CN1029687C - 制备抗静电涂料组合物的方法以及利用该组合物制备图象显示屏上的涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种抗静电涂料及其制造方法和一种抗静电防眩图象显示屏。该涂料的制造方法包括:通过硅酸酯的部分水解形成一种硅酸酯溶液;通过把一种可溶性无机化合物和另一种无机化合物掺入到溶在有机化合物和水中的可溶性无机含水分子的氧化物和氢氧化物中而形成的含导电物质的导电溶液;将硅酸酯溶液和导电溶液混合,使混合物水解缩聚。按本发明,其抗电防眩效果大大提高了。
Description
本发明是关于一种抗静电防眩图象显示屏,特别是有关抗静电涂料及其制造方法,和使用该涂料的抗静电防眩图象显示屏。
通常,用玻璃或塑料作为CRT、LCD、显示窗之类图象显示屏的透明材料。但是由于玻璃和塑料是绝缘材料,它们的表面电阻很高,因此静电药很容易在其上面聚积。如果这些静电荷聚积,来自外界空气中灰尘之类的外来物会粘附在该显示屏的表面,结果沾污了显示屏,显示图象的分辨率降低,并且触摸该显示屏的人会遭电击。特别是,如果电荷积聚在一个LCD的底板上,则像未施加驱动电压的环节被驱动之类的误操作可能发生。近来,在用作计算机监视器的CRT中,随着显示屏接触式的数据输入系统的采用,使用人接触显示屏的机会变得更多,相应地误操作及电击的问题也变得更严重。
同时,在用于面板时,玻璃和塑料会产生表面反射,因此显示屏的表面在其法向方向上反射外界的光线,结果在显示屏上图象变得不能辨别清楚。随着外界光线强度的增加,这一现象变得更严重。因此像LCD这类低亮度显示装置如果在高亮度光线下操作,它们显示的图象会变得更不易辨认。另外,电视和监视器所用的C.R.T在这些情况下也会产生不清楚的图象。因此,如果长时间观看图象,肉眼将很容易疲劳。由于存在上述问题,需要图象显示屏的表面防眩或减轻耀眼。
在这种情况下,为实现显示屏不耀眼,已提出多种方案。
例如,有人建议用机械研磨或用氢氟酸之类腐蚀剂进行有选择性的腐蚀的方法在显示屏上形成粗糙表面。但是其缺点是在处理时产生污染。显示屏在处理时可能被损坏并且再也不能再生。另外,这种方法还破坏了显示屏的透明度,助长了尘埃的积存,因而使图象的分辨率降低。
另一个建议是把一种塑料薄膜或碱性硅酸盐的水溶液(俗称水玻璃)涂覆到显示屏的表面,但是其缺点是涂料层易破坏,有机溶剂或碱性物质可能被洗提,而引起白色不透明性,并损害了显示屏分
辨率。
还有一个建议是通过气相沉积或溅射的方法把一种导电材料沉积到显示屏表面,这样同时提供了抗静电和防眩的特性。
但该方法的缺点是涂料层的强度比较差,耐久性差,并需很大而复杂的沉积装置,因此在工业中应用是不实际的。
日本公开特许No86-118932公开了一种方法,其化学式为Si(OR)4(式中R表示烷基)的烷基硅酸酯的乙醇溶液经喷涂并缩聚而形成极细小点形SiO2涂层。按照该方法不仅得到防眩的特性而且将涂层接地也能得到抗静电的特性,因为硅醇基(三Si-OH)与空气中水反应而具导电性。
但是,按照该方法必须在200℃或更高的温度下烘烤涂层以得到足够强度。因而这种方法不仅不能用于像塑料这样的透明材料,而且由于在烘干过程中,硅醇基缩聚因而不能获得足够的导电率。
