BE1002895A3 - Procede de preparation de polymeres conducteurs et produits obtenus. - Google Patents
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Abstract
Procédé de préparation de polyméres conducteurs caractérisé en ce qu'on mélange des particules conductrices, de préférence des particules de cuivre dans une solution de polymères, de préférence du polystyrène; en ce qu'on coule cette préparation sous forme de film ou de plaque, de préférence sur un substrat; et en ce qu'on évapore le solvant, en l'occurance du xylène. Du fait des propriétés interressantes, notamment leur faible résistivité électrique étant de l'ordre de 10-5 ohm.m de tels produits trouvent de nombreuses applications entre autres dans les domaines du blindage électromagnétique, des composants antistatiques et même comme éléments faiblement chauffants.
Description
PROCEDE DE PREPARATION DE POLYMERES CONDUCTEURS ET PRODUITS OBTENUS Objet de l'invention La présente invention vise à apporter des perfectionnements aux composites de polymères et de particules conductrices, appelés ci-après polymères conducteurs, afin de leur conférer des propriétés physiques améliorées. L'invention s'étend aux produits obtenus par ce procédé. Résumé de l'état de la technique Les polymères conducteurs sont obtenus par dispersion de particules de petit diamètre (généralement <EMI ID=1.1> de polymères. Généralement, ces produits sont préparés par mélange de particules conductrices dans le polymère fondu suivi de la compression de la pâte obtenue ou par mélange de poudre de polymère et de particules suivi d'une compaction à froid ou à chaud du tout. Du fait des propriétés intéressantes notamment de leur bonne condùctivité, de tels produits trouvent de nombreuses applications. Initialement, les particules le plus couramment utilisées étaient des particules de noir de carbone. Plus récemment, on a eu recours à des particules métalliques, notamment du cuivre. Quelles que soient cependant les précautions prises et les conditions de mise en oeuvre, il semble que les valeurs de résistivité électrique les plus faibles obtenues soient de l'ordre de 10-<2> ohm.m. Dans certains <EMI ID=2.1> ont été annoncées. Buts visés par l'invention La présente invention vise à fournir un procédé amélioré qui sans complications excessives permet de réaliser des propriétés présentant des valeurs de conductivité améliorées. Ces produits sont de préférence présentés sous forme de films ou de plaques pouvant être directement utilisés notamment pour le blindage électromagnétique ou magnétique ou comme composants antistatiques et même comme éléments faiblement chauffants. Eléments caractéristiques de l'invention L'invention concerne un procédé de préparation de polymères conducteurs caractérisé en ce qu'on réalise un mélange de particules conductrices dans une solution de polymères, en ce qu'on coule cette préparation, de préférence sur un substrat, sous forme d'un film ou d'une plaque et en ce qu'on permet l'évaporation du solvant. Selon l'invention, les particules utilisées sont de préférence constituées par des particules de cuivre. Les produits du commerce présentant une granulo- <EMI ID=3.1> ment. Les poudres industrielles obtenues par soufflage d'un écoulement de cuivre en fusion d'une pureté de 99,995% et qui présentent une forme irrégulière conviennent tout particulièrement. Des produits de ce type peuvent être obtenus de.la société SCM CorporationClevelandOhio (U.S.A.). Des produits de forme aciculaire conviennent tout particulièrement. Un intérêt complémentaire du cuivre par rapport à d'autres matériaux et le fait que le produit est non magnétique et qu'il peut être obtenu facilement à un prix de revient raisonnable sous une forme (aciculaire notamment) dans le commerce. De plus, le cuivre ne présente pas d'affinités pour la plupart des macromolécules ce qui semble concourir à une bonne dispersion et à des propriétés physiques intéressantes pour les usages envisagés. Un polymère particulièrement intéressant notamment-pour ses propriétés diélectriques est le polystyrène. En principe, la plupart des produits commerciaux conviennent pour l'usage envisagé et il semble d'ailleurs que la présence dans les produits commerciaux des différents additifs, en particulier des antioxydants et des stabilisants concourrent à l'obtention d'un produit présentant les propriétés souhaitées. Les solvants pour la préparation du polymère sont bien connus- de l'homme de l'art. Conviennent tout particulièrement les 'solvants de la série benzénique, en particulier le xylène. La dissolution du polymère dans le solvant peut se réaliser dans les conditions habituelles, notamment à chaud. Il est cependant apparu qu'il est préférable de réaliser des particules conductrices avec la solution après un refroidissement préalable de .celle-ci, pour réduire les risques d'oxydation. La concentration du polymère dans. le solvant est en principe aussi élevée que possible pour autant que des valeurs de viscosité adéquates permettant l'introduction sans difficulté des particules soit réalisées. Les particules de cuivre avant leur mise en oeuvre sont de préférence décapées, en particulier à l'aide d'une solution de HCl. En effet, la présence de traces résiduelles d'oxyde superficielles sur les particules de cuivre doit être évitée si on veut atteindre des valeurs de résistivité électrique faibles du composite. Il peut être recommandable de travailler en l'absence d'oxygène, par exemple sous atmosphère d'azote immédiatement après le décapage du cuivre jusqu'au moment de l'obtention. Le polystyrène présente une série d'avantages le rendant particulièrement apte à la mise en oeuvre selon l'invention. Certains de ces aspects tels que la clarté optique (transparence), l'absence d'éléments volatiles qui empêchent l'apparition de courant ioniques, leurs excellentes propriétés diélectriques, en particulier leurs valeurs de claquage élevées sont particulièrement intéressants. D'autres solvants que le xylène peuvent être utilisés pour la dissolution de ce polymère. Comme solvant pour ce polymère, en plus du xylène, on peut envisager d'autres solvants tels que le tétrahydrofuranne. En principe, des solvants qui permet- tent une évaporation régulière et homogène conviennent tout particulièrement. La technique de préparation de-films ou de plaques à partir de constituants hétérogènes avec évaporation de solvant est bien connue