一种碳纳米管抗静电材料、浆料和薄膜及薄膜的制备方法与流程

文档序号：18906850发布日期：2019-10-18 22:50阅读：344来源：国知局

本发明属于抗静电薄膜技术领域，尤其涉及一种碳纳米管抗静电薄膜及其制备方法，以及一种碳纳米管抗静电材料，一种碳纳米管抗静电浆料。

背景技术：

随着科技的进步，当前大量的高分子材料不断涌现，在人们的生产和生活中高分子材料制品被广泛应用在很多日常用品上面，比如各类食品包装、电子器件等，从而大大地提高了人们的生产和生活质量。但是由于绝大部分高分子薄膜具有优异的绝缘性能，导电性很差，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，静电积累危害也日益凸显。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；同时静电放电瞬间释放出巨大的能量，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。因此，为避免电荷积累造成的危害，对抗静电型高分子制品的研制有重大的应用前景和市场需求。

目前，提升高分子制品抗静电性能常通过在高分子材料中添加碳纳米管等碳纳米材料。但是目前通过添加碳纳米管材料改善高分子材料导电性的方法还存在较多的缺陷，如：碳纳米管作为抗静电剂使用时，会存在碳纳米管分散不均匀，在高分子材料中分布不均，影响高分子材料的抗静电性能，导致其抗静电能力下降，而且易于脱落，使高分子材料稳定性差。为了增加碳纳米管的分散性，往往会在高分子材料中添加分散剂，但是分散剂会影响薄膜的附着力和表面电阻率。为较好的改善高分子材料的抗静电性能，往往需要添加较多的碳纳米管，影响高分子材料的透光率，也会出现大量黑点，限制高分子材料的应用范围。

技术实现要素：

发明要解决的问题

本发明实施例的目的在于提供一种碳纳米管抗静电薄膜的制备方法，旨在解决现有制备碳纳米管抗静电薄膜的方法分散效果不佳，往往需要添加分散剂，导电性能不佳等技术问题。

本发明实施例的再一目的在于提供一种碳纳米管抗静电浆料。

本发明实施例的另一目的在于提供一种碳纳米管抗静电薄膜。

解决问题的手段

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种碳纳米管抗静电薄膜的制备方法，包括以下步骤：

获取管长为100～500微米的碳纳米管、树脂和溶剂，将所述碳纳米管、所述树脂和所述溶剂混合均匀，得到碳纳米管树脂混合物；

对所述碳纳米管树脂混合物进行辊式研磨处理，得到研磨产物；

获取固化剂，将所述固化剂添加到所述研磨产物中，配制成固含量为70～85％的碳纳米管抗静电浆料；

将所述碳纳米管抗静电浆料制成碳纳米管抗静电薄膜。

优选地，所述碳纳米管、所述树脂和所述固化剂的质量比为(0.01～0.5)：(65～80)：(6～8)。

优选地，对所述碳纳米管树脂混合物进行辊式研磨处理的步骤包括：

在辊轮间隙为20～40微米的情况下，对所述碳纳米管树脂混合物进行辊式研磨处理5～10分钟；然后将所述辊轮间隙调节为0微米辊式研磨处理5～10分钟；再将所述辊轮间隙调节为5～10微米辊式研磨处理10～20分钟。

优选地，配制成固含量为70～85％的碳纳米管抗静电浆料：

将所述固化剂添加到所述研磨产物中搅拌均匀后，进行真空脱气处理，得到所述固含量为70～85％的碳纳米管抗静电浆料。

优选地，配制成固含量为70～85％的碳纳米管抗静电浆料：

获取固化剂和所述溶剂，将所述固化剂和所述溶剂添加到所述研磨产物中搅拌均匀后，进行真空脱气处理，得到所述固含量为70～85％的碳纳米管抗静电浆料。

优选地，将所述碳纳米管抗静电浆料制成碳纳米管抗静电薄膜：采用刮涂工艺，在刮刀间距为50～300微米的情况下，将所述碳纳米管抗静电浆料涂覆于基材上，干燥后得到所述碳纳米管抗静电薄膜。

优选地，所述碳纳米管选自：单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管；和/或，

所述树脂选自：环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯、有机硅树脂中任意一种；和/或，

所述固化剂选自：三乙烯四胺、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、二乙氨基丙胺中至少一种；和/或，