为了解决上述问题,日本特许公开No86-118946公开了一种方法,它是将一种烷基硅酸酯的乙醇溶液喷涂后在低温下烘烤。但是所有这些这法所获得的是离子导电性,它取决于外界空气的湿度。因此在干燥的地区和干燥的季节,用这些方法不能提供足够的抗静电性。另外,由于起始涂料强度很不稳定,很容易损坏,并且随着时间的推延,这样稳定性及耐久性降低。
同时,日本特许公开No86-16452公开了另一种方法,把无机金属化合物放进硅酸酯中,企图改善其导电性。在这一情况下如果涂层不含有像SiO2这样的导电化合物,涂层电阻不会降低。另外,含有像Pdcl2之类的吸收性无机金属化合物的涂层,利用其吸收性降低它的表面电阻,以得到抗静电性能。因而如果空气的湿度不够高就不能得到抗静电效果。特别是,涂料的耐久性如抗湿性及抗化学作用性能很差。
同时,日本特许公开No88-131408公开了一种组合物,它将导电氧化物颗粒分散在其中,从锆酸盐溶液得到的二氧化锆作为基质。但是在形成导电氧化物颗粒时要求较复杂的工艺,如水解、过滤、清洗、烘烤、粉碎、脱碱等。另外,在制备该组合物时还需要求碾碎装置,使组分均匀分布用的分散装置,以及生长阻滞之类的添加剂。另外所得涂层是多孔的,因此降低了显示屏的透明度。
本发明是要克服传统技术的上述缺点。
因此,本发明的一个目的是提供一种抗静电涂料,它的抗静电性能很优,随时间的降解作用很低。显示屏的透明度不受损害,耐久性很优,并且制造很容易。
本发明的另一个目的是提供一种制造上述抗静电涂料的方法。
本发明还有一目的是使用上述的抗静电涂料制备一种抗静电防眩的图象显示屏。
为了达到上述目的,根据本发明,这种抗静电涂料包括:
一种硅酸酯溶液,它是由硅酸酯物质部分水解获得的;以及
一种含有导电材料的导电溶液,它是在有机溶剂中向至少一种选自Zr化合物、Li化合物、Sn化合物和In化合物的可溶性无机化合物的含分子水的氧化物或氢氧化物中掺入一种不同于该可溶性无机化合物且由至少一种选自Sn化合物、In化合物和Sb化合物组成的无机化合物而形成的。
上述二种物质混合进行水解和缩聚:
水解的硅酸酯材料最好应该为烷基硅酸酯(烷氧基硅Si(CR)4这里R表示烷基)、其缩聚物聚烷基硅氧烷或他们的混合物,例如硅酸乙酯(Si(OC2H5)4)。
可以用一种、二种或多种醇溶剂和一种极性溶剂的混合物作为有机溶剂,这些溶剂如醇类、酮类、和醋酸酯类。同时根据使用情况可加入一种合适的酸作催化剂。
将少量的酸(如盐酸或硝酸)和少量水加入到溶解在有机溶剂中的能水解的硅酸盐材料中进行部分水解,以形成一种硅酸酯溶液。
在制备导电溶液时,最好采用能溶于水或有机溶剂的Er、Li、Sn或In的化合物,按本发明特点,在形成含分子水的氧化物或氢氧化物时,必须采用这些化合物。这样,一种掺入Sb、In或Sn化合物的稳定的导电材料形成了,利用上述导电材料制成了透明的导电溶液。
为达到本发明上述目的,本发明还提供了含有导电材料的透明导电溶液的制备方法,它包括如下步骤:
形成一种含水的氧化物溶液,该溶液中包含了可溶性无机化合物的含分子水的氧化物或氢氧化
物。而他们又是将可溶的无机化合物或它的水合物溶解在一种有机溶剂中并加少量水或碱水解而得到的;
把与上述可溶无机物或其水合物不同类的金属化合物加入到含水氧化物溶液中,搅拌以使所述的同类的或不同类的金属化合物掺杂到所述的无机化合物的含水氧化物中,因而形成不透明溶液。
把过量水和酸加入到不透明溶液中并且加热和搅拌使不透明溶液胶溶化。
