CN100372906C

CN100372906C - 一种防静电包装材料

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Publication number: CN100372906C
Application number: CNB2006100080675A
Authority: CN
Inventors: 黄晖
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2026-02-28
Also published as: CN1807541A

Abstract

一种防静电包装材料，其特征在于，是在包装基材表面涂敷或融合有至少一层导电聚合物层，所述的导电聚合物层由下述材料的重量百分比构成：碳粉0.5-10%，聚氨酯40-60%，添加剂15-50%，溶剂15-40%，所述添加剂由分散剂、偶联剂、稀释剂构成，以所述导电聚合物层总重为100%计，其中分散剂为2-15%，偶联剂0.5-10%，稀释剂12.5-35%；本发明通过以导电的碳粉为基料，佐以其它原料使之有机结合，并涂敷或熔合于包装基材上，可赋予包装基材上防静电功能，由于碳粉材料非常容易获得，且价格低廉，而且随着分散技术以及设备的改进后碳含量可不断下降，使得成本越来越低，具有较为广泛的应用前景。

Description

一种防静电包装材料

技术领域

本发明涉及一种包装材料，具体涉及一种防静电包装材料。

背景技术

包装材料在人们的生活和工作中应用非常普遍，然而不同的行业对包装材料的要求各不相同。目前，电子行业发展非常迅速，有许许多多的元器件或组件正在逐步的标准化，因而涉及到包装及运输问题，而这些器件由于对静电非常敏感，如光驱驱动头、集成电路模块液晶或其它元器件等，无论是制造还是运输必须在无尘或无静电条件下完成，普通的塑料薄膜或者片材因为不具有导电性能而不能满足需求。如何赋予塑料薄膜或者是片材包装物导电性能？目前的处理方法大多是使用表面处理方法，即在这些不导电的塑料薄膜或者是片材表面涂敷或者覆盖导电聚合物而使得这些材料具有导电性能。

直接在塑料薄膜或者片材表面涂敷抗静电剂虽然可以赋予塑料薄膜或者片材一定的导电性能，但由于抗静电剂为表面活性剂，可游离于物体表面，它是通过吸附空气中水分子，从而产生导电性能。而空气中的水分子在不同的地区、不同的季节及不同的环境条件大不相同，其抗静电性能及导电率会随着水分子在空气中的浓度、环境温度变化而变化，且表面电阻大多在10⁹Ω/sq以上，导电效果很不理想。

在专利申请号为CN02806720.7的发明中，公开了一种适于抗静电应用的多层包装材料，该多层结构，包含至少一个去静电外层和一个导电芯层。所述外层包含一种选自下列一组的材料：一种本征去静电聚合物、一种本征去静电聚合物与一种非导电基体聚合物的共混物、一种本征导电聚合物与一种非导电基体聚合物的共混物，前者的用量足以使表面电阻率大于10⁵而小于10¹²Ω/sq.，以及它们的混合物。所述芯层包含一种选自下列一组的材料：一种本征导电聚合物、一种本征导电聚合物与一种非导电基体聚合物的共混物、一种导电填料与一种非导电基体聚合物的共混物以及它们的混合物。该多层结构意外地使电性质超过了先有技术的结构，因为该多层结构中外层的表面电阻率低于外层单独存在时或在另一种未与芯层接触的多层结构中时的表面电阻率。虽然该多层包装材料可以较好的防止、去除静电，但是这种包装材料制作复杂，且成本非常高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种制作简单、成本低廉且导电效果理想的防静电包装材料。

为实现上述发明目的，本发明所提出的技术方案是：

一种防静电包装材料，其特征在于，是在能够形成薄膜或片状板材的塑料包装基材表面涂敷或融合有至少一层导电聚合物层，所述的导电聚合物层由下述材料的重量百分比构成：碳粉0.5-10％，聚氨酯40-60％，添加剂15-50％，溶剂15-40％，所述碳粉为均匀分布的微粒至纳米级颗粒，其粒径为1nm-1um；所述添加剂由分散剂、偶联剂、稀释剂构成，以所述导电聚合物层总重为100％计，其中分散剂为2-15％，偶联剂0.5-10％，稀释剂12.5-35％；以所述导电聚合物层总重为100％计，所述导电聚合物层材料中还有防粘连剂1-5％，或/和增稠剂0.5-5％；所述的塑料包装基材可以是PVC聚氯乙烯、PP聚丙烯、PS聚苯乙烯、PE聚乙烯、PET聚对苯二甲酸酯、PU聚氨酯和PMMA聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。所述溶剂为水溶剂或有机溶剂，其中水溶剂为自来水、蒸馏水、纯净水或去离子水；有机溶剂为异丙醇、醋酸乙酯、丁酮、烷烃类及烯烃类化合物。

