтиленоксидом или полипропиленоксидом), их сополимерами/смесью полимеров, поли(1,2 бутилгликолем) или поли(тетраметилгликолем). Типичное массовое содержание простого полиэфира в сополимере составляет 20-90 частей на 100 частей. Наиболее предпочтительно оно составляет 50-90 частей на 100 частей. Низкая концентрация простого эфира ухудшает электропроводность. Промышленно выпускаемые полимеры, которые содержат блок простого полиэфира, включают Hytrel (Du Pont) и Pebax(Atofina). Поверхностное сопротивление этих полимеров составляет от 38 до 413 Ом.-3 007094 Примером предпочтительного блока простого полиэфира полимера В является полиэтиленоксид с молекулярной массой в интервале 300-20000. В связи с настоящим изобретением наблюдалось, что электропроводность обеспечивается только одновалентным катионом, однако при повторной переработке полимерной смеси ее электропроводность неожиданно падает, в то время как согласно нашим наблюдениям, указанного падения электропроводности не происходит при добавлении в смесь также и двухвалентного катиона. В этом случае полимер А по меньшей мере частично нейтрализуется ионом двухвалентного металла, который представляет собой,например, Мg, Са, Zn, Сu, Fe, Ва, Мn или их смесь. Этот факт можно объяснить тем, что при перемещении одновалентных катионов при повторной переработке (в экструдере, в расплавленном состоянии) увеличивается степень нейтрализации карбоксильных групп, чего не происходит, если карбоксильные группы по меньшей мере частично нейтрализованы двухвалентным катионом. Кроме того, двухвалентный катион увеличивает прочность полимерной смеси. Блок простого полиэфира, по меньшей мере, частично координирует или связывает в комплексы щелочной металл, добавляемый в смесь. Молярное отношение ионов одновалентного и двухвалентного металлов обычно составляет около 0,9-0,05. Индекс расплава полимерной смеси согласно изобретению, измеренный при температуре 190 С для массы 2160 г, составляет 0,01-500 г/10 мин. Индекс расплава сильно изменяется в зависимости от степени нейтрализации иономерного компонента и от используемого катиона. Поверхностное сопротивление(измеренное согласно ASTM D-257) полимерной смеси является низким - всего 108 Ом или менее. Водопоглощение полимерной смеси обычно составляет менее 10 мас.% при погружении на 24 ч. Полимерная смесь удовлетворяет требованиям теста на цитотоксичность. Согласно одному из вариантов выполнения изобретения, предложенный состав содержит в виде смеси по меньшей мере два различных полимера, первый из которых а) имеет, по меньшей мере, связи простого эфира и/или гидроксильные группы и/или кетоновые группы, а второй из которых б) содержит,по меньшей мер, карбоксильные кислотные группы. Смесь содержит также одновалентные катионы, задачей которых является желатинизация путем нейтрализации карбоновой кислоты, и которые располагаются между связями простого эфира и/или кетоновыми группами и и/или отрицательной зоной гидроксидной группы. В этом случае продукт содержит как одновалентные катионы для регулирования электропроводности полимера, так и двухвалентные катионы для регулирования прочностных характеристик, при этом одновалентные катионы содержатся в количестве 20-120%, обычно 50-120% от эквивалентного количества на карбоксильные кислотные группы в полимере, а молярное отношение одновалентных и двухвалентных катионов находится в пределах 0,9-0,05, предпочтительно 0,9-0,5. Материал состоит по меньшей мере из двух различных полимеров, первый из которых а) является блочным полимером на основе амида простого полиэфира, содержащим полиэтиленгликоль в качестве повторяющегося сегмента, а второй, б) представляет собой полимер на основе полиэтилена, привитый по меньшей мере одним повторяющимся сегментом, содержащим карбоксильную кислотную группу, а также из одновалентных и двухвалентных катионов. Способ получения электропроводного полимерного состава согласно изобретению включает, вопервых, смешивание при повышенной температуре 90-10 мас.ч. сополимера, полученного из олефина и ненасыщенной карбоновой кислоты, 10-90 мас.ч. блочного полимера на основе простого полиэфира, и соединения щелочного металла, количество которого соответствует 0,02-3,0 миллимолей ионов щелочного металла/1 г полимерной смеси. Смесь перемешивают при повышенной температуре, чтобы вызвать реакцию соединения щелочного металла с полимерными компонентами смеси, и продолжают смешивание до тех пор, пока соединение щелочного металла практически полностью не прореагирует с полимерными компонентами смеси. Как видно из примера 12, можно считать, что реакция прошла полностью,если в полимере отсутствуют остатки щелочного соединения, которые растворяются в воде. Обычно в этом случае вступило в реакцию по меньшей мере 90 мас.