專利名稱：正溫度系數(shù)高分子組成物及由此組成物所制成的材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種正溫度系數(shù)(以下簡稱為PTC)高分子組成物及由此組成物所制 成的材料，特別是涉及一種包含一種非離子共聚物的PTC高分子組成物，該非離子共聚物 含有一種經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烯烴單體以及一種酸酐單體。
背景技術：
PTC組件由于具有PTC效應，所以可作為保險絲用途。PTC組件包括一 PTC高分子 材料及形成在該PTC高分子材料的兩相對應表面上的正、負電極。該PTC高分子材料包括 一個具有晶相區(qū)及非晶相區(qū)的高分子基體及一種分散于該高分子基體的非晶相區(qū)而形成 一連續(xù)導電路徑的導電顆粒填充物。PTC效應是指當該高分子基體的溫度升到其熔點時，該 晶相區(qū)開始熔融而產(chǎn)生新的非晶相區(qū)。當非晶相區(qū)增加到一程度而與原存的非晶相區(qū)相結 合時，會使得該導電顆粒填充物的導電路徑形成不連續(xù)狀，而造成該PTC高分子材料的電 阻急速增加，并因而形成斷電。PTC高分子組件主要的訴求是要同時具有高的PTC效應、高導電度及高電氣穩(wěn)定 性，及其高分子基體須具有與正、負電極片穩(wěn)固接合的黏著力。在提升導電度上，雖然可借由增加導電顆粒填充物的量來增加PTC高分子材料的 導電度，但是此方式會相對地造成PTC效應及電極黏著穩(wěn)定性的降低。在增加高分子基體與正、負電極片之間及與無機導電顆粒(例如鎳粉、碳化鈦、鍍 鎳石墨等)之間的黏著力上，現(xiàn)有的高分子基體通常會含一接枝型高分子，例如乙烯-順丁 烯二酸酐接枝型高分子，借此可以透過該接枝型高分子的極性支鏈(例如順丁烯二酸酐支 鏈)與該無機導電顆粒填充物及正、負電極片形成極性交互作用而固定該無機導電顆粒填 充物于高分子基體內(nèi)及固定該正、負電極片，如此可以避免該無機導電顆粒填充物在高分 子基體內(nèi)沉積而造成潛變及該正、負電極片自該高分子基體上剝離而造成PTC高分子組件 失效。雖然，含接枝型高分子高分子基體可以提供上述優(yōu)點，但是也會造成PTC高分子材料 的導電度顯著地降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在提供一種具有上述含接枝型高分子的高分子基體的PTC高分 子材料的優(yōu)點，及具有比上述現(xiàn)有PTC高分子材料較高導電度的PTC高分子組成物以及利 用此高分子組成物所制成的材料。在本發(fā)明的一態(tài)樣中，該PTC高分子組成物包含一種高分子系統(tǒng)以及一種導電顆 粒填充物。該高分子系統(tǒng)具有一種非離子共聚物，該非離子共聚物含有一種經(jīng)取代或未經(jīng) 取代的烯烴單體以及一種酸酐單體，該烯烴單體與該酸酐單體形成一條線性高分子鏈。本發(fā)明的另一態(tài)樣是提供一種PTC高分子材料，其包含一種高分子基體以及一種 分散于該高分子基體的導電顆粒填充物。該高分子基體是由一種高分子系統(tǒng)所制成，該高 分子系統(tǒng)具有一種非離子共聚物，該非離子共聚物含有一種經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烯烴單體