这里,可溶无机化合物和有机溶剂最好用上述形式使用。例如:所述的可溶无机化合物包括锆化合物,如水合硝酸氧锆(ZrO(NO3)2·2H2O)或水合氯氧化锆(ZrOCl2·8H2O);锂化合物,如硝酸锂(LiNO3)或醋酸锂(CH3COOLi);锡化合物,如氯化锡的水合物(SnCl4·nH2O);铟化物,如硝酸铟水合物(In(NO3)3·nH2O)或氯化铟水合物(InCl2·nH2O)。
同时,如果Sn、In或Sb化合物被掺入其中时,可使用如氯化锑(SbCl3),氯化铟水合物(InCl2·nH2O)或氯化锡水合物(SnCl4·nH2O),要加极少量碱时,例如可使用NH4OH。
同时,掺杂有同类或不同类无机化合物的水溶性无机化合物的含水氧化物或氢氧化物为导电材料时含这类导电材料的导电溶液在溶液态是不透明的。如果导电溶液没有通过与硅酸酯溶液混合来改性,则涂层透明度将恶化。因此必须加入足量的水和酸,并且混合物必须加热,搅拌并胶溶以提供足够的透明度。
通过把上述导电溶液和上述硅酸盐溶液混合而制备的本发明的抗静电涂料中,如果水解硅酸酯材料超过全部组分重量的20%,该组合物的粘度增加太多。因此,硅酸酯材料要求加入1-20%(重量)。
同时,如果被掺杂的导电材料的量低于0.03%(重量),不能得到足够的导电率,但是,如果它的加入量超过7%(重量),那么涂料层的强度会变差。因此,加入量的范围为0.03-7%(重量),而最佳为0.1~5%(重量)。该含量范围约为导电溶液的总量的0.02~6%(重量)。
使用上述涂料的本发明的抗静电图象显示屏用下面方法制造。
用部分水解硅酸酯材料形成一种硅酸酯溶液;
配制含有某种导电材料的导电溶液,该导电材料是把另一种无机化合物掺入到某种可溶性无机化合物的氢氧化物中形成的;
将上述硅酸酯溶液和导电溶液混合在一起,并让其水解和缩聚形成一种抗静电合成溶液,再将该溶液涂覆到图象显示屏的表面;然后
将涂覆后的涂层在80℃-500℃下进行烘烤,最后得到一种抗静电防眩涂料层。
制造本发明的图象显示屏所用的硅酸酯溶液和导电溶液最好根据本发明的上述方法制出。
涂覆方法可用旋转涂覆法、浸渍或喷涂法。另外如果图象显示屏的透明材料在经受烘烤时抗热性差,也就是象塑料类合成树脂材料这种情况,烘烤必须在低于150℃也就是80-150℃的低温下进行。但是如果透明材料是玻璃之类的材料,那就没有这个限制,因为烘烤可以在较高温度下进行,另外烘烤周期可为5-60分钟,最好为30分钟,这样的烘烤时间是一个比较短的时间。
本发明的涂料形成涂层的机理可认为是这样的:
象烷基硅酸酯这类可水解硅酸酯材料被水解并形成一种硅醇基
≡Si-OR+H2O→≡Si-OH+ROH
该硅醇基被缩聚形成硅氧烷键而且固化。
≡Si-OH+RO-Si≡→≡Si-O-Si≡+ROH
≡Si-OH+HO-Si≡→≡Si-O-Si≡+H2O
PMK+nNH4OH(NH3+H2O)-→M(OH)+nNH3+nHK
msi(OR)4+rM(OH) (络合物的形成)/() Si M(OR)
(OH)
(水觧)/() SiM(OR)
(缩聚)/() SiMO
因此其成膜机理应是:
-Si-O-Si-OH+HO-M-
式中,M(OH)是一种导电氢氧化物,M是无机元素,K是非金属元素,p、m、r和n分别为整数。
这里硅醇基吸收了外部空气中的水份以使它得到导电性,这与日本特许公开No86-118930所公开的是相同的,在该特许中也是通过上述硅醇基的方法减少表面电阻而得到抗静电效果。