所述溶剂选自：丙酮、二甲苯、n-甲基吡咯烷酮中至少一种；和/或，

所述基材选自：聚酯膜、聚乙烯膜、聚氯乙烯、聚丙烯膜中一种。

相应地，一种碳纳米管抗静电材料，以所述碳纳米管抗静电材料的总质量为100％计，包括以下质量百分含量的原料组分：

管长为100～500微米的碳纳米管0.01～0.5％，

树脂65～80％，

固化剂6～8％，

余量为溶剂。

相应地，一种碳纳米管抗静电浆料，所述碳纳米管抗静电浆料包含上述碳纳米管抗静电材料，且所述碳纳米管抗静电浆料的固含量为70～85％。

相应地，一种碳纳米管抗静电薄膜，所述碳纳米管抗静电薄膜由上述碳纳米管抗静电薄膜的制备方法制得，或者所述碳纳米管抗静电薄膜以上述的碳纳米管抗静电材料作为原料制备获得，或者所述碳纳米管抗静电薄膜由上述的碳纳米管抗静电浆料涂布制得。

发明效果

本发明提供的碳纳米管抗静电薄膜的制备方法，以管长为100～500微米的碳纳米管、树脂、固化剂和溶液为原料，其中，管长为100～500微米的长链碳纳米管，单根碳纳米管或者碳纳米管阵列具有各向异性的导电性能，而少量的碳纳米管可以形成一层导电性能各向同性的高透光度、低面电阻的碳纳米管透明导电薄膜，从而使制得的碳纳米管抗静电薄膜具有优良的导电性能，能够及时传导电荷，避免电荷累积造成的危害。另外，本发明制备的碳纳米管抗静电薄膜中由于管长为100～500微米的碳纳米管同时具有优异的散热性能，因而本发明制备的碳纳米管抗静电薄膜不但具有优异的抗静电性能而且具有较好的散热效果。本发明通过辊式研磨处理等混料工艺，将碳纳米管、树脂、固化剂和溶液各原料混合形成固含量为70～85％的碳纳米管抗静电浆料均匀有机整体，该固含量的浆料有最合适的成膜性，再将浆料制成碳纳米管抗静电薄膜。通过辊式研磨处理工艺能使管长为100～500微米的长链碳纳米管均匀地分散在浆料中形成均匀地碳纳米管抗静电浆料，而不需要额外添加分散剂，避免了分散剂对薄膜的附着力和表面电阻率的影响，且该制备方法工艺简单，适用于工业化生产。

本发明提供的碳纳米管抗静电材料，以所述碳纳米管抗静电材料的总质量为100％计，包括0.01～0.5％的管长为100～500微米的碳纳米管，65～80％的树脂，6～8％的固化剂和溶剂。由于含有导电性能优异和较好散热性能的管长为100～500微米的长链碳纳米管，使该抗静电材料同样具有优异的导电性能，能够及时传导电荷，避免电荷累积造成的危害，散热效果好，且碳纳米管含量极低，材料透光率高。

本发明提供的碳纳米管抗静电浆料，一方面，由于包含有上述具有优异的导电性能，且碳纳米管含量极低的碳纳米管抗静电材料，因而，碳纳米管抗静电浆料也具有优异的导电性，能够及时传导电荷，避免电荷累积造成的危害，且浆料透光率好；另一方面，本发明碳纳米管抗静电浆料的固含量为70～85％，具有较好的成型性能，可直接制成抗静电薄膜或者其他形态的抗静电磨具，实用性广，便于利用。

本发明提供的碳纳米管抗静电薄膜由于含有上述性能优异的碳纳米管抗静电材料作为原料制备获得，或者通过上述碳纳米管抗静电浆料涂布制得，或通过上述碳纳米管抗静电薄膜的制备方法制得，因而具有优异的导电性能，能够及时传导电荷，避免电荷累积造成的危害，散热效果好，且碳纳米管含量极低，薄膜透光率高。

附图说明

图1是本发明实施例6提供的碳纳米管抗静电薄膜表面的扫描电镜图。

图2是本发明实施例6提供的碳纳米管抗静电薄膜截面的扫描电镜图。

图3是本发明实施例1～6提供的碳纳米管抗静电薄膜表面电阻率和透光率的测试图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明实施例提供了一种碳纳米管抗静电薄膜的制备方法，包括以下步骤：

