Hej! Jestem dostawcą materiału PLA i często pytają mnie, jak poprawić przewodność elektryczną PLA. Na tym blogu podzielę się spostrzeżeniami na podstawie mojego doświadczenia i wiedzy branżowej.
Po pierwsze, zrozummy, czym jest PLA. Kwas polilowy (PLA) to biodegradowalny termoplastyczny poliester pochodzący z zasobów odnawialnych, takich jak skrobia kukurydziana lub trzcina cukrowa. Jest szeroko stosowany w różnych branżach, w tym pakowanie, drukowanie 3D i zastosowania biomedyczne, ze względu na dobre właściwości mechaniczne, biokompatybilność i możliwość przetwarzania. Jednak jedną z jego wad jest słaba przewodność elektryczna, która ogranicza jego zastosowanie w niektórych zastosowaniach elektrycznych i elektronicznych.
Po co poprawić przewodność elektryczną PLA?
Istnieje kilka powodów, dla których możesz chcieć zwiększyć przewodność elektryczną PLA. Na przykład w dziedzinie elektroniki polimery przewodzące mogą być stosowane do opakowania antystatycznego, ekranowania interferencji elektromagnetycznej (EMI) i elastycznych urządzeń elektronicznych. W polu biomedycznym PLA przewodzącego PLA można zastosować do rusztowań inżynierii tkankowej, które mogą stymulować wzrost komórek poprzez sygnały elektryczne.
Metody poprawy przewodności elektrycznej
1. Dodanie wypełniaczy przewodzących
Jednym z najczęstszych sposobów poprawy przewodności elektrycznej PLA jest dodanie wypełniaczy przewodzących. Wypełniacze te mogą tworzyć sieć przewodzącą w matrycy PLA, umożliwiając łatwiejsze przepływ elektronów.
-
Wypełniacze na bazie węgla
- Nanorurki węglowe (CNT): CNT są jednym z najskuteczniejszych wypełniaczy przewodzących. Mają doskonałą przewodność elektryczną, wysoki współczynnik kształtu i dobre właściwości mechaniczne. Po dodaniu do PLA, nawet w niewielkich ilościach (zwykle mniej niż 5%wagowych), mogą znacznie poprawić przewodność elektryczną. Jednak CNT mają tendencję do aglomeratu, co może wpływać na ich dyspersję w matrycy PLA. Aby to pokonać, można zastosować techniki modyfikacji powierzchni w celu poprawy ich kompatybilności z PLA.
- Grafen: Grafen to kolejny obiecujący wypełniacz na bazie węgla. Ma dwuwymiarową strukturę o wysokiej przewodności elektrycznej i wytrzymałości mechanicznej. Podobnie jak CNT, grafen może tworzyć sieć przewodzącą w PLA. Jednak, podobnie jak CNT, ma również tendencję do aglomeratu. Metody dyspersji, takie jak mieszanie roztworu lub mieszanie stopu z odpowiednimi środkami powierzchniowo czynnymi, można zastosować do poprawy jego dyspersji w PLA.
- Sadzy: SABL Black jest powszechnie stosowanym wypełniaczem przewodzącym ze względu na jego niski koszt i dobrą przewodność elektryczną. Składa się z drobnych cząstek węgla o dużej powierzchni. Po dodaniu do PLA cząstki sadzy mogą tworzyć ścieżki przewodzące. Ilość sadzy potrzebnej do osiągnięcia określonego poziomu przewodności jest zwykle wyższa w porównaniu do CNT lub grafenu.
-
Wypełniacze na bazie metali
- Srebrne nanocząstki: Nanocząstki srebra mają wysoką przewodność elektryczną i dobrą stabilność chemiczną. Można je dodać do PLA, aby poprawić jego przewodność elektryczną. Jednak srebro jest stosunkowo drogie, co ogranicza jego zastosowanie na dużą skalę.
- Nanocząstki miedziane: Nanocząstki miedzi są bardziej opłacalną alternatywą dla nanocząstek srebra. Mają także dobrą przewodność elektryczną. Jednak nanocząstki miedzi są podatne na utlenianie, co może z czasem zmniejszyć ich przewodność. Można zastosować techniki powłoki powierzchniowej, aby zapobiec utlenianiu.
2. Mieszanie z przewodnymi polimerami
Innym podejściem jest mieszanie PLA z przewodzącymi polimerami. Polimery przewodzące, takie jak polianilina (PANI), polipyrol (PPY) i poli (3,4-etylenodioksytiofen) (PEDOT), mają wewnętrzną przewodność elektryczną.
- Polianilina (PANI): PANI jest jednym z najczęściej badanych polimerów przewodzących. Ma dobrą przewodność elektryczną, stabilność środowiska i można go łatwo zsyntetyzować. Po zmieszaniu z PLA PANI może poprawić przewodność elektryczną mieszanki. Jednak kompatybilność między PANI i PLA jest często słaba, co może prowadzić do separacji faz. Kompatybilizatory można zastosować do poprawy kompatybilności między dwoma polimerami.
