CN114958062B - 环保碳纳米管抗静电剂及膜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了环保碳纳米管抗静电剂及膜，其中抗静电剂的组成包括，以重量份数计：1～5份碳纳米管，所述碳纳米管至少包括单壁碳纳米管，所述单壁碳纳米管的直径为4‑5nm,长度为100nm‑2μm，单壁碳纳米管为氮掺杂碳纳米管，其中氮原子占比为0.5‑2％；3～5份水性树脂；0.4～2份分散剂；90～98份水。本发明通过优化产品的组成，改善了产品的涂布性能和电导性能，且在生产应用过程中无VOC排放，环境友好性强。

Description

环保碳纳米管抗静电剂及膜
技术领域
本发明是关于电子材料技术，特别是关于一种环保碳纳米管抗静电剂及膜。
背景技术
膜类在模切加工或使用过程中会积累静电，当大量积累静电时候，会对仓库或者设备产生危害，容易发生火灾。当电子行业使用保护膜等膜类时，当静电大量积累电压过大，容易击穿电子设备，导致电子设备瘫痪损坏。静电会吸附空气中的灰尘杂质，因此在需要干净的环境中需要除去物体表面的静电，在物体表面喷涂或直涂一层抗静电剂则可以避免静电带来的影响，消除或减少静电带来的危害。
市面上用于膜类表面防静电的抗静电剂多数为油性抗静电剂，此类抗静电剂在制备过程中容易产生易挥发有机物，对制备人员和环境有一定的危害。在使用时还需加入其他的溶剂来进行涂布喷涂，使用不方便。
随着碳纳米管优良的导电性能被人们所熟知，科研工作者逐渐采用碳纳米管在水性树脂中分散的方式，制备水性的抗静电剂。例如专利CN 113913090 A公开了一种单壁碳纳米管和水性超支化聚酯树脂为主要材料的防静电涂料；专利CN 114106386 A公开了一种水性碳纳米管分散液和改性丙烯酸树脂乳液为主要材料的防静电层；专利CN 108192121 B公开了一种采用水性碳纳米管分散液和水性聚氨酯树脂为主要材料制成的防静电层；专利CN 109705384 A公开了一种采用水性聚氨酯树脂、水性聚噻吩分散液、水性碳纳米管分散液为主要材料制成的防静电层。这些技术大多采用直接搅拌混合的制备工艺，受限于碳纳米管的电导性能和分散性能等制成的抗静电剂稳定性不高；并且为了满足抗静电效果，使得配方中碳纳米管添加量过高，使得涂布后透光率下降，不太适合制造光学薄膜。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保碳纳米管抗静电剂及膜，通过优化产品的组成，改善了产品的涂布性能和电导性能，且在生产应用过程中无VOC排放，环境友好性强。。
为实现上述目的，本发明的实施例提供了环保碳纳米管抗静电剂，其组成包括，以重量份数计：1～5份碳纳米管，碳纳米管至少包括单壁碳纳米管，单壁碳纳米管的直径为4-5nm,长度为100nm-2μm；3～5份水性树脂；0.4～2份分散剂；90～98份水。优选的，这里的水为去离子水。
在本发明的一个或多个实施方式中，单壁碳纳米管为氮掺杂碳纳米管，其中氮原子占比为0.5-2％。
在本发明的一个或多个实施方式中，碳纳米管还包括多壁碳纳米管，多壁碳纳米管和单壁碳纳米管的质量比为1：(3-10)。
在本发明的一个或多个实施方式中，多壁碳纳米管的外径为20-50nm,长度为200nm-20μm。
在本发明的一个或多个实施方式中，碳纳米管表面还形成有黑磷结构。
在本发明的一个或多个实施方式中，黑磷结构为以单层黑磷形成于碳纳米管表面。
