CN1796477A - 导电漆组合物和由其制得的用于电磁波屏蔽的导电膜 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于电磁波屏蔽的导电漆组合物，它能有效地解决由多种电子设备的内部元件产生的电磁波引起的电磁干扰(EMI)和无线电频率干扰(RFI)的问题。所述组合物含有具有精细颗粒尺寸的涂银铜粉，所以它能极大地改善由其制备得到的导电膜的耐久性。所述导电漆组合物含有聚氨酯水分散体、金属粉末、溶剂和流变控制剂，其中，所述金属粉末是一种具有平均颗粒尺寸为2－20μm的涂银铜粉或者是一种由所述涂银铜粉和具有平均颗粒尺寸为2－10μm的银粉组成的混合物，所述聚氨酯水分散体是一种由至少两种聚氨酯水分散体组成的混合物。

Description

导电漆组合物和由其制得的用于电磁波屏蔽的导电膜
技术领域
本发明涉及一种用于电磁波屏蔽的导电漆组合物、一种由所述组合物制得的用于电磁波屏蔽的导电膜、和一种含有所述导电膜的用于电磁波屏蔽的基片。特别地，本发明涉及具有优异导电性、粘度、基片粘着性、耐磨性和耐久性的导电漆组合物，它含有作为导电物质的金属粉末和一种聚氨酯水分散体。
背景技术
据报导，一般而言，由各种电子设备如移动通讯终端、笔记本电脑、商业设备、医疗设备等的内部元件产生的电磁波，会引起各种各样的疾病，诸如头痛、部分丧失视力、白血病、脑瘤、循环异常、生殖功能下降和VDP综合症。为此，人们对于电磁波对人体的有害影响的关注，正日益提高。而且，由于设备集成程度随着电子产品重量变轻趋势提高，由电子产品的单个元件产生的电磁噪音常常会引发周围设备的误操作，导致这些设备中的干扰。
所以，最近，对于由家庭、商业和工业电子产品如计算机、无线电话、汽车、医疗设备和多媒体装置产生的电磁波的屏蔽标准，变得更为严格，而且，对于电磁干扰(EMI)和无线电频率干扰(RFI)的发射的限制，也变得更严厉。为此，屏蔽各种电子设备和部件的电磁波发射的方法，正成为将来研究的一项重要主题。
如本领域技术人员所知晓的，屏蔽电磁波的常用方法包括镀敷、真空汽相淀积和喷涂。采用镀敷屏蔽电磁波的方法，业已经使用限长时间，但是，它存在一些问题，因为它提高了生产成本，使生产工艺复杂化，并且引发环境污染。所以，需要对这种方法进行改进。
同时，采用真空汽相淀积屏蔽电磁波的方法，仅可用于非常有限的应用之中，因为它招致高的成本并存在长期可靠性的问题。相反，采用喷涂金属粉末屏蔽电磁波的技术，现在得到广泛应用，因为它易于使用且不会引起环境问题。
喷涂法包括采用一种含有胶粘树脂和导电金属的混合物的涂布液涂敷基片。由喷涂法得到的导电涂膜需要具有优异导电性、基片粘着性和耐磨性，并且，即使在各种不同环境中其初始物理性能也不会发生变化。特别地，即使在电子设备的流通和使用过程中遇到变化的气候，涂敷在电子设备内表面上的导电膜其初始物理性能也应当不发生变化。当涂敷在基片上的导电膜的导电性或粘着性由于气候变化而变差时，就会引起电子设备的功能失效。为此，导电膜的耐久性是一个必要的物理性能。
发明内容
因此，本发明努力满足本发明所属技术领域的技术要求，本发明的一个目标是提供一种具有优异耐久性的导电漆组合物，它含有一种具有精细颗粒尺寸的涂银铜粉，并因而能形成一种更致密的导电膜。
本发明另一个目标是提供一种用于电磁波屏蔽的导电膜，它具有优异的电磁屏蔽性能和耐久性，所以，当被涂敷到电子设备上时，即使在电子设备流通和使用过程中可能会发生的气候变化情形，它仍将能保持其初始物理性能。
本发明又一个目标是提供一种用于电磁波屏蔽的基片，它含有上述的导电膜，并因而表现出优异的电磁波屏蔽作用。
为了实现上述目标，一方面，本发明提供一种含有聚氨酯水分散体、金属粉末、溶剂和流变控制剂的导电漆组合物，其中，所述金属粉末可以是具有平均颗粒尺寸(D50)为2-20μm的涂银铜粉，或者是一种由所述涂银铜粉和具有平均颗粒尺寸(D50)为2-10μm的银粉组成的混合物，所述聚氨酯水分散体是一种由至少两种聚氨酯水分散体组成的混合物。