另外,硅氧烷键起到将硅酸酯涂料牢固地附着在图象显示屏表面上,并保持其本身强度的作用。但如果硅醇基形成硅氧烷键,则要求以烘烤的形式来加热。因此,按照上述传统工艺,导电性是通过在烘烤后不形成硅氧烷键的残余硅醇基来得到。这样,烘烤不充分虽然得到充分的导电性,但涂层强度不够,而如果烘烤充分,虽然涂料层强度能保证足够,但导电性降低了。
同时,上述硅氧烷键形成了一种在原子排列上不规则的网状结构,当加入一种金属或其导电化合物时,由于金属原子或金属化合物加渗到相应的网格空间内而形成牢固的键合。
如果按日本特许公开No86-16452的方法,加入金属或金属化合物,由于它们是以颗粒形式出现的,即使金属或它的化合物碾碎到任何细粒度,颗粒仍将太大而不能插入网空间中,因而不能形成牢固的键合。另外,金属或金属氧化物受到部分腐蚀和离析,因而涂料层强度显著变低。
从上述涂层形成机理来看,在本发明的涂料中的导电溶液所含的导电材料采取含分子水的氧化物或氢氧化物的形式,因此导电材料可很容易地结合进网状结构的空间中。结果,本发明的涂料层与传统的抗静电涂料层相比,在抗水性和抗化学性方面是占优势的。并且有稳定的抗静电作用,不为周围空气中水份和任何其它环境条件所影响。
通过下面本发明最佳实例和附图的详细说明,对本发明上述目的和其它优点将会更明白。这些附图是:
图1是一种用本发明涂料所形成的抗静电防眩涂层透光线性曲线图。
图2显示传统抗静电涂层和根据本发明涂料所形成的抗静电防眩涂层的感应电压和消逝时间亦即是静态衰减时间的关系曲线。
下面参考附图叙述本发明的一些具体实例。
实例1
把少量NH4OH加到20毫升乙醇溶解的5克氯氧化锆的水合物(ZrOCl2·8H2O)溶液中。由此得到水合氢氧化锆的白色不透明溶液。在白色不透明溶液中再加入5毫升水和由10毫升乙醇和4.5克氯化锡水合物(SnCl4·nH2O)所组成的溶液,再充分搅拌该混合物。于是,得到一种含导电物质的溶液,该导电物由均匀地掺入锡的水合氢氧化锆组成。该白色不透明的溶液中再加入足量水和酸,即20ml水和3mlHNO3或HCl,然后把混合物加热到约80℃并搅拌,这样得一种透明的胶溶导电溶液。同时另把20ml硅酸乙酯Si(OC2H5)4溶液与450ml混合溶剂混合,该溶剂为1∶1比例混和的甲醇和丙醇,然后再把少量水和酸例如5ml水和3ml硝酸或盐酸加入到混合物中,于是得到一种硅酸乙酯部份水解的硅酸酯溶液。
然后把用上述方法得到的硅酸酯溶液和导电溶液混合在一起,该混合物经水解和缩聚得到本发明的抗静电防眩涂料。
同时,一种由玻璃制的C.R.T面板经清除灰尘、外来物和除油后涂敷上述涂料,使该涂敷层干燥后就完成了涂层的制作。
按上述方法形成的涂层加热到450℃烘烤30分钟,这样就形成了一种抗静电防眩涂层。再用导电带把涂层与CRT的外部石墨层或抗爆带连接起来接地。
实例2
把少量水和碱加到硝酸锂乙醇溶液中得到一水合含水分子的氧化锂不透明溶液。然后将水和含氯化锡水合物(SnCl4·nH2O)的酒精溶液加到该不透明溶液中,得到另一种含导电物质的不透明溶液,在这种导电物质中,锡均匀地掺杂在含水分子的水合氧化锂中。再把足够量的水和酸加入到上述溶液中,搅拌混合物,得到一种透明的导电溶液。
上述导电溶液和用例1同样的方法获得的硅酸酯溶液混合,因而形成一种涂料。再把所得的涂料涂于C.R.T面板上,干燥后加热到180℃烘烤,然后再接地。
实例3
