CN108559111A - 强附着力富勒烯微/纳米纤维抗静电薄膜的制备方法 - Google Patents

强附着力富勒烯微/纳米纤维抗静电薄膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种强附着力富勒烯微/纳米纤维抗静电薄膜的制备方法，包括：利用LLIP法，在吡啶‑异丙醇体系中制备高长径比的富勒烯微/纳米纤维；乙醇/水/异丙醇作溶剂，富勒烯微/纳米纤维作抗静电剂，水性聚氨酯作增粘剂/分散剂，制备富勒烯微/纳米纤维刮膜液；以PC薄膜为基材，在其表面涂布富勒烯微/纳米纤维刮膜液，涂布方法是对绕线棒施加外力，匀速拉动绕线棒制成透明抗静电薄膜，低温烘烤上述薄膜去除多余的溶剂并使膜层固化。本发明可显著提高抗静电膜的耐水、耐醇和耐磨性等，使之具有优异的综合性能，且该工艺适应面广，方法简便，易于大规模制备。

Description

强附着力富勒烯微/纳米纤维抗静电薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种功能薄膜的制备方法，具体涉及一种强附着力富勒烯微/纳米纤维抗静电薄膜的制备方法。
背景技术
目前，静电对人体和电子元器件的危害已经逐渐被人们认识。对于静电敏感产品，比较简单的方法就是使用防静电包装，阻止静电的产生。多数薄膜具有优良的机械性能，高透光度，被广泛应用在日常用品的包装上面，比如电子器件、液晶显示器、各类仪器仪表和建筑材料等。但薄膜大多数是高分子材料，绝缘性能比较高，且薄膜的表面积大，在卷曲和折叠的过程中容易摩擦产生静电。因此，必须对薄膜进行改性使其具备优良抗静电的能力，常用的方法是添加抗静电填料。
近年来，研究人员提出了多种利用碳纳米管与高分子聚合物材料形成的抗静电薄膜产品，但在这些产品中，往往存在碳纳米管分散不均匀，易于脱落等缺点，导致其抗静电能力有限，并严重制约了其使用寿命和应用范围。富勒烯微/纳米纤维作为导电导热性能较强的一种新型二维纳米材料，在强附着力抗静电薄膜的制备中有良好的应用前景。
发明内容
为了克服现有抗静电薄膜的不足，本发明提供了一种强附着力富勒烯微/纳米纤维抗静电薄膜及其制备方法。
为实现前述发明目的，本发明所采用的技术方案包含：
一种强附着力富勒烯微/纳米纤维抗静电薄膜的制备方法，包括：
利用LLIP法，在吡啶-异丙醇体系中制备高长径比的富勒烯微/纳米纤维；
乙醇/水/异丙醇作溶剂，富勒烯微/纳米纤维作抗静电剂，水性聚氨酯(WPU)作增粘剂/分散剂，制备富勒烯微/纳米纤维刮膜液；
以PC薄膜为基材，在其表面涂布富勒烯微/纳米纤维刮膜液，涂布方法是对绕线棒施加外力，匀速拉动绕线棒制成透明抗静电薄膜，低温烘烤上述薄膜去除多余的溶剂并使膜层固化。
更进一步的方案是：
所述富勒烯微/纳米纤维制备的具体步骤为将富勒烯溶解在吡啶溶剂中，在0～35℃水浴环境中超声10～60min，制得饱和溶液，取一定量将上述饱和溶液与异丙醇混合，混合比例为体积比1:1～1:25，放入恒温培养箱中络合一定时间，制得长径比约为1000的富勒烯微/纳米纤维。
所述乙醇/水/异丙醇作溶剂，包含水、乙醇、异丙醇中任意一种或者两种及以上溶剂的组合。
所述富勒烯微/纳米纤维抗静电剂为已经水溶性分散剂预处理的亲水性富勒烯微/纳米纤维分散液，优选的水溶性分散剂包括十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、烷基酚聚氧乙烯基醚及商业化的同类分散剂中任意一种或者两种及以上分散剂的组合。
所述预处理方法为将0.1wt％～5wt％分散剂和1wt％～10wt％富勒烯微/纳米纤维在一定量溶剂中超声分散，分散时间为30～60min，制得富勒烯微/纳米纤维分散液。
所述富勒烯微/纳米纤维抗静电剂添加量为富勒烯微/纳米纤维刮膜液的0.1wt％～2wt％。
所述水性聚氨酯为粒径＜100nm且分子量≤10000的水性聚氨酯溶液或水性聚氨酯分散体，添加量为富勒烯微/纳米纤维刮膜液20wt％～50wt％。