4以及一種酸酐單體，以及該烯烴單體與該酸酐單體形成一條線性高分子鏈。在該高分子基 體中，該酸酐單體與該導電顆粒填充物之間形成一種極性交互作用。本發(fā)明的有益效果在于借由在高分子系統(tǒng)中包含經(jīng)取代或未經(jīng)取代烯烴單體/ 酸酐單體的非離子共聚物，使PTC高分子材料可以具有上述含接枝型高分子的高分子基體 的優(yōu)點之外，且可避免接枝型高分子所造成PTC高分子材料的導電度顯著下降的缺失。


無
具體實施例方式有關本發(fā)明的前述及其它技術內(nèi)容、特點與功效，在以下較佳實施例的詳細說明 中，將可清楚的呈現(xiàn)。本發(fā)明的PTC高分子組成物包含一種高分子系統(tǒng)以及一種導電顆粒填充物，且該 PTC高分子材料是由該PTC高分子組成物經(jīng)過混煉技術所制成，所制成的PTC高分子材料包 含一種高分子基體以及一種分散于該高分子基體的導電顆粒填充物。該高分子系統(tǒng)具有一 種含有一種經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烯烴單體以及一種酸酐單體，該烯烴單體與該酸酐單體形 成一條線性高分子鏈。在該高分子基體中，該酸酐單體與該導電顆粒填充物之間形成一種 極性交互作用。較佳地，該非離子共聚物的酸酐單體是選自于順丁烯二酸酐、丁二酸酐、戊二酸酐 或所述的一組合。較佳地，該非離子共聚物的烯烴單體是選自于乙烯、丙烯、或所述的一組合。較佳地，該非離子共聚物更含有一種丙烯酸單體。更佳地，該非離子共聚物是一種 三共聚物，該三共聚物是選自于乙烯/壓克力乙基酯/順丁烯二酸酐三共聚物、乙烯/壓克 力乙基酯/ 丁二酸酐三共聚物、乙烯/壓克力乙基酯/戊二酸酐三共聚物，乙烯/壓克力丁 基酯/順丁烯二酸酐三共聚物、乙烯/壓克力丁基酯/ 丁二酸酐三共聚物、乙烯/壓克力丁 基酯/戊二酸酐三共聚物、或所述的一組合。較佳地，該高分子系統(tǒng)更具有一種結晶性高分子，該結晶性高分子具有高于該非 離子共聚物的結晶度。較佳地，該結晶性高分子是選自于未接枝高密度聚乙烯、未接枝低密度聚乙烯、未 接枝超低密度聚乙烯、未接枝中密度聚乙烯、未接枝聚丙烯、或所述的一組合。較佳地，該結 晶性分子的熔點是高于125°C。在較佳具體例中，該結晶性高分子的熔點約為130°C。較佳地，該結晶性高分子共聚物與該非離子共聚物的重量比例范圍為9 1 1 9。更佳地，該結晶性高分子與該非離子共聚物的重量比例范圍為9 1 1 3。較佳地，該高分子系統(tǒng)與該導電顆粒填充物的重量比例范圍為2 1 1 4。更 佳地，該高分子系統(tǒng)與該導電顆粒填充物的重量比例范圍為1.5 1 1 2。在一較佳具體例中，該導電顆粒填充物為碳粉。在另一較佳具體例中，該導電顆粒 填充物為非碳導電粉末。較佳地，該非碳導電粉末是選自于金屬粉末、陶瓷粉末、表面金屬 化的非金屬粉末或所述的一組合。本發(fā)明將借由下述實施例與比較例更詳細地說明，該等實施例并非意圖用于限制本發(fā)明的范圍。實施例〈實施例1(E1)>將45g乙烯/順丁烯二酸酐共聚物(PE/MA copolymer)(商品型號EC_603D，MA 共聚含量占1.0wt%，熔點105°C，購自Dupont)與55g的碳粉(商品型號Raven 430UB，購 自 Columbian Chemicals Company)加入一 Brabender 混煉機內(nèi)混煉?；鞜挏囟葹?200°C ； 攪拌速度為50rpm ；混煉時間為4分鐘。將混煉后所得的混合物置于一已埋設兩條銅線的 Plaque (薄板長75mm、寬64mm、厚18mm)制作模具中。之后，以熱壓機對Plaque樣品進行 熱壓。熱壓溫度為200°C、熱壓時間為4分鐘、熱壓壓力為80kg/cm2。