把一种碱加入到氯化锡水合物的乙醇溶液中得到水合氢氧化锡溶液,然后把水和氯化锑乙醇溶液加入到该溶液中,该混合物经搅拌胶溶得到含导电物质的透明导电溶液,在该导电物质中锑掺入到水合氢氧化锡中。然后把该透明的导电溶液与用丁醇和丙醇混合作溶剂的硅酸乙酯溶液混合,于是和例1同样方式形成了抗静电防眩涂层。再把所形成的涂层加热至温度250℃。烘烤后,再进行接地。
实例4
把一种碱加到硝酸铟水合物In(NO3)3·nH2O乙醇液中,形成了水合氧化铟溶液。再把水和氯化锡水合物(SnCl4·nH2O)乙醇溶液加入到该溶液中。混合物经胶溶得到含导电物质的透明导电溶液。该导电物质中,锡被掺入到水合氧化铟中。
所得导电溶液再与硅酸酯溶液混合,硅酸酯溶液是将硅酸乙酯溶于甲醇、乙醇、甲基异丁基酮的混合有机溶剂中制成的。再按例1中同样方法将该导电溶液和硅酸乙酯溶液混合物制备抗静电防眩涂层。该涂层在温度200℃烘烤,再把该涂层接地。
比较例1
本比较例是日本特许公开No86-118932所公开的利用硅醇基团的导电性的抗静电涂层。
把乙醇中溶解的硅酸乙酯Si(OC2H5)4形成的硅酸酯溶液涂在CRT面板上,在200℃烘烤30分钟,然后再接地,于是形成了一种涂层。
比较例2
本比较例用日本特许公开No86-16452公开的一种包含无机金属化合物的抗静电涂层。把含45ml硅酸锂、1.75毫升氯化钯和455毫升蒸馏水的硅酸酯溶液涂覆在CRT面板上,该涂覆层在120℃温度下烘烤10分钟,形成一种涂覆层,再把该涂覆层接地。
下面对本发明例子和比较例子进行评述。图1用曲线表示本发明实例的透光度。(用光学公司(Photal Company)的MCPD100型仪器测量)
用波长范围为380-720nm可见光对实例1至4进行了测量,其中波长400nm以上的可见光有80%以上的高透过率。
因此可以肯定,本发明例1至例4涂层透明度如此地高,它对显示屏图象的分辨率不会有不利影响。
用水箱浸泡实验和低湿度实验对本发明的抗静电涂料的抗静电稳定性即导电性进行验证。也就是把本发明例1和比较例2的产品分别在含纯水的水箱中浸泡24小时,然后检查表面电阻,其结果如表1所示:
表1 抗静电涂层浸泡实验结果(浸泡24小时)
实例1 比较例2
(表面电阻Ω) (表面电阻Ω)
浸泡前 浸泡后 浸泡前 浸泡后
1.5×1082.0×1096.7×10108.0×1012
9.3×1094.1×10102.2×1011更高
(电阻是利用日本Shishido电器公司Megaresta仪器,并加上500V电压来测定。)
在室温下用作图象显示屏的透明材料的光学玻璃表面电阻为1011-1013Ω,因此用作抗静电涂层的表面电阻最大应在1010Ω左右。而含有无机金属化合物颗粒比较例2涂层的表面电阻明显增加以至失去导电性即抗静电特性。另一方面,本发明的例1的涂层表面电阻没有明显变化,显示有强的抗水性和稳定的导电性。
此外对例1和比较例1和2作了低温度实验,试验结果列于下表2。(上述megaresta仪器和Statiron用作为测量设备)
表2表示试样在相对湿度为15%至20%条件下保持24小时,加上500V电压测定的表面电阻值。
表2抗静电涂层的低湿度实验结果
(涂层在15-20%相对湿度下保持24小时后实验)
实例1 比较实例1 比较实例2
表面电阻 2.0×10810128.4×1011
· ~ 或 ~
Ω 1.8×1010更高 1012