%, в частности, по меньшей мере 95% по массе добавленного соединения щелочного металла. Согласно предпочтительному варианту выполнения полимерную смесь перемешивают при температуре примерно 120-160 С. Наиболее предпочтительно смесь перемешивают в экструдере, а после прохождения реакции смесь перерабатывают в расплаве с получением полимерного продукта. Материалы в описанных ниже примерах получали в двухшнековом экструдере при температурах 200-250 С и при скорости вращения 50-100 об./мин. Пример 1 (вне изобретения). Полимер А, тройной сополимер этилена (Э), этилакрилата (ЭА) и метакриловой кислоты (МАК) (80 частей Э, 10 частей ЭА), и полимер В, блочный полимер на основе амида простого полиэфира, полученный примерно из 50/50 частей полиэтиленгликоля/полиамида-12, смешали при соотношении 50 частей ЭАБП и 50 частей Э/ЭА/МАК в двухшнековом экструдере при температуре 220 С. Поверхностное сопротивление (измеренное согласно ASTM D-257) пленки, полученной путем экструзии из однородной смеси при относительной влажности 30%, составило 1011 Ом. Пример 2 (вне изобретения). Вместе с полимерной смесью согласно примеру 1 в экструдере при 240 С использовали магний (II) в количестве 0,43 ммоль/1 г полимерной смеси; в качестве донора катионов использовали Мg(ОН)2. В-4 007094 результате реакции нейтрализации в экструдере выделялась вода. Поверхностное сопротивление пленки, полученной способом экструзии из однородной смеси при относительной влажности 30%, составило 1011 Ом. Пример 3. Содержание катионов в смеси, составляющее 0,43 ммоль/1 г полимерной смеси аналогично примеру 2, получено с помощью лития. В качестве источника катионов использовали LiOH. Экструзию проводили согласно примеру 2. Поверхностное сопротивление пленки, полученной способом экструзии, составило 1 х 109 Ом. Пример 4. Содержание катионов в смеси, составляющее 0,43 ммоль/1 г полимерной смеси аналогично примеру 2, получено с помощью натрия. В качестве источника катионов использовали NaOH. Экструзию проводили согласно примеру 2. Поверхностное сопротивление пленки, полученной способом экструзии,составило 2 х 1010 Ом. Пример 5. Катион в смеси, полученной согласно примеру 2, был калием. В качестве источника катионов использовали КОН. Экструзию проводили согласно примеру 2. Поверхностное сопротивление образца,полученного способом экструзии, составило 7 х 107 Ом. Пример 6. В смеси, аналогичной примеру 5, использовали отношение полимеров Э/ЭА/МАК и ЭАБП, равное 60/40. Катион и его концентрация были такими же. Экструзию проводили согласно примеру 2. Поверхностное сопротивление образца, полученного способом экструзии, составило 2 х 108 Ом. Пример 7. В смеси, аналогичной примеру 5, использовали отношение полимеров Э/ЭА/МАК и ЭАБП, равное 70/30. Катион и его концентрация были такими же. Экструзию проводили согласно примеру 2. Поверхностное сопротивление образца, полученного способом экструзии, составило 8 х 108 Ом. Пример 8. Сополимер Э/ЭА/МАК в примере 5 заменили на Э/МАК, содержащий 88 частей Э и 12 частей МАК. Катион в смеси был калием, и его концентрация составляла 0,43 ммоль/1 г полимерной смеси. В качестве источника катионов использовали КОН. Поверхностное сопротивление образца, полученного способом экструзии, составило 6 х 107 Ом. Пример 9. Сополимер Э/ЭА/МАК в примере 5 заменили на Э/БА/МАК (БА-бутилакрилат), содержащий 66 частей Э, 24 части БА и 10 частей МАК. Катион в смеси был калием, и его концентрация составляла 0,43 ммоль/1 г полимерной смеси. В качестве источника катионов использовали КОН. Поверхностное сопротивление образца, полученного способом экструзии, составило 5 х 107 Ом. Пример 10. Концентрация калия в полимерной смеси, аналогичной примеру 5, составляла 1,7 ммоль/1 г полимерной смеси. В качестве источника катионов использовали КОН. Поверхностное сопротивление образца, полученного способом экструзии, составило 3 х 107 Ом. Пример 11. ЭАБП в смеси согласно примеру 5 заменили соответствующим ЭАБП, содержащим 40 частей ПЭ и 60 частей ПА. Поверхностное сопротивление использованного ЭАБП составило 2 х 109 Ом. Поверхностное сопротивление образца, полученного экструзией полимерной смеси, составило 3 х 107 Ом. Пример 12. Концентрация ионов в полимерной смеси согласно примеру 5 составляла 0,7 ммоль/1 г полимерной смеси. Отношение магний/калий в смеси составляло 1/3, в качестве источника катионов