之后，測量實施例1 所制得的Plaque樣品的電阻值(見表1)。< 實施例 2-4 (E2-E4) >實施例2-4的Plaque樣品的制備程序與條件與實施例1相同，惟實施例2_4使用 的乙烯/順丁烯二酸酐共聚物濃度與實施例1不同(見表1)。< 實施例 5-8 (E5-E8) >實施例5-8的Plaque樣品的制備程序與條件與實施例1相同，惟實施例5_8是以 乙烯/壓克力丁基酯/順丁烯二酸酐三共聚物(PE/BA/MA)(商品型號Lotarder 3410，BA 共聚含量占18.0wt%，MA共聚含量占3. ，熔點91°C，購自Arkema Inc)取代乙烯/順 丁烯二酸酐共聚物，及其等所使用的乙烯/壓克力丁基酯/順丁烯二酸酐三共聚物的濃度 是分別對應到實施例1-4 (見表1)。< 實施例 9-12 (E9-E12) >實施例9-12的Plaque樣品的制備程序與條件與實施例1相同，惟實施例9_12是 以乙烯/壓克力乙基酯/順丁烯二酸酐三共聚物(PE/EA/MA)(商品型號Lotarder 3300， EA共聚含量占8. 4wt %，MA共聚含量占3. lwt %，熔點98°C，購自Arkema Inc)取代乙烯/ 順丁烯二酸酐共聚物，及其等所使用的乙烯/壓克力乙基酯/順丁烯二酸酐三共聚物的濃 度是分別對應到實施例1-4 (見表1)?！幢容^例1-4(CE1_CE4)>比較例1-4的Plaque樣品的制備程序與條件與實施例1相同，惟比較例1_4是以 經(jīng)順丁烯二酸酐接枝的聚乙烯(MA-Grafted PE)(商品型號MB100D，MA接枝含量1. ， 熔點135°C，購自DuPont)取代乙烯/順丁烯二酸酐共聚物，及其等所使用的經(jīng)順丁烯二酸 酐接枝的聚乙烯的濃度是分別對應到實施例1_4(見表1)。< 比較例 5-8 (CE5-CE8) >比較例5-8的Plaque樣品的制備程序與條件與實施例1相同，惟比較例5_8是以 乙烯/甲基丙烯酸的鈉離子共聚物(Ionic Co-PE/MA)(商品型號Surlyn 8670，鈉離子與 乙烯/甲基丙烯酸高分子的共聚物，熔點90°C，購自DuPont)取代乙烯/順丁烯二酸酐共聚 物，及其等所使用的乙烯/甲基丙烯酸的鈉離子共聚物的濃度是分別對應到實施例1_4(見 表1)。表 1
從表一電阻值的結果可以看出該具有烯烴單體與酸酐單體的非離子共聚物的PTC 高分子材料(E1-E12)比含有接枝型聚烯烴或離子共聚物的現(xiàn)有PTC高分子材料(CE1-CE8) 具有較低的電阻，亦即具有較高的導電度。< 實施例 13-15 (E13-E15) >實施例13-15的Plaque樣品的制備程序與條件與實施例1相同，惟實施例13-15 是以鎳粉(Type 240，購自Inco Special Products)取代碳粉，及其等所使用的高分子種類 是分別對應到實施例1-4、5-8、9-12三組實施例所使用的高分子(見表2)。 < 比較例 9-10 (CE9-10) > 比較例9-10的Plaque樣品的制備程序及條件與實施例1相同，惟比較例9_10是以鎳粉取代碳粉，及其所使用的高分子是MA-Grafted PE與Ionic Co-PE/MA (見表2)。分別對實施例E1、E6、E10、E13-15、CE1-2，&CE9_10所制得的Plaque樣品進行周 期性測試(cycle test)及環(huán)境測試。測試結果見表2。周期性測試是以20Vdc及100A(安 培)及通電60秒斷電60秒的條件下進行，測試樣品所能承受的周期次數(shù)而不會燒壞。