所述的分散剂为PVP聚乙烯吡咯烷酮、甲基吡咯烷酮、RSH烷基硫醇、油酸或棕榈酸中的一种或一种以上。

所述的偶联剂为长链烷基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。所述的稀释剂为环氧树脂稀释剂或聚氨酯稀释剂。

所述的增稠剂为纤维素类、聚羧酸类、缔合型聚氨酯类和碱溶胀丙烯酸乳液类，或是由丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸共聚而成的交联型高分子乳液。

本发明通过以导电的碳粉为基料，佐以其它原料使之有机结合，并涂敷或熔合于包装基材上，可赋予包装基材上防静电功能，由于碳粉材料非常容易获得，且价格低廉，因此，本发明与现有的防静电包装材料相比，其生产成本大大降低，同时由于涂敷或熔合的导电聚合物层中碳的含量在一定范围内可调，所以最终成型产品的表面电阻率也可根据产品需要在10³-10¹²之间调节。本发明制备工艺简单，只需要在基材熔点下把调配好的导电聚合物涂敷于基材表面或经过高温处理使聚合物与塑料表面充分结合，燥后导电聚合物即可熔合于基材表面。其中导电聚合物层碳含量在5％以下，而且随着分散技术以及设备的改进后碳含量可不断下降，使得成本越来越低，具有较为广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明中基材涂敷或熔合一层导电聚合物的结构剖面图；

图2为本发明中基材涂敷或熔合两层导电聚合物的结构剖面图。

具体实施方式

本发明提供了一种制作简单、成本低廉且导电效果理想的导电聚合物包装材料。它是充分利用碳元素所具有的导电特性，并将其与其它成分相结合，使之凝聚在一起形成一导电层，并采用涂敷或融合方式将其置于包装基材表面，使之形成屏蔽层，赋予包装材料以抗静电功能。所述涂敷方式是直接将导电聚合物层覆盖于包装基材表面，利用其聚合物层内组分所具有的粘合性能，形成导电表面涂层。融合方法是利用设备先将包装基材表面加温至低于熔点之临界状态，然后将导电聚合物层覆盖于包装基材表面，使包基材表面与导电聚合物层充分融合，冷却后两者可牢固地粘合在一起，便于后续工艺的进行(如按产品包装形式进行的冲压加工，可防止层与层之间在加工时分离或脱落)，进一步提高包装材料品质。

本发明导电聚合物层由下述材料的重量百分比构成：所述的导电聚合物层由下述材料的重量百分比构成：碳粉0.5-10％，聚氨酯40-60％，添加剂15-50％，溶剂15-40％。其中添加剂包括分散剂、偶联剂、稀释剂、增稠剂，以所述导电聚合物层总重为100％计，分散剂为2-10％，偶联剂0.5-5％，稀释剂12-30％，增稠剂0.5-5％。

本发明主要原料采用碳粉，这是一种价廉物美且应用非常普遍的物质，用于导电聚合物的主要导电成分是碳粉中所含碳粒子，具有导电功能。聚氨酯是以聚醚多元醇和多异氰酸酯为主要原料，以多种助剂混合反应制成的，可作为绝热材料、弹性体、缓冲材料、涂料、胶粘剂等，近些年已成为发展最快、使用面最广、最为世人注目的化工材料。本发明以聚氨酯为粘结剂，以碳粉为基料，再加入上述其它添加剂及溶剂混合后，可形成回弹性好，具有较好的导电功能，耐酸、碱、盐腐蚀，性能极为稳定之聚合物，同时可牢靠地粘附于包装基材的表面。

碳粉可采用微粒至纳米级颗粒，其粒径为1nm-1um。由于纳米碳粒子的表面作用能很强，使各纳米碳粒子之间极易团聚结块，会导致导电聚合物层中碳元素分布不均匀，降低包装材料的防静电性能。而分散剂是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂。可均一分散那些难于溶解于液体的无机、有机的固体颗粒，同时也能防止固体颗粒的沉降和凝聚，形成安定悬浮液所需的。因此在导电聚合物层中加入分散剂可较好地分散液体中的纳米碳颗粒。本发明分散保护剂采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、烷基硫醇(RSH)、油酸或棕榈酸等，它们具有良好的分散性和相容性。

