CN104946142A - 基于碳纳米管的透明防静电压敏胶结构及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于碳纳米管的透明防静电压敏胶结构及其应用。该压敏胶结构包括碳纳米管透明导电网络以及与之叠合的压敏胶层。利用该防静电压敏胶结构形成的防静电保护膜包含基材、至少覆设在基材一面上的碳纳米管透明导电网络以及至少覆设在其中一碳纳米管透明导电网络上的压敏胶层，其具有优异防静电能力，在快速撕离玻璃、塑料等基体时产生的静电电压＜100V，可有效保护电子设备的安全及清洁；同时碳纳米管导电网络具有极大孔隙率，不影响基材与压敏胶的结合，适合使用常用的各种类型压敏胶，且其易于制备，成本低廉，具有极大应用市场。

Description

基于碳纳米管的透明防静电压敏胶结构及其应用

技术领域

本发明涉及一种保护膜的压敏胶层，具体涉及一种可应用于电子产品保护的基于碳纳米管导电网络的透明防静电压敏胶层及其制法。

背景技术

目前，在电子产品的生产、储存及运输过程中，产品的表面保护是必不可缺的。这种保护一方面可以防止产品的表面磨损，另一方面起到防止灰尘粘附到产品表面的作用。作为电子产品使用的保护膜，除了要求其容易贴附于产品表面外，为了防止在保护膜撕除的过程中产生过大的、甚至会危害电子产品安全的静电电压，还要求保护膜具有一定的防静电功能。

目前制备防静电压敏胶薄膜的方法通常有两种，一种是在压敏胶层中添加导电物质，另外一种是在支撑基材表面涂覆导电物质后再进行压敏胶层的涂覆。前者因需在压敏胶中添加导电材料，不仅会影响压敏胶的粘接性能，还会导致导电物残留于产品的表面，极大地限制了压敏胶的选择性。后者虽然不会出现此类问题，但因采用的导电物质往往是颗粒形式，而要保证这些颗粒形成连续的导电网络，就需要使用相当多的导电物质，这既会影响压敏胶与基材的结合强度，还会造成导电材料的浪费，不利于降低成本；同时，过多的导电物质也会影响保护膜的透明度，不利于在不撕除保护膜的情况下对产品进行检测。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种基于碳纳米管的透明防静电压敏胶结构，其包括主要由复数碳纳米管彼此搭接形成的碳纳米管透明导电网络以及与所述碳纳米管透明导电网络叠合的压敏胶层。

本发明的另一目的在于提供前述基于碳纳米管的透明防静电压敏胶结构在制备防静电保护膜中的应用。

本发明的再一目的在于提供一种防静电保护膜，其包括：

基材，

至少覆设在所述基材一面上的碳纳米管透明导电网络，所述碳纳米管透明导电网络主要由复数碳纳米管彼此搭接形成，

以及，至少覆设在其中一碳纳米管透明导电网络上的压敏胶层。

本发明的又一目的在于提供一种基防静电保护膜的制法，其包括：

（1）取碳纳米管以及作为可选成分的表面活性剂均匀分散于溶剂中形成碳纳米管分散液；

（2）将所述碳纳米管分散液涂布于基材的一面上，经干燥处理后形成碳纳米管透明导电网络；

（3）在所述碳纳米管透明导电网络上涂布压敏胶，形成压敏胶层。

与现有技术相比，本发明的优点包括：基于该透明防静电压敏胶薄膜具有优异的防静电能力，有效保护电子设备的安全及清洁；同时因碳纳米管导电网络的网孔率高达80-99.9%，不影响压敏胶与基材的结合，可在很大范围内自由选择各种类型的压敏胶；另外，本方案易于制备，成本低廉，具有极大的应用市场。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施方案中一种基于碳纳米管导电网络的压敏胶防静电膜的结构示意图，其中a为基材，b为碳纳米管导电网络， c为压敏胶层。

图2a-图2b分别为本发明实施例1所获带有碳纳米管导电网络的压敏胶薄膜和不带碳纳米管导电网络的压敏胶薄膜从玻璃表面剥离时所产生的静电测试结果，其中，带有导电网络的膜撕除时产生的静电电压不超过60V，而没有导电层的剥离时会产生19000V的高压静电。

