CN103421301A - 一种环保型碳系聚氨酯基导电薄膜 - Google Patents

一种环保型碳系聚氨酯基导电薄膜 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种环保型碳系聚氨酯基导电薄膜，其配方为：水性聚氨酯，50-100份；导电介质1，5-15份；导电介质2，2-10份；助剂1，0.2-2份；助剂2，0.1-1份；其中，所述导电介质1为炭黑，所述导电介质2为石墨，所述助剂1为分散剂，所述助剂2为消泡剂。本发明获得的导电薄膜具有环境友好、综合性能高、成品率高、工艺简单的优点。

Description

一种环保型碳系聚氨酯基导电薄膜
技术领域
本发明涉及一种新型无溶剂、环保导电高分子薄膜，尤其涉及一种环保型碳系聚氨酯基导电薄膜，属于高分子导电复合材料领域。
背景技术
碳系导电高分子薄膜是一种新型的复合型功能性材料，由于其特殊的性能、性价比高、成型简易方便等特性，在电磁波吸收、导电电极、抗静电等领域具有重要的用途。正是基于以此，碳系导电高分子薄膜的应用领域主要有：光电通讯——作为电子信号抗干扰电波吸收屏蔽材料、电子产品抗静电包装材料、交互式电子白板感压导电电极材料等等；医疗——作为导电电极材料、薄膜加热等用途；军事——作为电波吸收屏蔽材料用于装备的隐身技术，并且其市场需求量正不断增大。
目前，国内外对于电阻均匀性和低电阻率的碳系导电高分子薄膜的研究开发及应用研究还处于初始阶段。市场上现有的碳系导电高分子薄膜主要为塑料挤出流延法生产的PE基导电薄膜。主要应用在电子产品包装和易爆品防爆等抗静电场合和电阻率要求较低的导电电极场合，产品电阻均匀性较差，电阻率较高，并且其应用范围有一定的局限性，无法应用于对电阻均匀性和电阻率要求较高的场合，如电磁波屏蔽吸收和薄膜加热导电电极等。
国外一些企业以及国内的一家企业选用溶剂型聚氨酯开发出0.05mm厚度、电阻150Ω左右的溶剂型碳系聚氨酯基导电薄膜，但价格昂贵，约30元/平米。我国也有企业开发出电阻150-300Ω的碳系聚氨酯基导电薄膜，但该产品仍选用的是溶剂型聚氨酯。溶剂型聚氨酯在生产和使用过程中均会造成大量的有害气体挥发，在对环保要求越来越高的今天，必将受到经济和环境发展的制约。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保型碳系聚氨酯基导电薄膜，所提供的环保型碳系聚氨酯基导电薄膜以重量份数计，具有如下配方：
水性聚氨酯              50-100份；
导电介质1               5-15份；
导电介质2               2-10份；
助剂1                   0.2-2份；
助剂2                   0.1-1份；
其中，所述导电介质1为炭黑；所述导电介质2为石墨；所述助剂1为分散剂；所述助剂2为消泡剂。
所述水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，也称水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯以水为溶剂，具有无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点。本发明所述水性聚氨酯为聚氨酯溶于水后的混合物，其树脂固体含量以30％计。
进一步，所述水性聚氨酯以质量百分比计，占配方总重量的70％-88％；且所述导电介质1和导电介质2的总重量以质量百分比计，占配方总重量的20％-10％。
再进一步，
所述水性聚氨酯为TDI芳香族水性聚氨酯。
所述导电介质1为导电炭黑。
所述导电介质2为比表面积在10-20m2/g的细结构石墨。
所述助剂1为非离子型分散剂。
所述助剂2为乳液型有机硅消泡剂。
更进一步，
所述水性聚氨酯为100％模量、130-160kg/cm2的TDI芳香族水性聚氨酯。
所述导电炭黑的粒径为500-1000目。
本发明所述环保型碳系聚氨酯基导电薄膜的制备工艺为：
(1)配料，根据需要按照一定的配比称取各组分的原料；
(2)研磨，将步骤(1)获得的调配好的原料在三辊研磨机进行研磨，研磨完成后经滤网进行过滤；
(3)成膜，采用辊上式刮刀涂刮、离型纸转移法进行成膜；