использовалиMg(OH)2 и КОН. Поверхностное сопротивление образца, полученного способом экструзии, составило 4 х 107 Ом. В опытах с применением ионов цезия получали значения поверхностного сопротивления 107 Ом. Однако высокая стоимость этого катиона ограничивает его использование. Проведенные нами опыты показали, что с увеличением радиуса применяемого иона щелочного металла, за исключением иона лития, поверхностное сопротивление полимерной смеси уменьшается. Это можно объяснить увеличением отношения радиуса иона к его заряду, которое уменьшает силы притяжения между ионом и зоной простого эфира и тем самым увеличивает подвижность иона. Однако увеличение физического размера иона ограничивает его подвижность. Эту концепцию подтверждают опыты с ионами рубидия. Образец согласно примеру 12 в форме листа толщиной 0,5 мм в течение 1 ч вымачивали в ионообменной воде при 85 С, после чего провели анализ воды и не обнаружили К или Мg. С другой стороны,при анализе 1,6 мкг/см 2 образца методом газовой хроматографии обнаружили органические соединения. Это можно объяснить испарением мономеров полимеров. Из образцов всех вышеописанных примеров приготовили состав, содержащий 50% по массе шариков из инертного стекла, используемых в качестве наполнителя. После экструзии в течение четырех минут (240 С) сопротивление всех материалов, за исключением материала согласно примеру 12, заметно-5 007094 увеличилось. Двухвалентные катионы, по-видимому, стабилизируют электропроводность смеси при ее переработке в расплаве. Полимерная смесь согласно примеру 12 удовлетворяет требованиям теста на цитотоксичность по методике, описанной в литературе (Н. Larjava, J. Heino, Т. Krusius, E. Vuorio and M. Tammi, 1998, Biochem. J., 256 (1998) 35). Тест на цитотоксичность проводили с использованием клеточной культуры животных, в которой содержание выделяемой клетками лактатдегидрогеназы (ЛДГ) определяли путем измерения активности. Полученный результат показал, что материал является совместимым с тканями и может найти широкое применение в области технологии биоматериалов. Двухвалентные катионы, использованные в опытах, включали Zn, Ca, Fe(II) и Sn(II). Как показали проведенные опыты, все указанные катионы увеличивали механическую прочность и стабилизировали электропроводность при дальнейшей переработке. Окрашивание материала, которое вызывают некоторые катионы, ограничивает их применение. Исследование, которое привело к настоящему изобретению, показало, в частности, что электропроводность обеспечивается одновалентными катионами, в то время как двухвалентные катионы стабилизируют электропроводность при последующей переработке и уменьшают поглощение воды смесью. Электропроводность, создаваемая различными одновалентными катионами, существенно отличается. Хорошая электропроводность обеспечивается при достаточно низкой ионной концентрации с точки зрения переработки материала. Трехвалентные катионы придают продукту свойства, аналогичные свойствам реактопласта. Электропроводность полимерной смеси согласно изобретению можно дополнительно увеличить,например, с помощью введения промышленно выпускаемых антистатических соединений, пластификаторов или других низкомолекулярных гигроскопичных соединений. Совершенно полная нейтрализация карбоксильных групп приводит к образованию продукта, который с трудом поддается переработке. Такой продукт обладает электропроводностью даже при отсутствии двухвалентного катиона, однако в этом случае его некоторые другие свойства ухудшаются. Продукты согласно вышеописанным примерам, содержащие Мg в качестве двухвалентного катиона, обладали упругостью и не могли постоянного растягиваться, как полиэтиленовая пленка соответствующей толщины. Это указывает на свойства иономеров, подобные эластомерам. Продукты не являются абсолютно прозрачными, как иономерные пленки, однако обладают достаточно хорошей прозрачностью. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Электропроводная полимерная смесь, содержащая А: полимер олефина и ненасыщенной карбоновой кислоты, при этом количество кислотных групп составляет 0,5-15 мол.%, и В: блочный полимер на основе простого полиэфира, состоящий из блока простого полиэфира и блока полиамида или сложного полиэфира,С: ионы металла,отличающаяся тем, что ионы металла представляют собой ионы щелочного металла,кислотные группы полимера А и блоки простого полиэфира полимера В образуют координационные связи, по меньшей мере частично, с указанными ионами щелочного металла, и щелочной металл присутствует в количестве примерно 0,02-3 ммоль на 1 г полимерной смеси. 