s10.获取管长为100～500微米的碳纳米管、树脂和溶剂，将所述碳纳米管、所述树脂和所述溶剂混合均匀，得到碳纳米管树脂混合物；

s20.对所述碳纳米管树脂混合物进行研磨处理，得到研磨产物；

s30.获取固化剂，将所述固化剂添加到所述研磨产物中，配制成固含量为70～85％的碳纳米管抗静电浆料；

s40.将所述碳纳米管抗静电浆料制成碳纳米管抗静电薄膜。

本发明实施例提供的碳纳米管抗静电薄膜的制备方法，以管长为100～500微米的碳纳米管、树脂、固化剂和溶液为原料，其中，管长为100～500微米的长链碳纳米管，单根碳纳米管或者碳纳米管阵列具有各向异性的导电性能，而少量的碳纳米管可以形成一层导电性能各向同性的高透光度、低面电阻的碳纳米管透明导电薄膜，从而使制得的碳纳米管抗静电薄膜具有优良的导电性能，能够及时传导电荷，避免电荷累积造成的危害。另外，本发明制备的碳纳米管抗静电薄膜中由于管长为100～500微米的碳纳米管同时具有优异的散热性能，因而本发明制备的碳纳米管抗静电薄膜不但具有优异的抗静电性能而且具有较好的散热效果。本发明实施例通过辊式研磨处理等混料工艺，将碳纳米管、树脂、固化剂和溶液各原料混合形成固含量为70～85％的碳纳米管抗静电浆料均匀有机整体，该固含量的浆料有最合适的成膜性，再将浆料制成碳纳米管抗静电薄膜。通过辊式研磨处理工艺能使管长为100～500微米的长链碳纳米管均匀地分散在浆料中形成均匀地碳纳米管抗静电浆料，而不需要额外添加分散剂，避免了分散剂对薄膜的附着力和表面电阻率的影响，且该制备方法工艺简单，适用于工业化生产。

具体地，上述步骤s10中，获取管长为100～500微米的碳纳米管、树脂和溶剂，将所述碳纳米管、所述树脂和所述溶剂混合均匀，得到碳纳米管树脂混合物。本发明实施例以管长为100～500微米的长链碳纳米管为原料，通过搅拌等混合方式，将长链碳纳米管、树脂和溶剂混合均匀，得到混合物。其中，长链碳纳米管优异的导电性能，能有效改善抗静电薄膜的导电性能，及时传导薄膜中电荷，防止薄膜内静电荷积累造成危害。

在一些实施例中，获取管长为100～500微米的碳纳米管、树脂和溶剂后，采用磁力搅拌的方式，搅拌处理30～60分钟，将所述碳纳米管、所述树脂和所述溶剂混合均匀，得到碳纳米管树脂混合物。在一些实施例中，所述碳纳米管的管长可以是100～200微米、200～300微米、300～400微米或者400～500微米。

作为优选实施例，所述碳纳米管和所述树脂的质量比为(0.01～0.5)：(65～80)。本发明实施例以质量比为(0.01～0.5)：(65～80)获取管长为100～500微米的碳纳米管和树脂，由于本发明实施例采用的碳纳米管为管长为100～500微米的长链碳纳米管，相对于短链碳纳米管具有更好的导电性能，在同等导电性能的要求下，本发明实施例只需要添加极少量的管长为100～500微米的长链碳纳米管，即可使薄膜具有优异的导电性能，抗静电性能。不但降低了抗静电薄膜的原料成本，而且极少量的碳纳米管对抗静电薄膜透过率影响小，也有利于浆料分散均匀。

在一些实施列中，所述碳纳米管选自：单壁碳纳米管，或者多壁碳纳米管，或者单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的混合物。

作为优选实施例，所述树脂选自：环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯、有机硅树脂中任意一种。本发明实施例采用的环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯和有机硅树脂等树脂具有较好的粘接强度和耐化学性能，且无色透明，有利于制成高透光率的抗静电薄膜。

作为优选实施例，所述溶剂选自：丙酮、二甲苯、n-甲基吡咯烷酮中至少一种。本发明实施例选用的丙酮、二甲苯、n-甲基吡咯烷酮溶剂对树脂和碳纳米管均有较好的溶解，分散作用。

具体地，上述步骤s20中，对所述碳纳米管树脂混合物进行辊式研磨处理，得到研磨产物。本发明实施例采用辊式研磨处理工艺对碳纳米管树脂混合物进行研磨分散处理，使碳纳米管、树脂和溶剂形成分散均匀地研磨产物。