(4)烘干，将步骤(3)成膜后的导电薄膜分别经60-70℃、70-90℃、140-150℃三个温度区进行烘干；
(5)卷绕，将步骤(4)烘干后的导电薄膜卷绕获得成品。
本发明的有益效果有：
1)采用本发明配方，能够根据需要获得方阻为30-200Ω/□范围内的碳系聚氨酯基导电薄膜；且电阻均匀性好，方阻偏差不大于10％；导电薄膜的重量在60-100g/m2之间；断裂强度不小于10MPa；尺寸稳定性好，在-20℃至70℃尺寸变化不大于3％；表面外观细腻，无碳黑颗粒聚集、无针孔。所述方阻偏差是指所获得的碳系聚氨酯基导电薄膜的实际方阻与需要获得的目标方阻之间的差值。
2)本发明由于采用了水性聚氨酯为基体材料，避免了生产和使用过程中有机物质的挥发，具有优良的环保性，有利于环境和人体健康。
3)本发明产品成品率高、工艺简单、成本低廉，适用于大规模工业生产。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式做出详细说明。
实施例A1
1)以重量计，取分子量为1000，100％模量140kg/cm2的TDI芳香族水性聚氨酯90份；导电炭黑8份；细结构石墨4份；非离子型分散剂(Borchi Gen0451)1份；乳液型有机硅消泡剂(Borchers AF0670)0.2份；进行配料；
2)研磨，将步骤1)获得的调配好的原料在三辊研磨机进行研磨，研磨完成后经滤网进行过滤；
3)成膜，采用辊上式刮刀涂刮、离型纸转移法进行成膜；
4)烘干，将步骤3)成膜后的导电薄膜分别经60-70℃、70-90℃、140-150℃三个温度区进行烘干；
5)卷绕，将步骤4)烘干后的导电薄膜卷绕获得成品。
实施例A2
1)将实施例A1中水性聚氨酯替换为分子量为1000，100％模量140kg/cm2的MDI芳香族水性聚氨酯90份；其余组成不变；进行配料；
步骤2)-5)同实施例A1。
实施例A3
1)将实施例A1中水性聚氨酯替换为分子量为1000，100％模量140kg/cm2的IPDI脂肪族水性聚氨酯90份；其余组成不变；进行配料；
步骤2)-5)同实施例A1。
实施例A1-A3所获得的环保型碳系聚氨酯基导电薄膜的性能如表1所示：
表1本发明环保型碳系聚氨酯基导电薄膜的性能与水性聚氨酯种类的关系
Figure BDA00003647246700041
从表1可以看出，同样条件下，由于水性聚氨酯所用异氰酸酯的性质不同，制成膜的强度也有很大区别。
实施例B1
1)以重量计，100％模量30kg/cm2的TDI芳香族水性聚氨酯75份；导电炭黑7份；细结构石墨4份；非离子型分散剂(Gen0451)0.8份；乳液型有机硅消泡剂(Borchers AF0670)0.1份；进行配料；
2)研磨，将步骤1)获得的调配好的原料在三辊研磨机进行研磨，研磨完成后经滤网进行过滤；
3)成膜，采用辊上式刮刀涂刮、离型纸转移法进行成膜；
4)烘干，将步骤3)成膜后的导电薄膜分别经60-70℃、70-90℃、140-150℃三个温度区进行烘干；
5)卷绕，将步骤4)烘干后的导电薄膜卷绕获得成品。
实施例B2
1)将实施例B1中水性聚氨酯替换为100％模量80kg/cm2的TDI芳香族水性聚氨酯75份；其余组成不变；进行配料；
步骤2)-5)同实施例B1。
实施例B3
1)将实施例B1中水性聚氨酯替换为100％模量150kg/cm2的TDI芳香族水性聚氨酯75份；其余组成不变；进行配料；
步骤2)-5)同实施例B1。
实施例B4
1)将实施例B1中水性聚氨酯替换为100％模量200kg/cm2的TDI芳香族水性聚氨酯75份；其余组成不变；进行配料；
步骤2)-5)同实施例B1。
实施例B1-B4所获得的环保型碳系聚氨酯基导电薄膜的性能如表2所示：
表2本发明环保型碳系聚氨酯基导电薄膜的性能与水性聚氨酯模量的关系
Figure BDA00003647246700051
从表2可以看出，本发明导电薄膜的断裂强力基本随着水性聚氨酯模量的提高而提高；而梯形撕破和伸长率则随着模量的增大而降低；低模量的水性聚氨酯制成的导电薄膜会稍有粘连。
实施例C1
1)以重量计，取100％模量130kg/cm2的TDI芳香族水性聚氨酯50份；色素炭黑9份；非离子型分散剂(Gen0451)1.2份；乳液型有机硅消泡剂(Borchers AF0670)0.1份；进行配料；
