CN105542641A

CN105542641A - 一种强附着力、高透光度、低面电阻的碳纳米管抗静电薄膜及其制备工艺

Info

Publication number: CN105542641A
Application number: CN201510859713.8A
Authority: CN
Inventors: 耿宏章; 杨海杰; 罗志佳; 贾松林; 吴艳琪; 王婧; 王洁; 达仕勋
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Carbon Star Technology (Tianjin) Co.,Ltd.
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2035-12-01
Also published as: CN105542641B

Abstract

本发明公开了一种强附着力、高透光度、低面电阻的碳纳米管抗静电薄膜及其制备工艺，其特征在于：(1)使用水性聚氨酯作为粘结剂配制碳纳米管抗静电水性涂料；(2)所配制的抗静电涂料可以通过涂布工艺制备高透光、低面电阻、强附着力的抗静电薄膜；(3)此薄膜无毒、环保、低成本。碳纳米管抗静电薄膜的制备步骤包括：(1)以十二烷基苯磺酸钠为分散剂，通过超声分散制备碳纳米管水分散液；(2)向碳纳米管水分散液中加入增粘剂曲拉通和粘结剂水性聚氨酯，配制碳纳米管水性涂料；(3)采用棒涂工艺将涂料涂布到聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜上，然后烘干；(4)将烘干后的薄膜分别用水、丙酮及浓硝酸进行浸泡处理，得到低面电阻、高附着力的抗静电薄膜。

Description

一种强附着力、高透光度、低面电阻的碳纳米管抗静电薄膜及其制备工艺

技术领域

本发明属于透明抗静电薄膜制备技术领域，涉及一种低能耗、绿色环保、强附着力、高透光度、低面电阻的透明碳纳米管抗静电薄膜及其制备工艺。

背景技术

大量的塑料制品被广泛应用在很多日常用品的包装上面，比如各类食品、电子器件。但是由于塑料薄膜的绝缘性能，在生产和运输过程中由于摩擦产生的静电荷无法及时排除而造成电荷的积累。薄膜携带静电荷带来很多问题，第一是静电吸附，第二是静电放电。静电吸附的灰尘包括很多细菌和病毒，对人们的健康造成危害；静电放电是塑料薄膜在积累一定的静电荷后，在周围形成一定的电场，如果电场强度高于介质的击穿强度，就会产生静电放电，瞬间释放出巨大的能量，静电放电产生的破坏能力和损失是巨大的，静电放电会产生爆炸和火灾，会对电子器件产生累计的伤害直到器件失灵。目前常用的制备抗静电薄膜的方法包括旋涂法、磁控溅射法、机械混合制备复合薄膜法。旋涂法和磁控溅射对设备要求比较高而且适合大面积生产。机械混合方法比较简单，但是必须把抗静电剂添加到一定量才会达到抗静电的要求，制备的抗静电薄膜面电阻大多比较高，而且会影响薄膜的性能，大多不透明。因此，我们需要探索一种工艺简单、成本低廉、面电阻低、透明度高的抗静电薄膜的制备方法。由于碳纳米管分散困难和涂布对溶液的粘度有一定的要求，所以需要添加分散剂和增粘剂，但是分散剂和增粘剂影响薄膜的附着力和面电阻。薄膜的后处理工艺可以除去大部分的分散剂和增粘剂，得到面电阻低附着力好透明抗静电薄膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种强附着力、高透光度和低面电阻的碳纳米管抗静电薄膜及其制备方法。

本发明的技术方案如下：以碳纳米管为抗静电剂，以十二烷基苯磺酸钠为分散剂配制碳纳米管溶液，加入曲拉通和水性聚氨酯得到涂料。采用棒涂法制备抗静电薄膜，经过水、丙酮和酸浸泡除去分散剂和曲拉通，烘干后得到碳纳米管抗静电薄膜。

本发明的主要创新点如下：采用表面涂层法制备抗静电薄膜，节约原料而且不改变薄膜原有工艺条件，以水性聚氨酯为粘结剂提高了薄膜的附着力和使用寿命，可在常温常压下制备，且涂料为水性的，绿色环保无毒无害，制备的薄膜具有高透明度、低面电阻。

本发明方法中制备碳纳米管分散液方法如下：以纯度为50～96％的碳纳米管为原料，用十二烷基苯磺酸钠为分散剂配制碳纳米浓度为0.1～1wt％的水分散液，其中十二烷基苯磺酸钠浓度是1～10wt％，超声功率为60～150W，超声时间为30～90min。