周期 性測試的結果可用來評估測試樣品能承受電路跳脫(tripping，也就是轉(zhuǎn)換至跳脫狀態(tài)) 的電氣穩(wěn)定性以及測試樣品的壽命，也就是，當周期次數(shù)越多，測試樣品可承受的跳脫次數(shù) 也就越多，而測試樣品的壽命將越長。環(huán)境測試是將樣品置于+60°C及相對濕度95%環(huán)境 下168小時，再測試樣品電阻值的變化率。環(huán)境測試的結果可用來評估樣品的電阻穩(wěn)定性， 也就是，電阻值的變化率越小，樣品將越穩(wěn)定。表2 如表2所示，E2、E6及E10的周期次數(shù)皆較CE2及CE6為多，而在E13 15與CE9 及CE10的比較中，也可發(fā)現(xiàn)同樣的結果，由此結果顯示本發(fā)明的PTC高分子材料由于包含 該烯烴單體與酸酐單體的非離子共聚物，所以相較于含有接枝型聚烯烴或離子共聚物的現(xiàn) 有PTC高分子材料，本發(fā)明的PTC高分子材料可具備良好的電阻值以及較長的壽命。在環(huán)境測試的結果中，E6及E10的電阻值變化率較CE2及CE6為低，此結果顯示 相較于現(xiàn)有PTC高分子材料，在高分子系統(tǒng)中含有該三共聚物的PTC高分子材料將具備更 佳的電阻穩(wěn)定性。此外，E2、E6、E10及E13-15并未如CE9及CE10般地產(chǎn)生電極剝離情形， 這也證明本發(fā)明的PTC高分子材料與電極及作為導電顆粒填充物的金屬粉末之間具備良 好的黏著力。
< 實施例 16-20 (E16-E20) >實施例16-20的Plaque樣品的制備程序與條件與實施例1相同，惟實施例16_20 所使用的高分子系統(tǒng)另包含高密度聚乙烯(HDPE)，且其等實施例的高分子用量是不同。 (見表3)。表 3 如表1及表3所示，相較于CE2的PTC高分子材料，E16-20的PTC高分子材料具 有較低電阻，也就是具有較高導電度。由此可知，將結晶聚烯烴加入高分子系統(tǒng)可改善本發(fā) 明的PTC高分子材料的導電度。綜上所述，借由在高分子系統(tǒng)中加入該含有經(jīng)取代或未經(jīng)取代烯烴單體與酸酐單 體的非離子共聚物，本發(fā)明的PTC高分子材料除了比上述含接枝型高分子的高分子基體的 PTC高分子材料具有更佳的極性黏著性之外，也同時具有比上述現(xiàn)有PTC高分子材料較高 的導電度，所以確實能達成本發(fā)明的目的。只是以上所述者，為本發(fā)明的較佳實施例而已，當不能以此限定本發(fā)明實施的范 圍，也就是大凡依本發(fā)明申請專利范圍及發(fā)明說明內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，皆 仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
權利要求
一種正溫度系數(shù)高分子組成物，其特征在于其包含一種高分子系統(tǒng)，具有一種非離子共聚物，該非離子共聚物含有一種經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烯烴單體以及一種酸酐單體，該烯烴單體與該酸酐單體形成一條線性高分子鏈；以及一種導電顆粒填充物。
2.如權利要求1所述的正溫度系數(shù)高分子組成物，其特征在于該非離子共聚物的酸 酐單體是選自于順丁烯二酸酐、丁二酸酐、戊二酸酐或所述的一組合。
3.如權利要求2所述的正溫度系數(shù)高分子組成物，其特征在于該非離子共聚物的烯 烴單體是選自于乙烯、丙烯、或所述的一組合。