另一方面，本发明提供一种用于电磁波屏蔽的导电膜，它是由本发明所述导电漆组合物制备得到的。
又一方面，本发明提供一种用于电磁波屏蔽的基片，它含有本发明所述导电膜。
具体实施方式
本发明的上述和其它目标、特征和优点，可从下述的详细说明和优选实施方式得到更清楚的理解。
本发明所述导电漆组合物含有聚氨酯水分散体、金属粉末、溶剂和流变控制剂。
本发明所述导电漆组合物优选含有：1-60wt％的聚氨酯水分散体、10-60wt％的金属粉末、10-60wt％的溶剂和5-20wt％的流变控制剂。
在下文中，将对本发明所述导电漆组合物的每种成分作详细描述。
至于本发明所述导电漆组合物中的金属粉末，具有精细颗粒尺寸的涂银铜粉优选是单独使用或以一种与银粉的混合物形式使用。
银粉主要用于现有导电漆之中，用于屏蔽电子设备如移动电话的电磁波，这些电子设备由于它们的小尺寸和集成电路而易于发射电磁波。银粉具有优异导电性的优点，但是存在着一个问题，因为与其它材料相比它是昂贵的，从而导致整个工艺成本的提高。同时，铜粉具有低成本的优点，但是它也存在着一个问题，因为它降低了导电膜的耐久性，所以它难于在实际应用中使用。
为此，在现有技术中，人们试图通过使用涂银铜粉作为金属粉末来解决这个问题。但是，在此努力中，当使用具有平均颗粒尺寸(D50)为30-50μm的薄片粉时，则采用含有这种薄片粉的导电漆组合物制备导电膜会引发问题，因为导电膜表面是粗糙的，且其耐久性降低。
在本发明中，为了一次性将所有这些问题解决，具有最佳颗粒尺寸(D50)范围为2-20μm的涂银铜粉，优选单独使用或以一种与具有平均颗粒尺寸为1-10μm银粉的混合物形式使用。更优选地，具有平均颗粒尺寸为8-20μm的涂银铜粉单独使用或以一种与具有平均颗粒尺寸为4-10μm银粉的混合物形式使用。
如果使用具有平均颗粒尺寸小于2μm的涂银铜粉，则使用铜粉的经济效果，就会由于这种金属粉末成本的快速增长而不能实现，如果使用具有平均颗粒尺寸大于20μm的涂银铜粉，则涂敷导电膜的表面会变粗糙，且其耐久性会降低，如上所述。
可用于本发明之中的涂银铜粉的具体实例包括(但不限于这些)：AgCu-400、AgCu-500和AgCu-550(可从Ferro Corp.，USA购得)。可用于本发明之中的银粉的具体实例包括(但不限于这些)：SF-70A、SF-9ED和SF-9(Ferro Corp.，USA)和SF-162(HRP Co.)。
当使用由所述具有规定颗粒尺寸的涂银铜粉和所述银粉组成的混合物作为本发明的金属粉末时，所述涂银铜粉与所述银粉的混合比例，优选是在99∶1-30∶70(w/w)的范围之内。如果在所述金属粉末混合物中涂银铜粉比例小于30重量％，则通过使用涂银铜粉获得的经济效果就不能实现。
而且，本发明导电漆组合物中的金属粉末，可在采用C4-C22脂肪酸的表面处理之后使用。使用其表面业已经采用脂肪酸处理的金属粉末是有利的，因为这种金属粉末可以避免被氧化，并且对胶粘树脂具有提高的亲合性。可用于本发明的脂肪酸实例包括(但不限于这些)油酸、硬脂酸等。
金属粉末的用量，优选占本发明导电漆组合物总重量的10-60wt％。如果金属粉末用量小于10wt％，则所述组合物的导电性会变差，如果其用量大于60wt％，则所述组合物的生产成本会增加。
至于本发明导电组合物的另一种成分聚氨酯水分散体，可以使用一种由至少两种聚氨酯水分散体组成的混合物。
优选地，可以使用一种由至少一种通过使异氰酸酯与具有芳族结构的聚酯基多元醇反应获得的聚氨酯分散体(A)和至少一种通过使异氰酸酯与具有脂族结构的聚酯基多元醇反应获得的聚氨酯分散体(B)组成的混合物。
在这点上，分散体(A)与(B)的混合比例，优选是在70∶30-20∶80(w/w)范围内，并且聚氨酯分散体中固含量为1-50wt％。如上所述的至少两种具有不同结构的聚氨酯分散体的组合使用，较单一聚氨酯分散体的使用，能改善粘着性和耐盐水性。