在本发明的一个或多个实施方式中，黑磷结构为将黑磷碎片与碳纳米管经湿法高速球磨得到。具体而言可以通过如下步骤得到：步骤一，称取适量的黑磷和不锈钢材质的球磨珠，混合后，在氩气气氛下进行第一次球磨，得到黑磷粉末；步骤二，将一定量的氮掺杂纳米管以及适量的***加入第一次球磨得到的黑磷粉末，***与固形物(包括氮掺杂纳米管以及黑磷粉末)的体积比为(0.5-1):1，充分混合后，在氩气气氛下进行第二次球磨，得到黑磷/纳米管复合材料。优选的，球磨珠可以选择直径10mm的均一珠；也可以选择体积比1:4的直径8mm的与直径10mm的混合珠。
在本发明的一个或多个实施方式中，步骤一中，黑磷与不锈钢球磨珠的磨体积比为1：(5-8)。优选地，黑磷与不锈钢球磨珠的磨料的体积比为1：6。
在本发明的一个或多个实施方式中，第一次球磨的时间为6-12小时，转速为400-600rpm。
在本发明的一个或多个实施方式中，步骤二中，物料与不锈钢球磨珠的磨体积比为1：(6-10)。优选地，黑磷与不锈钢球磨珠的磨料的体积比为1：8。
在本发明的一个或多个实施方式中，第二次球磨的时间为6-12小时，转速为400-600rpm。
在本发明的一个或多个实施方式中，水性树脂选自水性聚氨酯树脂如JF4015等、水性丙烯酸树脂如HANWHA S-20等、水性聚酯树脂如HZ-821等。
在本发明的一个或多个实施方式中，分散剂为醇胺分散剂。优选为丙烯酸醇胺盐类分散剂如W193-113等。
在本发明的一个或多个实施方式中，涂布用浆料可以为将分散剂、水性树脂、碳纳米管、20％的去离子水，按顺序加入到砂磨机中，研磨15～25min，制成浓缩浆料，然后再加入剩余80％的去离子水，在高速搅拌机中搅拌均匀，转速200～400rpm，时间10～15min，即制成所述环保碳纳米管抗静电剂，这可以是一种浆料形态。
在本发明的一个或多个实施方式中，膜，包括如前述的抗静电剂形成的抗静电层。如液晶显示器表面覆膜等。
与现有技术相比，根据本发明实施方式的环保碳纳米管抗静电剂及膜，以改性后的碳纳米管提供导电性能作为优化的抗静电剂，再加入树脂、分散剂以及水，按照一定比例调配，得到以环保型碳纳米管为体系的抗静电剂。本发明环保碳纳米管抗静电剂可以用辊涂、喷涂、印刷等多种用途涂布于PET、PVC以及塑料制品表面，不需要额外加入溶剂稀释，能够起到很好的抗静电效果。涂布于PET、PVC等透明性塑料薄膜类上不影响膜原本透明度。涂布后可以通过干燥，如进入100℃烘箱中2～3min烘干，即可得到一层抗静电涂层附在表面。本发明获得的抗静电涂层的表面电阻可以满足106～1011Ω，涂布效果好，且不影响膜类原本透明度，制备过程零VOC排放，利于环保。
具体实施方式
下面结合本发明的具体实施方式，对本发明技术方案进行示例性的详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
实施例11
本实施例的环保碳纳米管抗静电剂，其组成包括，以重量份数计：1份碳纳米管，碳纳米管为单壁碳纳米管，单壁碳纳米管的直径为4nm,长度为100nm；3份水性树脂JF4015；0.4份分散剂W193-113；90份水。优选的，这里的水为去离子水。
实施例12
本实施例的环保碳纳米管抗静电剂，其组成包括，以重量份数计：3份碳纳米管，碳纳米管为单壁碳纳米管，单壁碳纳米管的直径为5nm,长度为1μm；4份水性树脂HANWHA S-20；1份分散剂W193-113；95份水。优选的，这里的水为去离子水。
实施例13
本实施例的环保碳纳米管抗静电剂，其组成包括，以重量份数计：5份碳纳米管，碳纳米管为单壁碳纳米管，单壁碳纳米管的直径为4.5nm,长度为2μm；5份水性树脂HZ-821；2份分散剂W193-113；98份水。优选的，这里的水为去离子水。