4.如權利要求3所述的正溫度系數(shù)高分子組成物，其特征在于該非離子共聚物是乙 烯/順丁烯二酸酐共聚物。
5.如權利要求1所述的正溫度系數(shù)高分子組成物，其特征在于該非離子共聚物是一 種三共聚物，該三共聚物是選自于乙烯/壓克力乙基酯/順丁烯二酸酐三共聚物、乙烯/壓 克力乙基酯/ 丁二酸酐三共聚物、乙烯/壓克力乙基酯/戊二酸酐三共聚物，乙烯/壓克力 丁基酯/順丁烯二酸酐三共聚物、乙烯/壓克力丁基酯/ 丁二酸酐三共聚物、乙烯/壓克力 丁基酯/戊二酸酐三共聚物、或所述的一組合。
6.如權利要求1所述的正溫度系數(shù)高分子組成物，其特征在于該高分子系統(tǒng)更具有 一種結晶性高分子，該結晶性高分子具有高于該非離子共聚物的結晶度，以及該結晶性高 分子與該非離子共聚物的重量比例范圍為9 1 1 9。
7.如權利要求1所述的正溫度系數(shù)高分子組成物，其特征在于該高分子系統(tǒng)與該導 電顆粒填充物的重量比例范圍為2 1 1 4。
8.如權利要求1所述的正溫度系數(shù)高分子組成物，其特征在于該導電顆粒填充物是 碳粉。
9.如權利要求1所述的正溫度系數(shù)高分子組成物，其特征在于該導電顆粒填充物是 金屬粉。
10.一種正溫度系數(shù)高分子材料，其特征在于其包含一種高分子基體；以及一種導電顆粒填充物，是分散于該高分子基體中；其中，該高分子基體是由一種高分子系統(tǒng)所制成，該高分子系統(tǒng)具有一種非離子共聚 物，該非離子共聚物含有一種經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烯烴單體以及一種酸酐單體，以及該烯 烴單體與該酸酐單體形成一條線性高分子鏈；以及在該高分子基體中，該酸酐單體與該導電顆粒填充物之間形成一種極性交互作用。
11.如權利要求10所述的正溫度系數(shù)高分子材料，其特征在于該非離子共聚物的酸 酐單體是選自于順丁烯二酸酐、丁二酸酐、戊二酸酐或所述的一組合。
12.如權利要求11所述的正溫度系數(shù)高分子材料，其特征在于該非離子共聚物的烯 烴單體是選自于乙烯、丙烯、或所述的一組合。
13.如權利要求12所述的正溫度系數(shù)高分子材料，其特征在于該非離子共聚物是乙 烯/順丁烯二酸酐共聚物。
14.如權利要求10所述的正溫度系數(shù)高分子材料，其特征在于該非離子共聚物是一 種三共聚物，該三共聚物是選自于乙烯/壓克力乙基酯/順丁烯二酸酐三共聚物、乙烯/壓克力乙基酯/ 丁二酸酐三共聚物、乙烯/壓克力乙基酯/戊二酸酐三共聚物，乙烯/壓克力 丁基酯/順丁烯二酸酐三共聚物、乙烯/壓克力丁基酯/ 丁二酸酐三共聚物、乙烯/壓克力 丁基酯/戊二酸酐三共聚物、或所述的一組合。
15.如權利要求10所述的正溫度系數(shù)高分子材料，其特征在于該高分子系統(tǒng)更具有 一種結晶性高分子，該結晶性高分子具有高于該非離子共聚物的結晶度。
全文摘要
一種正溫度系數(shù)高分子組成物，包含一個高分子系統(tǒng)以及一種導電顆粒填充物。該高分子系統(tǒng)具有一種含有一種經(jīng)取代或未經(jīng)取代的烯烴單體以及一種酸酐單體的非離子共聚物。該烯烴單體與該酸酐單體形成一條線性高分子鏈。
文檔編號C08K3/08GK101857687SQ200910136949
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月9日 優(yōu)先權日2009年4月9日
發(fā)明者古奇浩, 陳繼圣 申請人:富致科技股份有限公司