出售的用作聚氨酯分散体(A)的产品包括(但不限于这些)：PS-3和PS-6(Ortec Inc.)和SANCURE 1591(Noveon Inc.)，出售的用作聚氨酯分散体(B)的产品包括(但不限于这些)：SANCURE 12954和SANCURE 2715(Noveon Inc.)和Neorez-R-9679(Avecia Inc.)。
聚氨酯分散体的用量，优选为本发明导电漆组合物总重量的1-60wt％。如果聚氨酯分散体用量小于1wt％，则所述组合物对基片的粘着性和耐磨性就会变差，如果其用量大于60wt％，则它会引起电阻增加。
至于本发明导电漆组合物的另一种成分溶剂，可以使用至少一种选自由下述物质组成的组中的物质：甲醇、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、甲基吡咯烷酮、丙酮、甲基溶纤剂、乙基溶纤剂和丁基溶纤剂。
溶剂用量优选为本发明导电漆组合物总重量的10-60wt％。
本发明导电漆组合物的另一种成分流变控制剂，可为一种丙烯酸聚合物，但不限于此。出售的用作流变控制剂的具体实例包括(但不限于这些)EX-2和C676(Carbopol)和Rheolate 5000(Rhenox)。
流变控制剂优选以糊剂形式使用。以糊剂形式使用流变控制剂，能防止流变控制剂聚集，当以粉末形式使用时就会发生聚集。所述流变控制剂可按照现有技术已知的任意常规方法制成糊剂。
所述流变控制剂用量，优选为本发明导电漆组合物总重量的5-20wt％，优选为8-15wt％。如果所述流变控制剂用量小于5wt％，则将会发生金属粉末沉淀，如果其用量大于20wt％，则它将会引起电阻增加。
同时，如果需要，本发明导电漆组合物还可含有0.1-10wt％的其它添加剂，如流平剂和分散剂，只要它们不对本发明产生不利影响即可。
经此制备得到的本发明导电漆组合物，通过涂敷移动电话、PDA、笔记本电脑、汽车导航装置、GPS装置等的塑料外壳(由聚碳酸酯或碳酸酯混合物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯混合物等组成)，可用于屏蔽电磁波的目的。
在下文中，通过使用实施例，将对本发明作更详细的描述。但是，要说明的是，这些实施例仅是为例证说明目的给出，不能理解为对本发明范围的限制。
制备流变控制剂(Carbopol EZ-2)的糊剂
按照下述方式制备一种用于本发明的流变控制剂。
将950g乙醇放入到一个特定容器中，接着向其中添加20g的Carbopol EZ-2，同时采用高速搅拌器以700rpm周速进行搅拌。在以800rpm周速搅拌30分钟后，采用30g的EthomeenC-25(Akzo)对该溶液进行中和。在添加胺之后，混合物以1000rpm周速搅拌1小时，从而制备得到流变控制剂的糊剂。
实施例1
向Dispermat D-51580模型(VMA GETZMANN GMBH)中加入70g聚氨酯水分散体，该分散体是由SANCURE 12954(Noveon Inc.，USA)和REACTISOL PS-3(Ortec Inc.，USA)以2∶1(w/w)组成的混合物。接着，加入125g具有平均颗粒尺寸(D50)为8-15μm的商购涂银铜粉(AgCu-550；Ferro Corp.，USA)，混合物以2000rpm周速搅拌30分钟。向该搅拌溶液中加入245g乙醇，接着以500rpm周速搅拌10分钟。向所得溶液中加入60g上述制得的Carbopol糊剂，以1000rpm周速搅拌30分钟，同时控制该溶液的粘度。
所制得的样品在100vol％乙醇中稀释，将稀释液喷涂到聚碳酸酯薄板(15cm宽×6cm长×2mm厚)，至干燥涂层厚度为12.5μm。涂敷样品在干燥炉中于60℃干燥15分钟。对所得涂敷样品的物理性能进行评价，所得结果如下述表1所示。
实施例2