从上表可以看出,硅醇基团和无机金属化合物被分别使用的比较例1和例2的涂层,在某些湿度下如在干燥气候和干燥区域下,将失去抗静电特性。另一方面,本发明涂层,正如水槽浸泡试验那样,在任何低湿度情况下没有出现导电率即抗静电
特性的任何下降。
图2表示了抗静电涂层的感应电压随消逝时间的变化,该涂层是在低湿度(HR 5-20%)的条件下保持24hr后施上电压的,也就是说,图2表示出了感应电压静态衰减时间。(该试验中用上述Statiron仪器。)本发明例子中在施加电压时产生感应电压低至4KV并在2.2秒后减少到OV。因此很明显,本发明涂层的抗静电效果是非常优异的。与此相反,比较实例1和2的初始感应电压分别为50KV,而且静态衰减非常慢,以至于在35秒后感应电压还为44KV,因此感应电压衰减是很慢的。
比较实例1和2中涂层在低湿度情况下都失去了导电性,这些实验结果可认为也表示了作为CRT材料的玻璃本身的感应电阻的阻电特性。
如上所述,本发明抗静电涂料显示了在不同的外界空气湿度水平的情况下几乎不发生变化,这表明它有着稳定的抗静电效应。
另外涂层的基本结构是由强键构成的,因此它有很高的耐久性,对化学试剂,例如酸、碱,有很高的抗化学性,因此形成了优良的抗静电防眩涂层。
此外,该涂料制造方法不需复杂步骤,如粉碎和涂覆或添加剂。而且该制造方法非常简单经济,如果将涂料长时间搁置,而不是在导电材料中进行水解和缩聚,则可带来较为满意的效果,适用期得到延长,这样就可能长时间地贮存涂料。
Claims (11)
1、一种制备抗静电涂料组合物的方法,包括以下步骤:
部分水解硅酸酯物质,得到硅酸酯溶液;
在有机溶剂中向至少一种选自Zr化合物、Li化合物、Sn化合物和In化合物的可溶性无机化合物的含分子水的氧化物或氢氧化物中掺入一种不同于该可溶性无机化合物且由至少一种选自Sn化合物、In化合物和Sb化合物组成的无机化合物,得到含导电材料的导电溶液;
混合所述的硅酸酯溶液和导电溶液并进行水解和缩聚。
2、按照权利要求1的抗静电涂料组合物的制备方法,其中所述的水解硅酸酯包括烷基硅酸酯,聚烷基硅氧烷或它们的混合物。
3、按照权利要求1的抗静电涂料组合物的制备方法,其中所述的有机溶剂是一种、二种或多种醇溶剂和醇、酮或醋酸酯极性溶剂的混合物。
4、按照权利要求1的抗静电涂料组合物的制备方法,其中所述的水解硅酸酯物质占所述涂料总重量的1-20%。
5、按照权利要求1的抗静电涂料组合物的制备方法,其中所述的导电溶液中的导电材料占所述涂料总重量的0.03-7%。
6、一种制备图象显示屏上的涂层的方法,它包括以下步骤:
将按照权利要求1-5的方法制备的抗静电涂料组合物涂覆到图象显示屏的透明板的表面上;和
于80-150℃烘烤所说的组合物,最后在图象显示屏上得到一种抗静电防眩的涂层。
7、按照权利要求6的制备图象显示屏上的涂层的方法,其中所述的透明板由玻璃组成。
8、按照权利要求6的制备图象显示屏上的涂层的方法,其中所述的透明板由合成树脂组成。
9、按照权利要求6至8中任一项所述的制备图象显示屏上的涂层的方法,其中所述的涂料层的烘烤周期为5-60分钟。
10、按照权利要求6的制备图象显示屏上的涂层的方法,其中所述的抗静电防眩涂层被接地。
11、按照权利要求6的制备图象显示屏上的涂层的方法,其中所述的抗静电涂料的涂覆可通过旋转涂覆,浸渍涂覆和喷涂或这些方法的组合来实现。
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