图3 是本发明实施例1中所制备的碳纳米管导电网络的透射电子显微镜照片，其中碳纳米管彼此搭接形成了导电网络，同时这种多孔的结构保证了压敏胶与基材之间的良好结合，大大降低了导电层对压敏胶的选择性。

具体实施方式

本发明的一个方面提供了一种基于碳纳米管的透明防静电压敏胶结构，其包括主要由复数碳纳米管彼此搭接形成的碳纳米管透明导电网络以及与所述碳纳米管透明导电网络叠合的压敏胶层。

本发明的另一个方面提供了一种基于碳纳米管导电网络的透明防静电压敏胶薄膜，包括：

基材，

至少覆设在所述基材的一面的压敏胶层，

以及，分布在所述压敏胶层与所述基材之间的碳纳米管透明导电网络（如下亦称为“碳纳米管导电网络”或“碳纳米管薄膜”），所述碳纳米管透明导电网络主要由复数碳纳米管彼此搭接形成。

本发明采用碳纳米管为主要导电材料。因碳纳米管属于一维纤维状材料，管与管之间的相互搭接即可形成较好的导电网络，因此可以大大降低导电材料的使用，从而降低材料成本。同时，由于较少地使用碳纳米管，不会对成品的颜色产生影响，可以保证产品的高透光的特性，更适合用于电子类产品的保护。

进一步的，由于碳纳米管形成目标电阻所需的量极少，网络的孔隙率很高（80.0-99.9%），因此不会影响胶体本身与基材的结合牢度，便于选择各种类型的压敏胶系。

进一步的，依据实际应用的需求，可以在所述基材的两面上均覆设所述压敏胶层，并可在压敏胶层与基材之间均设置碳纳米管透明导电网络，即可获得双面均具有防静电功能的压敏胶层。

更进一步的，依据实际应用的需求，可在该防静电压敏胶薄膜的另外一面涂覆硬化层、防污层，以实现其他更多功能。

为了尽量减少对碳纳米管透明导电网络的电学性能的影响，压敏胶的厚度可优选为1-25μm。

在本发明的一较为优选的实施方案之中，通过调控碳纳米管的用量，可获得电阻10E3 ohm-10E11 ohm的碳纳米管透明导电网络，在其上方涂布压敏胶后，碳纳米管薄膜的电阻出现轻微增加，但仍然具有优异的防静电功能。

当将该压敏胶薄膜贴附于塑料、玻璃等基体表面，在快速撕除时产生的静电电压≤500V，特别是＜100V。

例如，将这种压敏胶薄膜贴附于玻璃表面，在撕除（剥离条件包括：剥离速度为0.3m/min，剥离角度为180°，温度25℃，湿度60%RH）过程中所产生的静电电压最高仅为60V，而没有涂覆碳纳米管导电网络的压敏胶在同样条件下所产生的静电电压高达19000V。可见，涂有碳纳米管导电网络的压敏胶可以达到极好的防静电效果，保护电子设备的安全，具有极大的应用市场。

前述碳纳米管可选单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、少层碳纳米管、多壁碳纳米管其中之一或者其中几种的混合物。

前述基材可以是柔性透明基材，例如，普通的高分子薄膜如PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂）、PC（聚碳酸酯）、PS（聚苯乙烯）、PVC（聚氯乙烯）、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯），或者是耐高温聚合物如PI（聚酰亚胺）薄膜，且不限于此。

前述压敏胶根据所需保护材料的材质，可选有机硅系列压敏胶、丙烯酸系压敏胶或聚氨酯系压敏胶，且不限于此。

本发明的又一个方面还提供了一种基于碳纳米管导电网络的透明防静电压敏胶薄膜的制法，包括：

（1）取碳纳米管以及作为可选成分的表面活性剂均匀分散于溶剂中形成碳纳米管分散液；

（2）至少将所述碳纳米管分散液涂布于基材的一面上，经干燥处理后形成碳纳米管透明导电网络；

（2）至少在所述基材的一面上涂布压敏胶，形成压敏胶层。

进一步的，在前述步骤（1）中，可以利用超声波或高能球磨的方式制备碳纳米管的分散液，该分散液可以是使用了表面活性剂的水系体系，也可以是DMF、NMP、THF等的溶剂型体系。