向Dispermat D-51580模型(VMA GETZMANN GMBH)中加入85g聚氨酯水分散体，该分散体是由SANCURE 12954(Noveon Inc.，USA)和REACTI SOL PS-3(Ortec Inc.，USA)以2∶1(w/w)组成的混合物。接着，向其中加入100g商购银粉(SF-70A；Ferro Corp.，USA)和100g具有平均颗粒尺寸(D50)为8-15μm的商购涂银铜粉(AgCu-550；Ferro Corp.，USA)，混合物以2000rpm周速搅拌30分钟。向该搅拌溶液中加入140g乙醇，接着以500rpm周速搅拌10分钟。向所得溶液中加入75g上述制得的Carbopol糊剂，以1000rpm周速搅拌30分钟，同时控制该溶液的粘度。
所制得的样品在100vol％乙醇中稀释，将稀释液喷涂到聚碳酸酯薄板(15cm宽×6cm长×2mm厚)，至干燥涂层厚度为12.5μm。涂敷样品在干燥炉中于60℃干燥15分钟。对所得涂敷样品的物理性能进行评价，所得结果如下述表1所示。
对比例1
重复实施例1的步骤，不同之处在于使用一种具有平均颗粒尺寸(D50)为35μm的商购涂银铜粉(AgCu-250；Ferro Co.，USA)作为所述金属粉末。
对比例2
重复实施例2的步骤，不同之处在于使用100g商购银粉(SF-70A；Ferro Corp.，USA)和100g具有平均颗粒尺寸(D50)为45μm的商购涂银铜粉(AgCu-200；Ferro Co.，USA)作为所述金属粉末。
对比例3
重复实施例1的步骤，不同之处在于单独使用SANCURE12954(Noveon Inc.，USA)作为所述聚氨酯水分散体。
对比例4
重复实施例1的步骤，不同之处在于单独使用REACTISOL PS-3(Ortec Inc.，USA)作为所述聚氨酯水分散体。
对比例5
重复实施例1的步骤，不同之处在于单独使用SANCURE12954(Noveon Inc.，USA)作为所述聚氨酯水分散体和使用一种具有平均颗粒尺寸(D50)为35μm的涂银铜粉(AgCu-250；Ferro Corp.，USA)作为所述金属粉末。
                                           (表1)
  电阻   粘着性
  实施例1   0.050   5B
  实施例2   0.015   5B
  对比例1   0.050   5B
  对比例2   0.015   5B
  对比例3   0.050   2B
  对比例4   0.050   2B
  对比例5   0.060   1B
[物理性能评价]
*电阻：采用万用表以单位面积的表面电阻评价。
*粘着性：采用ASTM D3359评价。
对实施例1-2和对比例1-5获得的导电膜的耐久性进行评价，结果如下述表2所示。
*高温和高湿度时的性能：在85℃和85％RH条件下存在72小时后进行评价。
*抗热冲击性能：在20次循环后进行评价，每次循环由在-20℃1小时和在80℃1小时组成。
*耐盐水性：在放置于25℃的5％盐水中72小时和接着于60℃干燥20分钟后进行评价。
                              (表2)
  初始物理性能(在干燥后)   高温和高湿度时的物理性能 抗热冲击性能 耐盐水性
  电阻   粘着性   电阻   粘着性   电阻   粘着性   电阻   粘着性
 实施例1   0.050   5B   0.050   5B   0.050   5B   0.050   5B
 实施例2   0.015   5B   0.015   5B   0.015   5B   0.015   5B
 对比例1   0.050   5B   0.200   0B   0.080   4B   0.200   0B
 对比例2   0.015   5B   0.100   1B   0.020   4B   0.100   1B