在一些实施例中，所述辊式研磨处理具体可以采用两辊研磨处理，三辊研磨处理，四辊研磨处理或者多辊研磨处理。

作为优选实施例，对所述碳纳米管树脂混合物进行研磨处理的步骤包括：在辊轮间隙为20～40微米的情况下，对所述碳纳米管树脂混合物进行辊式研磨处理5～10分钟；然后将所述辊轮间隙调节为0微米辊式研磨处理5～10分钟；再将所述辊轮间隙调节为5～10微米辊式研磨处理10～20分钟。本发明实施例对所述碳纳米管树脂混合物分三阶段进行辊式研磨处理，通过辊式研磨的剪切力将团聚在一起的碳纳米管剥离、撕拉开，使每根碳纳米管根根分散在浆料中，使碳纳米管、树脂和溶剂的混合物中各组份分散均匀，形成有机均匀分散的研磨产物，更好的发挥碳纳米管的导电性能。首先，在辊轮间隙为20～40微米的情况下，对所述碳纳米管树脂混合物进行辊式研磨处理5～10分钟，将碳纳米管、树脂和溶剂初步分散均匀，让树脂等组分软化，更有利于辊式研磨处理。然后将所述辊轮间隙调节为0微米研磨处理5～10分钟，通过无间隙的辊式研磨处理，强有力的破坏碳纳米管之间的额范德华力，使碳纳米管根根均匀地分散在浆料中。再将所述辊轮间隙调节为5～10微米辊式研磨处理10～20分钟，使混合物中各组分之间进一步分散均匀，尤其是碳纳米管在混合物中整体分散均匀。

作为更优选实施例，对所述碳纳米管树脂混合物进行研磨处理的步骤包括：在辊轮间隙为20～40微米的情况下，对所述碳纳米管树脂混合物进行三辊研磨处理5～10分钟；然后将所述辊轮间隙调节为0微米三辊研磨处理5～10分钟；再将所述辊轮间隙调节为5～10微米三辊研磨处理10～20分钟。

具体地，上述步骤s30中，获取固化剂，将所述固化剂添加到所述研磨产物中，配制成固含量为70～85％的碳纳米管抗静电浆料。本发明实施例通过在研磨产物中添加固化剂，混合调制成固含量为70～85％的碳纳米管抗静电浆料，使浆料碳纳米管抗静电浆料有最合适的成膜效果。

作为优选实施例，所述配制成固含量为70～85％的碳纳米管抗静电浆料的步骤包括：将所述固化剂添加到所述研磨产物中搅拌均匀后，进行真空脱气处理，得到碳纳米管抗静电浆料。本发明实施例通过磁力、机械等搅拌方式，将固化剂分散到已经分散均匀地研磨产物中，然后通过真空脱气将浆料中的气泡排除，避免浆料中的气泡在薄膜制作过程中在薄膜上形成气孔影响薄膜整体性能。

在一些实施例中，所述配制成固含量为70～85％的碳纳米管抗静电浆料的步骤包括：获取固化剂和所述溶剂，将所述固化剂和所述溶剂添加到所述研磨产物中搅拌均匀后，进行真空脱气处理，得到所述固含量为70～85％的碳纳米管抗静电浆料。本发明实施例在获取固化剂对研磨产物的进行调节的同时，可根据实际需要获取溶剂添加到研磨产物中，使获得的碳纳米管浆料有最佳的固含量和成膜性能。

作为优选实施例，所述碳纳米管、所述树脂和所述固化剂的质量比为(0.01～0.5)：(65～80)：(6～8)。本发明实施例碳纳米管、所述树脂和所述固化剂的质量比使浆料有最佳的成膜固化效果，使制得的薄膜性能稳定。

作为优选实施例，所述固化剂选自：三乙烯四胺、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、二乙氨基丙胺中至少一种。本发明实施例采用的三乙烯四胺、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺和二乙氨基丙胺固化剂，对环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯或有机硅树脂有较好的交联固化作用，形成网状立体结构聚合物薄膜，将碳纳米管均匀地包络在树脂的网状体之中，增强薄膜为稳定性、导电性。

具体地，上述步骤s40中，将所述碳纳米管抗静电浆料制成碳纳米管抗静电薄膜。作为优选实施例，采用刮涂工艺，在刮刀间距为50～300微米的情况下，将所述碳纳米管抗静电浆料涂覆于基材上，干燥后得到所述碳纳米管抗静电薄膜。本发明实施例通过刮涂的方式将碳纳米管抗静电浆料制成碳纳米管抗静电薄膜，操作灵活方面。