偶联剂能够改善与有机物的相容性和防水性能，增强制品的抗冲击力等机械性能。目前国内市场上的偶联剂以硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂为主体，其中长链硅烷偶联剂更加可使得有机材料具有高韧性且内应力较低，而耐热性却下降不大的效果。

稀释剂能减少材料表面的针泡或增加材料的表面流平，适用于调节粘度、厚度，在稀释剂作用下，可使产品形成透明水合凝胶基质，同时还可有定型作用，可保证导电聚合物层均匀分布于包装基材表面。

增稠剂用于提高产品黏度或形成凝胶，是亲水性高份子化合物，贮存稳定性好，具有良好的增稠和流变性能。增稠剂可以改善聚合物的物理性能或组织状态，且能够改善产品的平滑性和保留良好的弹性。

本发明溶剂采用水溶剂或有机溶剂，其中水溶剂可采用普通自来水、蒸馏水、纯净水或去离子水；有机溶剂为异丙醇、醋酸乙酯、丁酮、烷烃类及烯烃类化合物。相对于普通以水作为溶剂来说，采用蒸馏水、纯净水或去离子水作溶剂可进一步降低涂层厚度，提高产品质量。

本发明在用于塑料薄膜做包装材料时还添加有少量防粘连剂，这是因为本发明基料为粉末状的碳粉，塑料在其生产过程中，两层或更多相互接触的塑料薄膜，对外界物质具有粘着与粘附性，如发软，粘灰，涂膜受压易粘合变形，使人们难以分离、展开膜层，为防止此类问题的发生，可在原料中加入无机矿物填料，选用滑石、硅藻土或合成二氧化硅等，通过减少膜层间的紧密接触而减少粘附作用，使之易于分离。本实施例中按重量百分比1-5％的比例加防粘连剂到导电聚合物成分之中，可以改善粉末在干粉状态下的滑爽性和流动性，还可使涂膜平滑丰满不粘连。

以下结合具体实施例以及图具体分析本发明。

实施例一：

一种导电聚合物包装材料，包括基材与至少一个涂敷于基材之上的导电聚合物层，其特征是所述的导电聚合物层由下述材料的重量百分比构成：

碳粉5％，聚氨酯40％，分散剂5％，偶联剂4％，稀释剂20％，增稠剂1％，溶剂25％；

本发明所述的基材选择PS聚苯乙烯，分散剂选择PVP聚乙烯毗咯烷酮，所述的偶联剂选择庚烷基三甲氧基硅烷，所述的稀释剂选择环氧树脂稀释剂，增稠剂采用缔合型聚氨酯类增稠剂，溶剂则选择用去离子水。

首先调试好导电聚合物配方后，再把基材加热至熔点下需要的温度，然后把混合好的导电聚合物通过涂布设备涂敷于基材表面，如图1所示，基材2上可涂敷一层导电聚合物层1，也可以涂敷两层(见图2，两层导电聚合物层1包裹住基材2)。当液态导电聚合物均匀涂敷于基材表面后，然后再对基材进行吸塑或者注塑加工至需要的形状，最后进行冷却、干燥，使得导电聚合物溶合并附着于基材表面。由于涂敷导电聚合物层中碳粒子的存在，因而赋予了本发明的导电性能，当需要时，把涂敷有导电聚合物层的基材加工成包装所需要的形状包装产品即可。

实施例二：

碳粉0.5％，聚氨酯60％，分散剂2％，偶联剂0.5％，稀释剂18％，增稠剂2.5％，溶剂16.5％。

其中所述的基材选择PE聚乙烯，分散剂选择RSH烷基硫醇，所述的偶联剂选择十二烷基三甲氧基硅烷，所述的稀释剂选择环氧树脂稀释剂，增稠剂采用聚羧酸类增稠剂，溶剂则选择用蒸馏水。

实施例三：

一种导电聚合物包装材料，包括基材与至少一个涂敷于基材之上的导电聚合物层，其特征是所述的导电聚合物层配方如下：

碳粉2％，聚氨酯55％，分散剂3％，偶联剂2％，稀释剂18％，增稠剂0.6％，溶剂17.4％，防粘连剂2％。

其中所述的基材选择PET聚对苯二甲酸酯，分散剂选择PVP聚乙烯吡咯烷酮，所述的偶联剂选择长链烷基三甲氧基硅烷，所述的稀释剂选择环氧树脂稀释剂，增稠剂则采用由丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸共聚而成的交联型高分子乳液，防粘连剂选用滑石，溶剂则选择去离子水。