实施例14
本实施例的环保碳纳米管抗静电剂，其组成包括，以重量份数计：1份碳纳米管，碳纳米管为单壁碳纳米管，单壁碳纳米管的直径为4nm,长度为100nm；3份水性树脂JF4015；0.4份分散剂W193-113；90份水。优选的，这里的水为去离子水。碳纳米管表面还形成有黑磷结构，黑磷结构为以单层黑磷形成于碳纳米管表面。
本实施例的黑磷结构为将黑磷碎片与碳纳米管经湿法高速球磨得到。具体包括如下步骤：步骤一，称取适量的黑磷和不锈钢材质的球磨珠，混合后，在氩气气氛下进行第一次球磨，得到黑磷粉末，黑磷与不锈钢球磨珠的磨体积比为1：5。第一次球磨的时间为6小时，转速为400rpm。步骤二，将一定量的氮掺杂纳米管以及适量的***加入第一次球磨得到的黑磷粉末，***与固形物(包括氮掺杂纳米管以及黑磷粉末)的体积比为0.5:1，物料与不锈钢球磨珠的磨体积比为1：6。充分混合后，在氩气气氛下进行第二次球磨，第二次球磨的时间为6小时，转速为400rpm，得到黑磷/纳米管复合材料。球磨珠选择直径10mm的均一珠。
实施例15
本实施例的环保碳纳米管抗静电剂，其组成包括，以重量份数计：3份碳纳米管，碳纳米管为单壁碳纳米管，单壁碳纳米管的直径为5nm,长度为1μm；4份水性树脂HANWHA S-20；1份分散剂W193-113；95份水。优选的，这里的水为去离子水。碳纳米管表面还形成有黑磷结构，黑磷结构为以单层黑磷形成于碳纳米管表面。
本实施例的黑磷结构为将黑磷碎片与碳纳米管经湿法高速球磨得到。具体包括如下步骤：步骤一，称取适量的黑磷和不锈钢材质的球磨珠，混合后，在氩气气氛下进行第一次球磨，得到黑磷粉末，黑磷与不锈钢球磨珠的磨体积比为1：6。第一次球磨的时间为9小时，转速为500rpm。步骤二，将一定量的氮掺杂纳米管以及适量的***加入第一次球磨得到的黑磷粉末，***与固形物(包括氮掺杂纳米管以及黑磷粉末)的体积比为0.7:1，物料与不锈钢球磨珠的磨体积比为1：8。充分混合后，在氩气气氛下进行第二次球磨，第二次球磨的时间为9小时，转速为500rpm，得到黑磷/纳米管复合材料。球磨珠选择体积比1:4的直径8mm的与直径10mm的混合珠。
实施例16
本实施例的环保碳纳米管抗静电剂，其组成包括，以重量份数计：5份碳纳米管，碳纳米管为单壁碳纳米管，单壁碳纳米管的直径为4.5nm,长度为2μm；5份水性树脂HZ-821；2份分散剂W193-113；98份水。优选的，这里的水为去离子水。碳纳米管表面还形成有黑磷结构，黑磷结构为以单层黑磷形成于碳纳米管表面。
本实施例的黑磷结构为将黑磷碎片与碳纳米管经湿法高速球磨得到。具体包括如下步骤：步骤一，称取适量的黑磷和不锈钢材质的球磨珠，混合后，在氩气气氛下进行第一次球磨，得到黑磷粉末，黑磷与不锈钢球磨珠的磨体积比为1：8。第一次球磨的时间为12小时，转速为600rpm；步骤二，将一定量的氮掺杂纳米管以及适量的***加入第一次球磨得到的黑磷粉末，***与固形物(包括氮掺杂纳米管以及黑磷粉末)的体积比为1:1，物料与不锈钢球磨珠的磨体积比为1：10。充分混合后，在氩气气氛下进行第二次球磨，第二次球磨的时间为12小时，转速为600rpm，得到黑磷/纳米管复合材料。球磨珠选择体积比1:4的直径8mm的与直径10mm的混合珠。
实施例21
本实施例与实施例11的区别仅在于：单壁碳纳米管为氮掺杂碳纳米管，其中氮原子占比为0.5％。
实施例22
本实施例与实施例12的区别仅在于：单壁碳纳米管为氮掺杂碳纳米管，其中氮原子占比为1％。