作为优选实施例，所述基材选自：聚酯膜、聚乙烯膜、聚氯乙烯、聚丙烯膜中一种。本发明实施例采用聚酯膜、聚乙烯膜、聚氯乙烯、聚丙烯膜作为基材，具有优异的物理机械性能，化学性能及尺寸稳定，透明度等光学性能。

在一些实施例中，所述碳纳米管选自：单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管；所述树脂选自：环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯、有机硅树脂中任意一种；所述固化剂选自：三乙烯四胺、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、二乙氨基丙胺中至少一种；所述溶剂选自：丙酮、二甲苯、n-甲基吡咯烷酮中至少一种；所述基材选自：聚酯膜、聚乙烯膜、聚氯乙烯、聚丙烯膜中一种。

本发明实施例还提供了一种碳纳米管抗静电材料，以所述碳纳米管抗静电材料的总质量为100％计，包括以下质量百分含量的原料组分：

管长为100～500微米的碳纳米管0.01～0.5％，

树脂65～80％，

固化剂6～8％，

余量为溶剂。总质量为100％计，包括0.01～0.5％的管长为100～500微米的碳纳米管，65～80％的树脂，6～8％的固化剂和溶剂。由于含有导电性能优异和较好散热性能的管长为100～500微米的长链碳纳米管，使该抗静电材料同样具有优异的导电性能，能够及时传导电荷，避免电荷累积造成的危害，散热效果好，且碳纳米管含量极低，节能降本。

在一些实施例中，以所述碳纳米管抗静电材料的总质量为100％计，包括以下质量百分含量的原料组分：

0.01～0.5％的管长为100～500微米的单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管，

65～80％的选自环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯、有机硅树脂中的任意一种树脂，

6～8％的选自三乙烯四胺、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、二乙氨基丙胺中至少一种的固化剂，

以及余量的选自丙酮、二甲苯、n-甲基吡咯烷酮中至少一种的溶剂。

相应地，本发明实施例还提供了一种碳纳米管抗静电浆料，其特征在于，所述碳纳米管抗静电浆料包含上述碳纳米管抗静电材料，且所述碳纳米管抗静电浆料的固含量为70～85％。

本发明实施例提供的碳纳米管抗静电浆料，一方面，由于包含有上述具有优异的导电性能，且碳纳米管含量极低的碳纳米管抗静电材料，因而，碳纳米管抗静电浆料也具有优异的导电性，能够及时传导电荷，避免电荷累积造成的危害，且浆料透光率好；另一方面，本发明实施例碳纳米管抗静电浆料的固含量为70～85％，具有较好的成型性能，可直接制成抗静电薄膜或者其他形态的抗静电磨具，实用性广，便于利用。

本发明实施例还提供了一种碳纳米管抗静电薄膜，所述碳纳米管抗静电薄膜由上述碳纳米管抗静电薄膜的制备方法制得，或者所述碳纳米管抗静电薄膜以上述的碳纳米管抗静电材料作为原料制备获得，或者所述碳纳米管抗静电薄膜由上述的碳纳米管抗静电浆料涂布制得。

本发明实施例提供的碳纳米管抗静电薄膜由上述性能优异的碳纳米管抗静电材料作为原料制备获得，或者通过上述碳纳米管抗静电浆料涂布制得，或通过上述碳纳米管抗静电薄膜的制备方法制得，因而具有优异的导电性能，能够及时传导电荷，避免电荷累积造成的危害，散热效果好，且碳纳米管含量极低，薄膜透光率高。

为使本发明上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本发明实施例碳纳米管抗静电薄膜的进步性能显著的体现，以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。

实施例1

本发明实施例提供一种碳纳米管含量为0.01％的抗静电薄膜，通过以下步骤制得：

s10.秤取0.015g(0.01％)的200μm长的多壁碳纳米管，加入到100g的环氧树脂中，加入12.5g丙酮溶剂，放入烧杯中，采用磁力搅拌均匀，此处搅拌时间30min左右，肉眼看起来均匀即可，得到碳纳米管树脂混合物。

s20.将混合均匀的碳纳米管树脂混合物放入三辊研磨机中，先将三辊间隙调节到30μm运行5min；接着，将间隙调整到0μm运行30遍；最后，调节到5μm再运行10min，得到研磨产物。

s30.将研磨产物，加入10g的三乙烯四胺固化剂，以及27.5g的丙酮溶剂。配置成固含量为80％的碳纳米管/树脂混合物，在真空状态下脱泡30min，得到碳纳米管抗静电浆料。