2. Полимерная смесь по п.1, отличающаяся тем, что сополимер карбоновой кислоты полимера А получают из альфа- или бета-ненасыщенной карбоновой кислоты, содержащей 3-8 атомов углерода, и блочный полимер В на основе простого полиэфира содержит полипропиленоксид, полиэтиленоксид или полимер их смеси, причем блочный полимер В, по меньшей мере, частично координирует или включает в комплексы указанный щелочной металл. 3. Полимерная смесь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что олефин в полимере А является этиленом или пропиленом. 4. Полимерная смесь по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что максимальное содержание щелочного металла составляет примерно 2,5 ммоль/г полимерной смеси. 5. Полимерная смесь по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что полимеры А и В присутствуют в смеси в частях по массе А/В 90/10-10/90, предпочтительно 85/15-20/80. 6. Полимерная смесь по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что содержание щелочного металла составляет 0,1-1,7 ммоль/г полимерной смеси. 7. Полимерная смесь по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что блок простого полиэфира в полимере В представляет собой полиэтиленоксид с молекулярной массой в пределах от 300 до 20000. 8. Полимерная смесь по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что содержание простого полиэфира в полимере В составляет 90-30% от всей массы полимера В.-6 007094 9. Полимерная смесь по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что полимер А, по меньшей мере,частично нейтрализован ионом двухвалентного металла, который представляет собой Мg, Са, Zn, Cu, Fe,Ba, Мn или их смесь. 10. Полимерная смесь по п.9, отличающаяся тем, что молярное отношение ионов одновалентного металла к ионам двухвалентного металла составляет 0,9-0,05. 11. Полимерная смесь по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что индекс расплава, измеренный при температуре 190 С для массы 2160 г, составляет 0,01-500 г/10 мин. 12. Полимерная смесь по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что поверхностное сопротивление(по ASTM D-257) указанной полимерной смеси составляет менее 108 Ом. 13. Полимерная смесь по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что поглощение воды указанной полимерной смесью составляет менее 10 мас.% при погружении на 24 ч. 14. Полимерная смесь по любому из пп.1-13, отличающаяся тем, что указанная полимерная смесь удовлетворяет требованиям теста на цитотоксичность. 15. Полимерная смесь по любому из пп.1-14, отличающаяся тем, что катионы добавляют в форме гидроксидов, оксидов, формиатов, ацетатов или их смесей. 16. Полимерная смесь по любому из пп.1-15, отличающаяся тем, что катион щелочного металла выбирают из группы, включающей натрий, калий, рубидий и цезий. 17. Полимерная смесь по любому из пп.1-16, отличающаяся тем, что одним из катионов является катион калия. 18. Способ получения электропроводной полимерной композиции, отличающийся тем, что при повышенной температуре смешивают 90-10 мас.ч. сополимера, полученного из олефина и ненасыщенной карбоновой кислоты,10-90 мас.ч. блочного полимера на основе простого полиэфира и соединение щелочного металла в количестве, которое соответствует 0,02-3 ммоль иона щелочного металла/1 г полимерной смеси. 19. Способ по п.18, отличающийся тем, что приготавливают смесь, которая содержит сополимер, полученный из этилена и ненасыщенной карбоновой кислоты, блочный полимер на основе простого полиэфира, включающий блок полиамида или сложного полиэфира, и соединение щелочного металла,смесь перемешивают при повышенной температуре, чтобы осуществить реакцию соединения щелочного металла с полимерными компонентами смеси, и перемешивание продолжают до тех пор, пока соединение щелочного металла по существу полностью не прореагирует с полимерными компонентами смеси. 20. Способ по п.18 или 19, отличающийся тем, что указанную смесь перемешивают при температуре 120-280 С. 21. Способ по любому из пп.18-20, отличающийся тем, что перемешивание производят в экструдере, а после прохождения реакции смесь перерабатывают в расплаве с получением полимерного продукта. 22. Способ по п.21, отличающийся тем, что получаемый продукт представляет собой полимерные волокна или пленки.

МПК / Метки

МПК: C08L 71/02, C08L 23/08, C08K 3/08, H01B 1/12, C08L 33/02

Метки: полимерная, смесь

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/8-7094-polimernaya-smes.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Полимерная смесь</a>

Похожие патенты