所述涂布方法是对绕线棒施加外力，匀速拉动绕线棒制成透明抗静电薄膜，低温烘烤上述薄膜去除多余的溶剂并使膜层固化；低温烘烤温度为40～80℃，保温时间为2～10min。
富勒烯微/纳米纤维分散液能成膜，必须优化三个时间，液膜流平时间tlevel，液膜干燥时间tdry，液膜反润湿时间tdewet。且必须满足tlevel<tdry<tdewet才能制备出均匀的薄膜，否则会出现条纹状的薄膜和反润湿的薄膜。
制备好的薄膜采用水洗法或者酸处理进行后处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是采用水溶性有机物作为分散剂制备富勒烯微/纳米纤维刮膜液，可最大程度地保持富勒烯微/纳米纤维在抗静电膜表层的有效分布，同时可增加涂层的附着力并兼备良好的透光率和导电率，使附着力因子达到0.8以上，，透光率达到90％以上，表面电阻率小于500Ω；同时，可显著提高抗静电膜的耐水性，软化系数K达到0.85以上，使之具有优异的综合性能，且该工艺适应面广，方法简便，易于大规模制备。
具体实施方式
鉴于现有技术的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将结合若干实施例对本方案的技术方案、实施过程及原理等，对本技术方案进一步解释说明。
实施例提供的一种强附着力富勒烯微/纳米纤维抗静电薄膜的制备方法包括：
用四种方法配制抗静电富勒烯微/纳米纤维刮膜液：
实施例1
使用水作溶剂，富勒烯微/纳米纤维作抗静电剂，水性聚氨酯(WPU)作分散剂/增粘剂，该实施例成膜的关键在于WPU的添加量。在32ml的去离子水中加入8g水性聚氨酯，加入15mg富勒烯微/纳米纤维，120W频率下探头超声30min，将该分散液直接用来做刮膜液制备抗静电薄膜。该方法制备富勒烯微/纳米纤维刮膜液工艺及后处理过程简单，但富勒烯微/纳米纤维抗静电剂可均匀分散浓度有限。
实施例2
使用乙醇作溶剂，可有效降低刮膜液接触角，有利于刮膜液在基材上铺展并形成均匀的湿膜。在15ml乙醇中加入6.35g水性聚氨酯(WPU)，加入15mg富勒烯微/纳米纤维，120W频率下超声30min，将该分散液直接用来做刮膜液制备抗静电薄膜。该实施例配制的分散液以乙醇作溶剂，可有效降低刮膜液沸点，成膜后溶剂挥发速率加快，减少干燥时间，节约能耗，但富勒烯微/纳米纤维抗静电剂可均匀分散浓度并未提升。
实施例3
用异丙醇做溶剂，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作分散剂。称取15mg富勒烯微/纳米纤维和150mg SDBS，加入到15mL异丙醇中，80W频率下水浴超声20min，使SDBS分散。然后在120W的条件下探针超声30min，离心，移取上层均匀悬浮液，在65℃的条件下水浴搅拌。然后用注射器吸取非离子表面活性剂TX100，缓慢加入到上述富勒烯微/纳米纤维分散液中，低速搅拌8min左右，再加入与富勒烯微/纳米纤维不同质量比的水性聚氨酯(WPU)增粘剂，继续水浴加热低速搅拌5min。取出溶液置于探头超声仪器中超声数分钟即制备出均匀的富勒烯微/纳米纤维刮膜液。
实施例4
用乙醇：水＝2：3做溶剂，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作分散剂。称取15mg富勒烯微/纳米纤维和120mg CTAB，加入到20mL乙醇与水的混合溶剂中，80W频率下水浴超声25min，使CTAB分散。然后在120W的条件下探针超声30min，离心，移取上层均匀悬浮液，在60℃的条件下水浴搅拌。缓慢加入少量TX100到上述富勒烯微/纳米纤维分散液中，低速搅拌15min左右，再加入与富勒烯微/纳米纤维不同质量比的水性聚氨酯(WPU)增粘剂，继续水浴加热低速搅拌10min。取出溶液置于探头超声仪器中超声数分钟即制备出均匀的富勒烯微/纳米纤维刮膜液。
实施例5
通过对绕线棒施加外力，在匀速拉动的同时制备透明抗静电薄膜。先用去离子水浸泡PC薄膜，然后用丙酮浸泡后吹干，清除基材表面脏污；将干净的PC薄膜固定在加热板上，用吸管吸取抗静电富勒烯微/纳米纤维涂液在PC的顶端从左到右划均匀的富勒烯微/纳米纤维溶液横线，用均匀的力从上向下拉绕线棒并使之紧密贴合在PC基材上，制膜完成后将湿膜置于70℃环境中干燥4min。