de l'homme et ne nécessite pas de description complémentaire. En principe, la teneur de particules qui peuvent être ajoutées dans la solution de polymères dépend essentiellement de la viscosité de cette solution. En principe, des concentrations de particules dans le polymère de l'ordre 50 % semblent convenir pour la plupart des applications. Bien entendu, il conviendra que l'homme de l'art en fonction des résultats recherchés, des différents produits mis en oeuvre adapte les techniques, concentrations et conditions de travail;au résultat recherché. Il est apparu qu'un compactage ultérieur du produit obtenu (film ou plaque en particulier) peut encore améliorer les caractéristiques des produits obtenus. La réalisation d'un contact électrique par exemple pour la mise à la terre d'une feuille lorsqu'elle est utilisée comme blindage électromagnétique ou comme composant antistatique mais également à d'autres usages peut se réaliser facilement par un dépôt électrique. La résistance de contact n'est pratiquement pas mesurable dans de telles conditions. En plus du polystyrène, d'autres polymères peuvent être envisagés pour le cas d'application spécifique de l'invention. On peut citer à cet égard: le polyacétal, le polybutadiène, le polyéthylène, le polypropylène, ainsi que les copolymères du styrène, par exemple le butadiènestyrène. Les produits de l'invention se présentant de préférence sous forme de films ou plaques mais pouvant également se présenter sous d'autres formes se caractérisent par des valeurs de résistivité électrique de l'ordre de 10-5 ohm.m. En affinant les techniques de préparation, il est vraisemblable que des valeurs encore plus intéressantes pourraient être obtenues. A titre d'illustration de l'invention, on décrira ci-après un exemple de; réalisation d'un produit à l'échelle du laboratoire. Exemple - pesée d'une certaine quantité de poudre oxydée; - introduction du HCl dilué en quantité suffisante pour que la poudre soit bien propre mais insuffisante pour éviter la présence d'un précipité CuCl sur la poudre. Le temps de réaction est optimisé. Simultanément, un test d'acidité ainsi qu'un test de colorimétrie permettent d'estimer l'efficacité du nettoyage de la couche d'oxyde. La poudre est ensuite filtrée et rincée dans le même type de solution qui a servi à son nettoyage. Puis elle est rincée dans une solution ammoniacale; enfin, lavée abondamment à l'eau distillée et séchée à l'alcool. Toutes les opérations sont effectuées en évitant au maximum le contact de la poudre avec l'air. Le cuivre nettoyé est introduit directement dans le polymère en solution. Trois pesées sont nécessaires pour éviter l'exposition trop longue à l'air: une pesée précise du récipient contenant la solution polymèresolvant, une pesée grossière de manière à obtenir la quantité de cuivre approximativement désirée et enfin une pesée précise du récipient contenant la solution et le cuivre introduit. La quantité exacte de cuivre est donc évaluée par différence, l'erreur est estimée inférieure au �/1000 de g. A noter que le cuivre dès son introduction dans la solution semble protégé contre l'oxydation très probablement en raison des antioxydants présents dans le polystyrène industriel mais ceci n'exclut pas la possibilité d'une faible oxydation ou d'adsorption à la surface des grains de différentes impuretés. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de polymères conducteurs caractérisé en ce qu'un mélange de particules conductrices est réalisé dans une solution de polymères, en ce que cette préparation est coulée sous forme d'un film ou d'une plaque, de préférence sur un substrat, et en ce que le solvant est ensuite évaporé.
Claims (1)
- 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que des particules de cuivre sont utilisées comme particules conductrices.3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que les particules de cuivre présentent une granulométrie de l'ordre de 1 à 10 um.4. Procédé selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que les particules de cuivre sont obtenues par soufflage d'un écoulement de cuivre en fusion.5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 2 à 4 caractérisé en ce que les particules de cuivre présentent une forme irrégulière de préférence une forme aciculaire.6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 2 à 5 caractérisé en ce que les particules de cuivre subissent un décapage, de préférence à l'aide d'une solution HC1.7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 6 caractérisé en ce que la concentration des particules conductrices dans le polymère est de l'ordre de 50%. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 7 caractérisé en ce que le polymère utilisé dans la préparation est du polystyrène.9. Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que le polystyrène présente une forme impure due à la présence de divers additifs.10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 9 caractérisé en ce qu'un solvant utilisé pour la préparation du polymère appartient à la série benzénique, de préférence est du xylène. <EMI ID=4.1>en ce que la dissolution du polymère dans le solvant se réalise à chaud.12. Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que la dissolution du polymère dans le solvant est précédé d'un refroidissement de la solution.13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 12 caractérisé en ce que la concentration du polymère est limitée par des valeurs de viscosité permettant l'introduction des particules conductrices dans la solution.14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 13 caractérisé en ce que l'on travaille en l'absence d'oxygène de préférence sous atmosphère d'azote.15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 14 caractérisé en ce qu'un compactage ultérieur du polymère conducteur est réalisé.16. Polymère conducteur obtenu selon le procédé décrit dans l'une quelconque des revendications précédentes.17. Polymère conducteur selon la revendication 16 caractérisé en ce qu'il présente une résistivité électrique de l'ordre de 10-5 ohm.m.
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| US4382981A (en) * | 1979-07-26 | 1983-05-10 | Acheson Industries, Inc. | Method for shielding electronic equipment by coating with copper containing composition |
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1989
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