Plastics_11_2013

w w w . p l a s t i c s . r u 47 СПЕЦТЕМА/ СПЕЦИАЛЬНЫЕ ПЛАСТМАССЫ П Л А С Т И К С № 1 1 ( 1 2 9 ) 2 0 1 3 (гибкость, прочность, эластичность) с вы- сокой электропроводностью. Их свойства могут быть точно отрегулированы с помо- щью специальных методов органического синтеза. Проводящие полимеры были запущены в промышленное производство уже много лет назад, и внимание к ним постоянно росло благодаря росту производства электронных устройств и необходимости защиты от элек- тростатических разрядов и электромагнит- ных помех. За развитие этого направления в науке в последнее время неоднократно при- суждались Нобелевские премии. Например, в 2000 году премия была присуждена амери- канскому физику Алану Хигеру и химикам Алану Макдиармиду (США) и Xидеки Ши- ракава (Япония) за развитие электропрово- дящих полимеров, а в 2003 году — Виталию Лазаревичу Гинзбургу (Россия) за разработку теории проводимости полимеров. К ЭПМ относятся: — наполненные пластмассы, в которых наполнитель является проводником элек- тричества; — полимеры, проводящие от природы (Inherently Conductive Polymers, ICP); — высокоспециализированные полиме- ры, у которых есть как электрические, так и оптические параметры (электро-оптические полимеры). Наполненные проводником пластмассы занимают основное место на рынке прово- дящих полимеров. Они представляют со- бой традиционные пластмассы (преимуще- ственно термопласты), содержащие такие наполнители, как порошковые металлы (нержавеющая сталь, серебро, медь, золо- то), металлические или металлизированные волокна, углерод (технический углерод, сажа от сжигания природного газа или ацетилена, углеволокно, а также нанотрубки и прочие наноразмерные материалы), которые делают пластмассы электропроводящими. Электро- проводные нанополимеры стали основными композитными материалами для топливных трубопроводов, в которых они заменили тра- диционную сталь, для предотвращения на- копления статических зарядов. Компания Hyperion Catalysis заявила, что более 60% автомобилей, изготавливаемых сегодня в США, оборудованы ее продукцией, содер- жащей нанотрубки. Также были созданы электропроводные полимеры для покрытия внешних кузовных деталей. Дело в наполнителе Многократно наблюдалось, что если в изолирующий полимер добавляется техни- ческий углерод, то имеется пороговая кон- центрация этого наполнителя 3-15% (вес.), при которой композит превращается из изо- лирующего в проводящий. Проводимость (и сопротивление) изменяется на несколько порядков при небольшом увеличении кон- центрации технического углерода. Проводимость композитов полимер/ технический углерод зависит от следующих факторов: — количества технического углерода; —физических и химических свойств кон- кретного технического углерода; — химических свойств полимера и его морфологии в твердом состоянии; —процессов смешивания и последующей обработки, применяемых при создании ком- позита. Например, из наполненного сажей по- липропилена получают материал «Капрез ДПП», удельная электропроводность кото- рого порядка 0,2 Ом -1 ·см -1 . На него прямо после переработки пластмассы в детали, их монтажа на подвесках и обезжиривания можно наносить никелевые покрытия из обычного электролита никелирования. Бла- годаря крайне простой технологии гальвани- ческой металлизации мировое потребление электропроводного полипропилена состав- ляет десятки тысяч тонн в год. При сравнении гомополимера ПП и со- полимера ПП видно влияние даже незна- чительного изменения состава на сопро- тивление, потому что сополимер содержит каучуковый компонент. Очевидно, что тех- нический углерод переходит в каучуковую фазу, и для того, чтобы достичь уровней про- водимости, сравнимых с теми, что наблюда- ются в гомополимере, в случае сополимера нужно ввести большее количество техниче- ского углерода. В некристаллизующихся полимерах, таких как атактический полистирол, поро- говая концентрация технического углерода близка к 8% (вес.). В кристаллическом ПЭ она равна 5% (вес.) преимущественно бла- годаря сегрегации технического углерода в некристаллическую фазу или на фазовых границах. Эта сегрегация усиливается в сме- сях ПЭ/ПС в соотношении 45/55% (вес.) с содержанием более 0,4% вес. (0,2% об.) тех- нического углерода, полученных смешива- нием в расплаве, состав которых допускает существование непрерывной фазы ПЭ и двойное проникновение фаз, а также об- ласти электропроводности. По-видимому, эффект зависит от относительных межфаз- ных натяжений между полимерами и техни- ческим углеродом. Фото BASF