 对比例3   0.050   2B   0.200   1B   0.080   2B   0.200   1B
 对比例4   0.050   3B   0.200   1B   0.080   3B   0.200   1B
 对比例5   0.050   4B   0.300   1B   0.100   3B   0.300   1B
如表2所示，由含有平均颗粒尺寸为30-50μm的涂银铜粉的现有导电漆膜制备得到的导电膜，在经过耐久性评价之后表现出电阻增加和粘着性降低。相反，由含有平均颗粒尺寸为2-20μm的涂银铜粉的导电漆膜制备得到的本发明导电膜，在经过耐久性评价之后仍保持它们的初始物理性能。而且，使用一种通过聚合具有芳族结构的聚酯基多元醇获得的聚氨酯分散体和通过聚合具有脂族结构的聚酯基多元醇获得的聚氨酯分散体的混合物的情形，与聚氨酯分散体单独使用的情形相比，具有优异的粘着性和耐盐水性。
如上面的详细描述可知，由本发明导电漆组合物制备得到的导电膜，具有优异的电学性能和基片粘着性，并且在耐久性评价中其初始物理性能没有发生变化。这样，由本发明漆组合物制备得到的导电膜，能屏蔽从数个MHz到数个GHz的电磁波。因此，本发明的导电漆组合物能有效地解决由各种设备如移动通讯终端、笔记本电脑、汽车导航装置、商业设备和医疗设备之类的内部元件产生的电磁波引起的电磁干扰(EMI)和无线电频率干扰(RFI)问题。
虽然已经为例证说明的目的对本发明的优选实施方式进行了描述，但是，本领域技术人员多种改进、添加和替代都是可能的，只要不远离后附权利要求书所述的本发明范围和精神即可。

Claims (13)

1.一种导电漆组合物，含有聚氨酯水分散体、金属粉末、溶剂和流变控制剂，其中，所述金属粉末是一种具有平均颗粒尺寸为2-20μm的涂银铜粉或者是一种由所述涂银铜粉和具有平均颗粒尺寸为2-10μm的银粉组成的混合物，所述聚氨酯水分散体是一种由至少两种聚氨酯水分散体组成的混合物。
2.权利要求1所述导电漆组合物，其中，所述涂银铜粉的平均颗粒尺寸为8-20μm，且所述银粉的平均颗粒尺寸为4-10μm。
3.权利要求1所述导电漆组合物，其中，所述涂银铜粉与所述银粉的混合比例是99∶1-30∶70(w/w)。
4.权利要求1所述导电漆组合物，其中，所述金属粉末是用C4-C22脂肪酸进行表面处理过的。
5.权利要求1所述导电漆组合物，其中，所述聚氨酯水分散体是一种由至少一种通过使异氰酸酯与具有芳族结构的聚酯基多元醇反应获得的聚氨酯分散体(A)和至少一种通过使异氰酸酯与具有脂族结构的聚酯基多元醇反应获得的聚氨酯分散体(B)组成的混合物。
6.权利要求5所述导电漆组合物，其中，所述聚氨酯分散体(A)与所述聚氨酯分散体(B)的混合比例是70∶30-20∶80(w/w)。
7.权利要求1所述导电漆组合物，其中，所述聚氨酯分散体中的固含量是1-50wt％。
8.权利要求1所述导电漆组合物，其中，所述溶剂是至少一种选自由下述物质组成的组中的物质：甲醇、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、甲基吡咯烷酮、丙酮、甲基溶纤剂、乙基溶纤剂和丁基溶纤剂。
9.权利要求1所述导电漆组合物，其中，所述流变控制剂是一种丙烯酸聚合物。
10.权利要求9所述导电漆组合物，其中，所述流变控制剂呈糊剂形式。
11.权利要求1所述导电漆组合物，它含有：1-60wt％的聚氨酯水分散体；10-60wt％的金属粉末；10-60wt％的溶剂；和5-20wt％的流变控制剂。
12.由权利要求1-11任一所述导电漆组合物制备得到的用于电磁波屏蔽的导电膜。
13.一种用于电磁波屏蔽的基片，它含有权利要求12所述用于电磁波屏蔽的导电膜。
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