本发明方法中碳纳米管涂料的制备过程如下：向碳纳米管分散液中缓慢加入曲拉通和水性聚氨酯，边加入边搅拌，使其浓度分别达到1～8wt％和0.1～1wt％，得到碳纳米管涂料。

本发明方法中抗静电薄膜的制备过程如下：采用棒涂法将碳纳米管涂料刮涂在加热温度为20～90℃的PET基底上，然后将薄膜在水中浸泡润洗2～4遍，每次10～60min，烘干，然后用丙酮浸泡10～60min，再烘干，最后用10～14M的浓硝酸浸泡10～60min，以彻底除去分散剂和曲拉通，最后烘干后得到碳纳米管抗静电薄膜，每次烘干温度为60～100℃。

本发明在制备碳纳米管抗静电薄膜的过程中，曲拉通的添加量过大会形成条形状薄膜，添加量过少会形成反润湿，而水性聚氨酯的添加量越大，在相同透光度下，面电阻越大。

本发明所用的试剂和材料：曲拉通、十二烷基苯磺酸钠、硝酸、丙酮、碳纳米管均为分析纯。

本发明中采用了扫描电子显微镜(FE-SEM，NovaNanoSEM430)来表征所制备的碳纳米管抗静电薄膜的微观结构，采用元素分析仪来表征薄膜的表面洁净程度，采用四探针法测量薄膜的表面电阻，采用胶带法检测其附着力，灰分吸附法测试薄膜的抗静电特性。

附图说明

图1为抗静电薄膜的表面电阻-透光率曲线图。

图2为抗静电薄膜的扫描电子显微镜的微观结构。

图3为普通PET薄膜与抗静电薄膜的抗静电性能测试对比。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明作详细说明。

以纯度90％的单壁碳纳米管为导电物质，以水性聚氨酯为粘合剂配备水性涂料。在30ml的小瓶中配备10ml质量分数是0.1％的单壁碳纳米管溶液，加入100mg的十二烷基苯磺酸钠，超声60min制备碳纳米管分散液。把碳纳米管分散液倒入小烧杯中，低速机械搅拌下加入曲拉通和水性聚氨酯，使其浓度达到3wt％和0.5wt％，得到碳纳米管涂料。用刮膜棒把碳纳米管涂料刮涂到温度为65℃的聚对苯二甲酸乙二醇酯基底上，烘干，小心浸入去离子水中浸泡10min，然后取出烘干，再用大量去离子水洗2遍，烘干，然后在丙酮中浸泡30min，烘干，最后放入12M的浓硝酸中浸泡30min，再用去离子水清洗1遍后去除硝酸，烘干就制备得到抗静电薄膜。采用相关仪器对其进行表征和防静电性能测试评价。

Claims

1.一种高强附着力、高透光度、低面电阻的碳纳米管抗静电薄膜，其特征在于制得的抗静电薄膜具有很强的附着力，在高透光度时具有较低的面表面电阻，且薄膜具有很好的稳定性，采用的涂料为水系分散、工艺简单、无毒无害，成本低廉。制备步骤如下：配制碳纳米管(CNT)水分散液，然后加入曲拉通和水性聚氨酯，得到碳纳米管水性涂料，采用棒涂工艺将涂料涂布到聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜上，然后烘干，最后分别用水、丙酮及浓硝酸进行浸泡处理，烘干，在PET薄膜表面形成一层碳纳米管网络结构，得到抗静电薄膜。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于具有很强的附着力，在透光度为70～95％时表面电阻为10²～10⁸欧姆/□，且薄膜具有很好的稳定性。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所用的碳纳米管为单壁碳纳米管、双臂碳纳米管或多壁碳纳米管，纯度为50～96wt％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所用的碳纳米管分散液的浓度为0.1～1wt％，分散剂十二烷基苯磺酸钠的浓度为1～10wt％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于碳纳米管分散时，采用的超声功率为60～150W，时间30～90min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于加入曲拉通的质量分数为1～8wt％，水性聚氨酯的质量分数为0.1％-1wt％。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于涂布时的PET基底的加热温度为20～90℃。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于用丙酮浸泡时间为10～60min。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所用浓硝酸的浓度为10～14M，浸泡时间为10～60min。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于每次浸泡处理后薄膜的烘干温度为60～100℃。