碳納米管透明導(dǎo)電涂料的制備及在吸塑片材的應(yīng)用

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1、碳納米管透明導(dǎo)電涂料的制備及在吸塑片材的應(yīng)用中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司中科時(shí)代納米事業(yè)部0、引言導(dǎo)電塑料廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)、汽車工業(yè)、石油煤炭等行業(yè)。提高塑料電導(dǎo)率、消除靜電的有效方法，是加入導(dǎo)電功能體，通過(guò)共混擠出改性降低體積電阻，或表面涂覆改性降低表面電阻，形成導(dǎo)電塑料。共混擠出改性的導(dǎo)電塑料，通常以碳材料為導(dǎo)電功能體，呈現(xiàn)黑色的外觀，不能滿足對(duì)彩色/透明、美觀、裝飾性的要求。用于表面涂覆改性的透明導(dǎo)電涂料正好能滿足這部分市場(chǎng)需求。透明導(dǎo)電涂料是新興的電子化學(xué)品材料，發(fā)展迅速，市場(chǎng)前景廣闊，非常值得關(guān)注。透明導(dǎo)電涂料最重

2、要的成分是透明導(dǎo)電功能體。物質(zhì)的透明性和導(dǎo)電性通常是矛盾的，兼具透明性和導(dǎo)電性的物質(zhì)是很稀少的?，F(xiàn)有的透明導(dǎo)電功能體主要有導(dǎo)電高分子聚噻吩和金屬氧化物如氧化銻錫、氧化銦錫。聚噻吩（PEDOT）具有透明度高、導(dǎo)電性好的優(yōu)勢(shì)，是導(dǎo)電涂料普遍使用的功能體。PEDOT以水分散液的形式供貨，以微球形態(tài)存在于水分散液中。PEDOT微球形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，在片材熱拉伸的吸塑加工中，不能變形，很難保持通暢，除非加大PEDOT微球的堆積密度。PEDOT微球主要是德國(guó)、比利時(shí)和韓國(guó)公司生產(chǎn)，價(jià)格昂貴。盡管PEDOT微球國(guó)產(chǎn)化程度正在提高，吸塑透明導(dǎo)電片

3、材的成本仍然較高。同時(shí)，PEDOT的結(jié)構(gòu)在紫外線、光熱等作用下容易變化，引起導(dǎo)電持久性下降。新型透明導(dǎo)電功能材料的研究開(kāi)發(fā)一直很受關(guān)注和重視。碳納米管（CNTs）是納米直徑、微米長(zhǎng)度、中空纖維狀結(jié)構(gòu)的一維納米材料，具有高強(qiáng)度高模量、高導(dǎo)電高導(dǎo)熱、長(zhǎng)徑比大的性能，小管徑的CNTs構(gòu)成的網(wǎng)格狀薄膜具有永久透明導(dǎo)電性。CNTs薄膜的透明導(dǎo)電性雖不及PEDOT優(yōu)秀，但CNTs形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，抗擊形變的能力非常強(qiáng)，吸塑前后的表面電阻，幾乎不會(huì)變化。同時(shí)，CNTs的價(jià)格較低、化學(xué)性能穩(wěn)定。CNTs是非常具有發(fā)展前途的透明導(dǎo)電功能體。本文研究

4、碳納米管透明導(dǎo)靜電涂料的制備及其在吸塑導(dǎo)電片材中的應(yīng)用。1、實(shí)驗(yàn)過(guò)程1.1實(shí)驗(yàn)原料高純単壁碳納米管TNS、羧基化高純単壁碳納米管TNSC、多壁碳納米管TNM2（外徑8-15nm），碳納米管水分散劑TNWDIS，中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司生產(chǎn)。北京某公司碳納米管產(chǎn)品，標(biāo)為S-1，平均外徑10nm。比利時(shí)某公司碳納米管產(chǎn)品，標(biāo)為S-2，平均外徑9.5nm。TNS、TNSC、TNM2、S-1、S-2都屬于小管徑碳納米管。PET薄膜，0.1mm厚，A4紙大小。PET片材，0.65mm厚，60cm寬。1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備Scientz-ⅡD

5、型超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)(寧波新芝生物科技股份有限公司)、SC-3614型低速離心機(jī)(安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司)、AFA-Ⅱ自動(dòng)涂膜器（上海普申化工機(jī)械有限公司）、高速凹版印刷機(jī)（江陰市匯通機(jī)械有限公司）、高速吸塑機(jī)（東莞南方電業(yè)機(jī)械）。1.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法（1）CNTs分散液制備。CNTs和TNWDIS在水介質(zhì)中共混，總量100g，然后在超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)中分散，所用超聲變幅桿為Φ6，輸出功率選擇為60%，超聲開(kāi)時(shí)間為3s，超聲關(guān)時(shí)間也為3s，超聲總時(shí)間設(shè)置為6×10min，分散液經(jīng)過(guò)低速離心機(jī)3000轉(zhuǎn)/分、60分鐘的沉降，如果

6、含固物的收率超過(guò)80%，則分散液制備合格，否則，增加TNWDIS的用量，重新分散，直至分散液離心沉降后收率達(dá)標(biāo)，分散液制備合格。制備各種CNTs的分散液。（2）CNTs薄膜的制備。把CNTs分散液通過(guò)自動(dòng)涂膜器，涂覆在PET薄膜上，烘干。然后將PET薄膜浸泡在濃硝酸中，氧化去除TNWDIS分散劑，15秒后取出水洗，烘干，制得CNTs薄膜。測(cè)試不同CNTs薄膜的透明導(dǎo)電性，選擇出制備透明導(dǎo)靜電涂料的碳納米管。（3）CNTs/PU薄膜的制備。把CNTs分散液和水性聚氨酯乳液混合后，通過(guò)自動(dòng)涂膜器涂覆在PET薄膜上，烘干，形成CNTs

7、/聚氨酯（PU）薄膜，測(cè)試涂層不同CNTs含量時(shí)薄膜透明導(dǎo)電性、涂層附著力，選擇出CNTs合適的含量。（4）CNTs透明導(dǎo)靜電涂料TNTC的配制及PET導(dǎo)電片材的加工?？紤]涂料的施工性能，如潤(rùn)濕性和粘度，通過(guò)在高速凹版印刷機(jī)上反復(fù)試驗(yàn)，配制涂料TNTC。高速凹版印刷機(jī)的凹版輥200目，進(jìn)片速度30米/分鐘。（5）PET導(dǎo)電片材的吸塑成型加工?？疾旖?jīng)過(guò)不同吸塑深度加工后，PET片材表面電阻及涂層附著力、硬度的變化。1.4性能表征QJ83-1型數(shù)字直流電橋（上海正陽(yáng)儀表廠）測(cè)試導(dǎo)電薄膜的方塊電阻（Ω/□），SL-030表面電阻測(cè)試儀

8、（斯萊德靜電測(cè)試儀器公司）測(cè)試導(dǎo)電片材的表面電阻（Ω），WGW光電霧度儀（上海物理光學(xué)儀器廠）測(cè)試導(dǎo)電薄膜的透光率，NDJ-5S數(shù)字式粘度計(jì)（上海尼潤(rùn)智能科技公司）測(cè)試涂料粘度，KrüssK100全自動(dòng)表面張力儀(德國(guó))測(cè)試涂料表面張力，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB9286