进一步的，前述步骤（2）可以包括：对所述基材表面进行净化处理后，再将所述碳纳米管分散液以辊涂、微凹涂布、狭缝涂布、凹版印刷或柔版印刷等方式涂布于所述基材上并经烘干处理，形成碳纳米管透明导电网络。

前述的净化处理包括以粘尘辊去除基材表面灰尘等方式，亦可采用业界习用的清洗等方式。

进一步的，在本发明中，当使用水系碳纳米管分散液时，涂布后的碳纳米管需经酸洗、普通水洗以去除表面活性剂，后经去离子水洗以达到洁净的目的；而当使用溶剂型碳纳米管分散体系时，只需经过高温处理去除溶剂即可得到涂布有碳纳米管网络的导电薄膜。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

1. 碳纳米管分散液的制备：称取1g多壁碳纳米管、2g SDBS（sodium dodecyl benzene sulfonate, CAS号25155-30-0）置于1L水中，将此体系经细胞粉碎机超声处理30min，然后转入卫星式球磨机中于600rpm转速下高能球磨2h。将所得到的粘稠状液体经粗筛过滤除掉锆珠球后经高速离心机在10000rpm下高速离心10min，去掉沉淀物即得碳纳米管分散液。

2. 碳纳米管涂布液的调制：在碳纳米管分散液中加入20g的SDS（十二烷基硫酸钠），经磁力搅拌器搅拌使SDS快速溶解，得到粘稠状分散体系。

3. 50μm厚的PET基材经双面粘尘辊粘去其表面灰尘后，进入微凹涂布单元，烘箱温度设置为120℃，调整机器转速至30m/min，在PET表面涂布碳纳米管导电层。从烘箱出来的涂布有碳纳米管导电网络的薄膜因存在大量的表面活性剂，需经自来水初洗后再经去离子水清洗，经热风吹干，得到透明的碳纳米管导电涂层，其结构可参阅图3。

4. 在PET薄膜涂有碳纳米管导电网络的一面涂敷压敏胶层。选用亚克力系列的压敏胶，用乙酸丁酯调整其粘度，经辊涂形式涂敷于碳纳米管层表面，涂层经70℃烘干处理。最后在压敏胶面贴附离型膜即得成品，其结构可参阅图1。

5. 经静电仪测试，碳纳米管导电网络的电阻值为10E6 ohm，涂敷压敏胶后薄膜压敏胶面电阻为10E7 ohm，增加一个数量级。将此薄膜贴附于玻璃表面，其剥离电压约为20V。

实施例2

1. 碳纳米管分散液的制备：称取1g双壁碳纳米管置于1L DMF（二甲基甲酰胺）中，将此体系经细胞粉碎机超声处理100min，然后转入卫星式球磨机中于600rpm转速下高能球磨5h。将所得到的粘稠状液体经粗筛过滤除掉锆珠球后经高速离心机在10000rpm下高速离心10min，去掉沉淀物即得碳纳米管分散液。

2. 50μm厚的PET基材经双面粘尘辊粘去其表面灰尘后，进入狭缝涂布单元，烘箱温度设置为160℃，调整机器转速至30m/min，在PET表面涂布碳纳米管导电层。经高温烘干得到透明的碳纳米管导电涂层，经测试表明，其结构与实施1相似。

3. 在PET薄膜涂有碳纳米管导电网络的一面涂敷压敏胶层。选用有机硅系列的压敏胶，用乙酸丁酯调整其粘度，经滚涂形式涂敷于碳纳米管层表面，涂层经60℃烘干处理。最后在压敏胶面贴附离型膜即得成品。

4. 经静电仪测试，碳纳米管导电网络的电阻值为10E7 ohm，涂敷压敏胶后薄膜压敏胶面电阻为10E8 ohm，增加一个数量级。将此薄膜贴附于玻璃表面，其剥离电压约为60V。

实施例3

1. 碳纳米管分散液的制备：称取1g单壁碳纳米管置于1L 去离子水中，将此体系经细胞粉碎机超声处理30min，然后转入卫星式球磨机中于600rpm转速下高能球磨1h。将所得到的粘稠状液体经粗筛过滤除掉锆珠球后经高速离心机在10000rpm下高速离心10min，去掉沉淀物即得碳纳米管分散液。