实施例四：

碳粉4％，聚氨酯45％，分散剂5％，偶联剂1％，稀释剂26％，增稠剂4％，溶剂15％。

其中所述的基材选择PP聚丙烯，分散剂选择甲基吡咯烷酮，所述的偶联剂选择乙烯基三乙氧基硅烷，所述的稀释剂选择聚氨脂稀释剂，增稠剂则采用碱溶胀丙烯酸乳液，溶剂则选择有机溶剂异丙醇。

实施例五：

碳粉10％，聚氨酯45％，分散剂3％，偶联剂1％，稀释剂20％，增稠剂2％，溶剂19％。

其中所述的基材选择PMMA聚甲基丙烯酸甲酯，分散剂选择油酸，所述的偶联剂选择长链烷基三甲氧基硅烷，所述的稀释剂选择聚氨脂稀释剂，增稠剂则采用缔合型聚氨酯，溶剂则选择有机溶剂醋酸乙酯。

实施例六：

碳粉7％，聚氨酯42％，分散剂3％，偶联剂1％，稀释剂13％，增稠剂2％，溶剂32％。

其中所述的基材选择PP聚丙烯，分散剂选择PVP聚乙烯，所述的偶联剂选择长链烷基三甲氧基硅烷，所述的稀释剂选择环氧树脂稀释剂，增稠剂则采用吡咯烷酮，溶剂则选择去离子水。

实施例二到六中除了导电聚合物成分百分比有变化外，其他的制取加工过程都和实施例一相同，因此在此处亦不再赘述。

在本发明中，由于碳粒子的含量可在一定范围内调节，所以最终成型产品的表面电阻率也可在10³-10¹²之间可调，而且随着分散技术以及设备的改进后碳含量不断下降甚至是碳含量可以低至1％以下，这样就使得成本越来越低。

综上所述，发明旨为一种制作简单、成本低廉且导电效果理想的导电聚合物包装材料。

Claims

1.一种防静电包装材料，其特征在于：是在能够形成薄膜或片状板材的塑料包装基材表面涂敷或熔合至少一层导电聚合物层，所述的导电聚合物层由下述材料的重量百分比构成：

碳粉0.5-10％，聚氨酯40-60％，添加剂15-50％，溶剂15-40％。

2.根据权利要求1所述的防静电包装材料，其特征在于：所述碳粉为均匀分布的微粒至纳米级颗粒，其粒径为1nm-1um。

3.根据权利要求1所述的一种防静电包装材料，其特征在于：所述塑料包装基材是PVC聚氯乙烯、PP聚丙烯、PS聚苯乙烯、PE聚乙烯、PET聚对苯二甲酸酯、PU聚氨脂、PMMA聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种防静电包装材料，其特征在于：所述溶剂为水溶剂或有机溶剂，其中水溶剂为自来水、蒸馏水、纯净水或去离子水；有机溶剂为异丙醇、醋酸乙酯、丁酮、烷烃类及烯烃类化合物。

5.根据权利要求1所述的防静电包装材料，其特征在于：所述添加剂包括分散剂、偶联剂、稀释剂，以所述导电聚合物层总重为100％计，其中分散剂为2-15％，偶联剂0.5-10％，稀释剂12.5-35％。

6.根据权利要求5所述的防静电包装材料，其特征在于：以所述导电聚合物层总重为100％计，所述添加剂还有防粘连剂1-5％，或/和增稠剂0.5-5％。

7.根据权利要求5所述的一种防静电包装材料，其特征在于：所述分散剂为PVP聚乙烯吡咯烷酮、甲基吡咯烷酮、RSH烷基硫醇、油酸或棕榈酸中的一种或一种以上。

8.根据权利要求5所述的一种防静电包装材料，其特征在于：所述偶联剂为长链烷基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。

9.根据权利要求5所述的一种防静电包装材料，其特征在于：所述稀释剂为环氧树脂稀释剂或聚氨酯稀释剂。

10.根据权利要求6所述的一种防静电包装材料，其特征在于：所述增稠剂为纤维素类、聚羧酸类、缔合型聚氨酯类和碱溶胀丙烯酸乳液类中的一种，或是由丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸共聚而成的交联型高分子乳液。