2)研磨，将步骤1)获得的调配好的原料在三辊研磨机进行研磨，研磨完成后经滤网进行过滤；
3)成膜，采用辊上式刮刀涂刮、离型纸转移法进行成膜；
4)烘干，将步骤3)成膜后的导电薄膜分别经60-70℃、70-90℃、140-150℃三个温度区进行烘干；
5)卷绕，将步骤4)烘干后的导电薄膜卷绕获得成品。
实施例C2
1)将实施例C1中色素炭黑替换为耐磨炭黑9份；其余组成不变；进行配料；
步骤2)-5)同实施例C1。
实施例C3
1)将实施例C1中色素炭黑替换为导电炭黑9份；其余组成不变；进行配料；
步骤2)-5)同实施例C1。
实施例C1-C3所获得的环保型碳系聚氨酯基导电薄膜的性能如表3所示：
表3本发明环保型碳系聚氨酯基导电薄膜的性能与炭黑种类的关系
从表3可以看出，导电炭黑在本发明中的导电性能优于其他种类的炭黑。
实施例D1
1)以重量计，100％模量160kg/cm2的TDI芳香族水性聚氨酯60份；比表面积在10-20m2/g的细结构石墨6份；非离子型分散剂(Gen0451)0.7份；乳液型有机硅消泡剂(Borchers AF0670)0.1份；进行配料；
2)研磨，将步骤1)获得的调配好的原料在三辊研磨机进行研磨，研磨完成后经滤网进行过滤；
3)成膜，采用辊上式刮刀涂刮、离型纸转移法进行成膜；
4)烘干，将步骤3)成膜后的导电薄膜分别经60-70℃、70-90℃、140-150℃三个温度区进行烘干；
5)卷绕，将步骤4)烘干后的导电薄膜卷绕获得成品。
实施例D2
1)将实施例C1中细结构石墨替换为中粗石墨6份；其余组成不变；进行配料；
步骤2)-5)同实施例D1。
实施例D3
1)将实施例C1中细结构石墨替换为电极石墨6份；其余组成不变；进行配料；
步骤2)-5)同实施例D1。
实施例D1-D3所获得的环保型碳系聚氨酯基导电薄膜的性能如表4所示：
表4本发明环保型碳系聚氨酯基导电薄膜的性能与石墨种类的关系
Figure BDA00003647246700071
从表4可以看出，采用细结构石墨在本发明中制成的导电薄膜性能优于其他种类的石墨。
实施例E1
1)以重量计，取100％模量160kg/cm2的TDI芳香族水性聚氨酯100份；导电炭黑10份；细结构石墨4份；非离子型分散剂(Gen0451)1.5份；乳液型有机硅消泡剂(BorchersAF0670)0.5份；进行配料；
2)研磨，将步骤1)获得的调配好的原料在三辊研磨机进行研磨，研磨完成后经滤网进行过滤；
3)成膜，采用辊上式刮刀涂刮、离型纸转移法进行成膜；
4)烘干，将步骤3)成膜后的导电薄膜分别经60-70℃、70-90℃、140-150℃三个温度区进行烘干；
5)卷绕，将步骤4)烘干后的导电薄膜卷绕获得成品。
实施例E2
1)将实施例E1非离子型分散剂替换为阴离子型分散剂(CNF)1.5份；其余组成不变；进行配料；
步骤2)-5)同实施例E1。
实施例E3
1)将实施例E1非离子型分散剂替换为阴离子型分散剂(5040)1.5份；其余组成不变；进行配料；
步骤2)-5)同实施例E1。
实施例E1-E3所获得的环保型碳系聚氨酯基导电薄膜的性能如表5所示：
表5本发明环保型碳系聚氨酯基导电薄膜的性能与分散剂种类的关系
Figure BDA00003647246700081
从表5可以看出，本发明采用非离子型分散剂和阴离子型分散剂均能达到相应的方阻性能参数要求，但是采用非离子型分散剂制成的导电薄膜性能更好。
实施例F1
1)以重量计，取100％模量160kg/cm2的TDI芳香族水性聚氨酯100份；导电炭黑10份；细结构石墨4份；非离子型分散剂(Gen0451)1.2份；乳液型有机硅消泡剂(BorchersAF0670)0.3份；进行配料；
2)研磨，将步骤1)获得的调配好的原料在三辊研磨机进行研磨，研磨完成后经滤网进行过滤；
3)成膜，采用辊上式刮刀涂刮、离型纸转移法进行成膜；
4)烘干，将步骤3)成膜后的导电薄膜分别经60-70℃、70-90℃、140-150℃三个温度区进行烘干；
5)卷绕，将步骤4)烘干后的导电薄膜卷绕获得成品。
实施例F2
1)将实施例F1中的乳液型有机硅消泡剂(Borchers AF0670)替换为水溶性有机硅消泡剂(HZX-209)0.3份；其余组成不变；进行配料；