- Polipirol (PPY): PPY to kolejny przewodzący polimer o dobrej przewodności elektrycznej i stabilności środowiskowej. Podobnie jak PANI, mieszanie PPY z PLA może zwiększyć przewodność elektryczną mieszanki. Jednak, podobnie jak PANI, kompatybilność między PPY i PLA wymaga poprawy.
- Poli (3,4-etylenodioksytiofen) (PEDOT): PEDOT jest przewodzącym polimerem o wysokiej przewodności elektrycznej, przezroczystości i stabilności. Można go mieszać z PLA, aby poprawić jego przewodność elektryczną. PEDOT jest często stosowany w postaci kompleksu z poli (styrensulfonatem) (PSS), który może poprawić jego rozpuszczalność i możliwość przetwarzania.
3. Modyfikacja chemiczna
Modyfikację chemiczną PLA można również zastosować do poprawy przewodności elektrycznej. Może to obejmować wprowadzenie przewodzących grup funkcjonalnych do cząsteczki PLA.
- Przeszczep monomery przewodzących: Monomery przewodzące, takie jak anilina lub pirol, mogą być przeszczepione na kręgosłupie PLA. Można to osiągnąć poprzez reakcje chemiczne, takie jak polimeryzacja wolnego rodnika lub polimeryzacja rodnika przenoszenia atomu (ATRP). Przeszczepianie monomerów przewodzących na PLA może wprowadzić miejsca przewodzące do polimeru, poprawiając jego przewodność elektryczną.
- Doping: Doping jest procesem wprowadzania zanieczyszczeń do polimeru w celu zmiany jego właściwości elektrycznych. W przypadku PLA domieszkowania można osiągnąć poprzez dodanie niewielkich ilości dawców elektronów lub akceptorów. Na przykład jod może być stosowany jako domieszek w celu poprawy przewodności elektrycznej PLA.
Rozważania dotyczące poprawy przewodności elektrycznej
Próbując poprawić przewodność elektryczną PLA, należy wziąć pod uwagę kilka czynników:
- Warunki przetwarzania: Warunki przetwarzania, takie jak temperatura, szybkość ścinania i czas mieszania, mogą wpływać na dyspersję wypełniaczy przewodzących lub kompatybilność między polimerami w mieszance. Należy ustalić optymalne warunki przetwarzania, aby zapewnić dobrą dyspersję i wydajność.
- Właściwości mechaniczne: Poprawa przewodności elektrycznej PLA może mieć wpływ na jego właściwości mechaniczne. Na przykład dodanie dużej ilości wypełniaczy przewodzących może zmniejszyć wytrzymałość mechaniczną i elastyczność PLA. Dlatego należy uderzyć równowagę między przewodnością elektryczną a właściwościami mechanicznymi.
- Koszt: Koszt przewodzących wypełniaczy lub polimerów przewodzących stosowanych do poprawy przewodności elektrycznej PLA może być istotnym czynnikiem. Niektóre przewodzące wypełniacze, takie jak CNT i nanocząstki srebra, są stosunkowo drogie. Dlatego należy wziąć pod uwagę opłacalne rozwiązania.
Nasze produkty
Jako dostawca materiałów PLA oferujemy szereg wysokiej jakości produktów PLA. Mamy również doświadczenie w opracowywaniu kompozytów PLA o lepszej przewodności elektrycznej. Jeśli jesteś zainteresowany naszymPbat PlaWSkrobia kukurydziana Pbat Pla, LubPLA PBS Blends, skontaktuj się z nami, aby uzyskać więcej informacji. Możemy współpracować z Tobą w celu opracowania niestandardowych rozwiązań w celu spełnienia twoich konkretnych wymagań.
Podsumowując, poprawa przewodności elektrycznej PLA jest ważnym obszarem badań i rozwoju. Za pomocą wypełniaczy przewodzących, mieszanie się z polimerami przewodzącymi lub modyfikacją chemiczną, można znacznie zwiększyć przewodność elektryczną PLA. Należy jednak zwrócić uwagę na warunki przetwarzania, właściwości mechaniczne i koszty. Jeśli masz jakieś pytania lub potrzebujesz dalszej pomocy, nie wahaj się skontaktować. Pracujmy razem, aby znaleźć najlepsze rozwiązanie dla Twoich potrzeb.
Odniesienia
- G. Zhang i in., „Zwiększona przewodność elektryczna kompozytów kwasu polilaktycznego poprzez włączenie nanorurek węglowych i nanoskuli grafenowych”, Composites CZĘŚĆ A: Applied Science and Manufacturing, vol. 75, s. 112-120, 2015.
- J. Wang, i in., „Przewodzące mieszanki kwasu polianilinowego/polilaktycznego: przygotowanie, właściwości i zastosowania,„ Progress in Polymer Science, vol. 38, s. 169–188, 2013.
- S. Li, i in., „Modyfikacja chemiczna kwasu polilaktycznego w celu poprawy przewodności elektrycznej”, Polymer Chemistry, vol. 5, s. 3231-3239, 2014.