2. 碳纳米管涂布液的调制：在碳纳米管分散液中加入20g的SDS（十二烷基硫酸钠），经磁力搅拌器搅拌使SDS快速溶解，得到粘稠状分散体系。

3. 30μm厚的PET基材经双面粘尘辊粘去其表面灰尘后，进入微凹涂布单元，烘箱温度设置为120℃，调整机器转速至30m/min，在PET表面涂布碳纳米管导电层。该导电层经过17M的发烟硝酸后经大量自来水清洗并最终以去离子水清洗，再经120℃热风吹干，经测试表明，其结构与实施1、2相似。

4. 在PET薄膜涂有碳纳米管导电网络的一面涂敷压敏胶层。选用水性聚氨酯系列的压敏胶，用去离子水调整其粘度，经滚涂形式涂敷于碳纳米管层表面，涂层经120℃烘干处理。最后在压敏胶面贴附离型膜即得成品。

5. 经静电仪测试，碳纳米管导电网络的电阻值为10E5 ohm，涂敷压敏胶后薄膜压敏胶面电阻为10E5 ohm。将此薄膜贴附于玻璃表面，其剥离电压约为10V。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。又及，应当理解，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明技术方案和技术构思做出其它各种相应的改变和变形，而这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (14)

1.一种基于碳纳米管的透明防静电压敏胶结构，其特征在于包括：

碳纳米管透明导电网络，主要由复数碳纳米管彼此搭接形成；

以及，与所述碳纳米管透明导电网络叠合的压敏胶层。

2.根据权利要求1所述基于碳纳米管的透明防静电压敏胶结构，其特征在于所述碳纳米管透明导电网络的电阻为10E3 ohm -10E11 ohm，孔隙率在80.0-99.9%。

3.根据权利要求1-2中任一项所述基于碳纳米管导电网络的透明防静电压敏胶层，其特征在于所述压敏胶层的厚度为1-25μm。

4.权利要求1-3中任一项所述基于碳纳米管的透明防静电压敏胶结构在制备防静电保护膜中的应用。

5.一种防静电保护膜，其特征在于包括：

基材，

至少覆设在所述基材一面上的碳纳米管透明导电网络，所述碳纳米管透明导电网络主要由复数碳纳米管彼此搭接形成，

以及，至少覆设在其中一碳纳米管透明导电网络上的压敏胶层。

6.根据权利要求5所述的防静电保护膜，其特征在于所述碳纳米管透明导电网络的电阻为10E3 ohm -10E11 ohm，孔隙率在80.0-99.9%。

7.根据权利要求5-6中任一项所述的防静电保护膜，其特征在于所述压敏胶层的厚度为1-25μm。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的防静电保护膜，其特征在于所述基材采用柔性透明基材，其材质包括PET、PP、PC、PS、ABS、PVC、PE或PI。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的防静电保护膜，其特征在于当将所述压敏胶薄膜贴附在基体表面，在撕除过程中所产生的静电电压≤500V，所述基体包括玻璃或塑料基体。

10.根据权利要求5-9中任一项所述的防静电保护膜，其特征在于所述压敏胶层上还覆设有离型层。

11.一种防静电保护膜的制法，其特征在于包括：

（1）取碳纳米管以及作为可选成分的表面活性剂均匀分散于溶剂中形成碳纳米管分散液；

（2）将所述碳纳米管分散液涂布于基材的一面上，干燥处理后形成碳纳米管透明导电网络；

（3）在所述碳纳米管导电网络上涂布压敏胶，形成压敏胶层。

12.根据权利要求11所述的防静电保护膜的制法，其特征在于所述溶剂包括水或有机溶剂，所述有机溶剂包括DMF、NMP或THF。

13.根据权利要求11-12中任一项所述的防静电保护膜的制法，其特征在于步骤（2）包括：对所述基材表面进行净化处理后，再将所述碳纳米管分散液以辊涂、微凹涂布、狭缝涂布、凹版印刷或柔版印刷方式涂布于所述基材上并经烘干处理，形成碳纳米管透明导电网络。

14.根据权利要求11-13中任一项所述的基防静电保护膜的制法，其特征在于对于水系碳纳米管分散液，在形成所述碳纳米管透明导电网络后，还经酸洗和/或水洗去除其中可能余留的表面活性剂。