实施例6
将处理好的富勒烯微/纳米纤维抗静电薄膜放入紫外-可见光谱仪中，用550nm的可见光来测试膜的透光率，记为T0。然后把薄膜取出，用Scotch胶带黏在薄膜表面，从上向下黏，尽量不留气泡。然后轻轻撕掉胶带，再把薄膜放入光谱仪中，在550nm测试薄膜的透光率，记为Tn。用公式计算附着力因子fa。附着力因子fa越大，薄膜的附着力越大，当fa为1的时候，说明富勒烯微/纳米纤维抗静电膜层未被剥离下来，抗静电涂层的附着力最好；当fa为0时，说明富勒烯微/纳米纤维抗静电膜层完全被剥离下来，抗静电涂层的附着力最差。本实施例制备的薄膜附着力因子可达0.87，透光率达到90％，表面电阻率小于500Ω；耐水性，软化系数K达到0.86，薄膜综合性能良好。
需要说明的是，如上实施例所采用的各种产品及相关参数、各种反应参与物及工艺条件均是较为典型的范例，但经过本案发明人大量试验验证，于上文所列出的其它不同类型的反应参与物及其它工艺条件等也均是适用的，且均可达成本发明所声称的技术效果。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (8)

1.一种强附着力富勒烯微/纳米纤维抗静电薄膜的制备方法，其特征在于包括：
利用LLIP法，在吡啶-异丙醇体系中制备高长径比的富勒烯微/纳米纤维；
乙醇/水/异丙醇作溶剂，富勒烯微/纳米纤维作抗静电剂，水性聚氨酯作增粘剂/分散剂，制备富勒烯微/纳米纤维刮膜液；
以PC薄膜为基材，在其表面涂布富勒烯微/纳米纤维刮膜液，涂布方法是对绕线棒施加外力，匀速拉动绕线棒制成透明抗静电薄膜，低温烘烤上述薄膜去除多余的溶剂并使膜层固化。
2.根据权利要求1所述强附着力富勒烯微/纳米纤维抗静电薄膜的制备方法，其特征在于：
富勒烯微/纳米纤维制备的具体步骤为将富勒烯溶解在吡啶溶剂中，在0～35℃水浴环境中超声10～60min，制得饱和溶液，取一定量将上述饱和溶液与异丙醇混合，混合比例为体积比1:1～1:25，放入恒温培养箱中络合一定时间，制得长径比约为1000的富勒烯微/纳米纤维。
3.根据权利要求1所述强附着力富勒烯微/纳米纤维抗静电薄膜的制备方法，其特征在于：
所述乙醇/水/异丙醇作溶剂，包含水、乙醇、异丙醇中任意一种或者两种及以上溶剂的组合。
4.根据权利要求1所述强附着力富勒烯微/纳米纤维抗静电薄膜的制备方法，其特征在于：
所述富勒烯微/纳米纤维抗静电剂为已经水溶性分散剂预处理的亲水性富勒烯微/纳米纤维分散液，水溶性分散剂包括十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、烷基酚聚氧乙烯基醚中任意一种或者两种及以上分散剂的组合。
5.根据权利要求4所述强附着力富勒烯微/纳米纤维抗静电薄膜的制备方法，其特征在于：
预处理的方法为将0.1wt％～5wt％水溶性分散剂和1wt％～10wt％富勒烯微/纳米纤维在一定量溶剂中超声分散，分散时间为30～60min，制得富勒烯微/纳米纤维分散液。
6.根据权利要求1所述强附着力富勒烯微/纳米纤维抗静电薄膜的制备方法，其特征在于：
所述富勒烯微/纳米纤维抗静电剂添加量为富勒烯微/纳米纤维刮膜液的0.1wt％～2wt％。
7.根据权利要求1所述强附着力富勒烯微/纳米纤维抗静电薄膜的制备方法，其特征在于：
所述水性聚氨酯为粒径＜100nm且分子量≤10000的水性聚氨酯溶液或水性聚氨酯分散体，添加量为富勒烯微/纳米纤维刮膜液的20wt％～50wt％。
8.根据权利要求1所述强附着力富勒烯微/纳米纤维抗静电薄膜的制备方法，其特征在于：
涂布方法是对绕线棒施加外力，匀速拉动绕线棒制成透明抗静电薄膜，低温烘烤上述薄膜去除多余的溶剂并使膜层固化；低温烘烤温度为40～80℃，保温时间为2～10min。
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