实施例23
本实施例与实施例13的区别仅在于：单壁碳纳米管为氮掺杂碳纳米管，其中氮原子占比为2％。
实施例24
本实施例与实施例14的区别仅在于：单壁碳纳米管为氮掺杂碳纳米管，其中氮原子占比为0.5％。
实施例25
本实施例与实施例15的区别仅在于：单壁碳纳米管为氮掺杂碳纳米管，其中氮原子占比为1％。
实施例26
本实施例与实施例16的区别仅在于：单壁碳纳米管为氮掺杂碳纳米管，其中氮原子占比为2％。
实施例31
本实施例与实施例21的区别仅在于：碳纳米管还包括多壁碳纳米管，多壁碳纳米管和单壁碳纳米管的质量比为1：3，多壁碳纳米管的外径为20nm,长度为200nmμm。
实施例32
本实施例与实施例22的区别仅在于：碳纳米管还包括多壁碳纳米管，多壁碳纳米管和单壁碳纳米管的质量比为1：7，多壁碳纳米管的外径为35nm,长度为5μm。
实施例33
本实施例与实施例23的区别仅在于：碳纳米管还包括多壁碳纳米管，多壁碳纳米管和单壁碳纳米管的质量比为1：10，多壁碳纳米管的外径为50nm,长度为20μm。
实施例34
本实施例与实施例24的区别仅在于：碳纳米管还包括多壁碳纳米管，多壁碳纳米管和单壁碳纳米管的质量比为1：3，多壁碳纳米管的外径为20nm,长度为200nmμm。
实施例35
本实施例与实施例25的区别仅在于：碳纳米管还包括多壁碳纳米管，多壁碳纳米管和单壁碳纳米管的质量比为1：7，多壁碳纳米管的外径为35nm,长度为5μm。
实施例36
本实施例与实施例26的区别仅在于：碳纳米管还包括多壁碳纳米管，多壁碳纳米管和单壁碳纳米管的质量比为1：10，多壁碳纳米管的外径为50nm,长度为20μm。
上表中的稳定性好不仅仅指涂层中各组成分散均一性好，同时具有良好的热冲击稳定性(以±20℃热冲击循环20次进行测试，抗静电涂层无明显形变、翘曲、剥离等缺陷)和耐高温抗老化稳定性(以50℃湿度85％下进行测试3000h，抗静电涂层无明显形变、脆化、剥离等缺陷)等。
包括而不限于上述实施例的抗静电剂，在涂布时，浆料可以为将分散剂、水性树脂、碳纳米管、20％的去离子水，按顺序加入到砂磨机中，研磨15～25min，制成浓缩浆料，然后再加入剩余80％的去离子水，在高速搅拌机中搅拌均匀，转速200～400rpm，时间10～15min，即可，具体的拌合过程可以视需求而定，这里不做具体限定而仅仅示例部分可行的举例。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (2)

1.一种环保碳纳米管抗静电剂，其组成包括，以重量份数计：
1～5份碳纳米管，所述碳纳米管至少包括单壁碳纳米管，所述单壁碳纳米管的直径为4-5nm,长度为100nm-2μm，所述单壁碳纳米管为氮掺杂碳纳米管，其中氮原子占比为0.5-2％；
3～5份水性树脂，所述水性树脂选自水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚酯树脂；0.4～2份分散剂，所述分散剂为醇胺分散剂；
90～98份水；
所述碳纳米管还包括多壁碳纳米管，所述多壁碳纳米管和所述单壁碳纳米管的质量比为1：(3-10)，所述多壁碳纳米管的外径为20-50nm,长度为200nm-20μm，
所述碳纳米管表面还形成有黑磷结构，所述黑磷结构为以单层黑磷形成于碳纳米管表面，所述黑磷结构为将黑磷碎片与所述碳纳米管经湿法高速球磨得到。
2.膜，包括如权利要求1所述的抗静电剂形成的抗静电层。
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