步骤2)-5)同实施例F1。
实施例F1-F2所获得的环保型碳系聚氨酯基导电薄膜的性能如表6所示：
表6本发明环保型碳系聚氨酯基导电薄膜的性能与消泡剂种类的关系
Figure BDA00003647246700082
从表6可以看出，加入消泡剂后均能起到消泡效果，且所获得的导电薄膜均能达到相应的方阻性能参数要求，但是乳液型有机硅消泡剂(Borchers AF0670)制成的导电薄膜性能更好。
实施例G1
1)以重量计，取100％模量150kg/cm2的TDI芳香族水性聚氨酯100份；800目导电炭黑10份；细结构石墨2份；非离子型分散剂(Gen0451)1份；乳液型有机硅消泡剂(BorchersAF0670)0.2份；进行配料；
2)研磨，将步骤1)获得的调配好的原料在三辊研磨机进行研磨，研磨完成后经滤网进行过滤；
3)成膜，采用辊上式刮刀涂刮、离型纸转移法进行成膜；
4)烘干，将步骤3)成膜后的导电薄膜分别经60-70℃、70-90℃、140-150℃三个温度区进行烘干；
5)卷绕，将步骤4)烘干后的导电薄膜卷绕获得成品。
实施例G2
1)以重量计，取100％模量150kg/cm2的TDI芳香族水性聚氨酯100份；800目导电炭黑9份；细结构石墨4份；非离子型分散剂(Gen0451)1份；乳液型有机硅消泡剂(BorchersAF0670)0.2份；进行配料；
步骤2)-5)同实施例G1。
实施例G3
1)以重量计，取100％模量150kg/cm2的TDI芳香族水性聚氨酯100份；800目导电炭黑12份；细结构石墨6份；非离子型分散剂(Gen0451)1份；乳液型有机硅消泡剂(BorchersAF0670)0.2份；进行配料；
步骤2)-5)同实施例G1。
实施例G4
1)以重量计，取100％模量150kg/cm2的TDI芳香族水性聚氨酯100份；800目导电炭黑10份；细结构石墨8份；非离子型分散剂(Gen0451)1份；乳液型有机硅消泡剂(BorchersAF0670)0.2份；进行配料；
步骤2)-5)同实施例G1。
本发明实施例G1-G4的配方均进行了3个批次产品的生产验证，所获得的环保型碳系聚氨酯基导电薄膜的性能如表7所示：
表7本发明实施例G1-G4获得的环保型碳系聚氨酯基导电薄膜的性能参数
Figure BDA00003647246700101

Claims (10)

1.一种环保型碳系聚氨酯基导电薄膜，以重量份数计，具有如下配方：
水性聚氨酯           50-100份；
导电介质1            5-15份；
导电介质2            2-10份；
助剂1                0.2-2份；
助剂2                0.1-1份；
其中，所述导电介质1为炭黑；所述导电介质2为石墨；所述助剂1为分散剂；所述助剂2为消泡剂。
2.根据权利要求1所述的环保型碳系聚氨酯基导电薄膜，其特征在于：所述水性聚氨酯以质量百分比计，占配方总重量的70％-88％；且所述导电介质1和导电介质2的总重量以质量百分比计，占配方总重量的20％-10％。
3.根据权利要求1所述的环保型碳系聚氨酯基导电薄膜，其特征在于：所述水性聚氨酯为TDI芳香族水性聚氨酯。
4.根据权利要求3所述的环保型碳系聚氨酯基导电薄膜，其特征在于：所述TDI芳香族水性聚氨酯为100％模量、130-160kg/cm2的TDI芳香族水性聚氨酯。
5.根据权利要求1所述的环保型碳系聚氨酯基导电薄膜，其特征在于：所述导电介质1为导电炭黑。
6.根据权利要求5所述的环保型碳系聚氨酯基导电薄膜，其特征在于：所述导电炭黑的粒径为500-1000目。
7.根据权利要求1所述的环保型碳系聚氨酯基导电薄膜，其特征在于：所述导电介质2为比表面积在10-20m2/g的细结构石墨。
8.根据权利要求1所述的环保型碳系聚氨酯基导电薄膜，其特征在于：所述助剂1为非离子型分散剂。
9.根据权利要求8所述的环保型碳系聚氨酯基导电薄膜，其特征在于：所述非离子型分散剂为Gen0451。
10.根据权利要求1所述的环保型碳系聚氨酯基导电薄膜，其特征在于：所述助剂2为乳液型有机硅消泡剂。
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