专利名称：一种新型防静电绝缘基材的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基材，具体为一种经中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶处理后具有防静电及绝缘性能的基材。
背景技术：
基材的材质可含括塑料类(如PMMA、PC、PP、PET、PVC、Epoxy板)、印刷电路板、橡胶类、金属类、烤漆金属板、有机材料、无机材料或以上材质的复合材料以及电子零件。这些基材在使用过程中，由于静电作用会吸附灰尘，影响基材的性能。目前采用的抗静电方法有2种1.减轻或抑制其起电；2.将产生的静电迅速泄漏以减少静电的大量积累。所采用的抗静电剂品种很多，按其化学组成和结构的不同以及其亲水基能否电离和电离后所带电荷性质的不同，可分为阴离子型、阳离子型、两性型、非离子型和高分子永久型抗静电剂。其中阳离子型抗静电剂抗静电效果优异，对高分子材料的附着力较强，但热稳定性差，且对热敏性树脂的热稳定性有不良影响，也存在不同程度的毒性或刺激性；高分子永久型抗静电剂，可使织物获柔软、润滑和防水功能，含亲水基的有机硅可抗静电。但是只适合用于腈纶、丙纶和涤纶的抗静电作用。
中国专利03209659.3中采用模具加工刻蚀网状细格的方法提供抗静电性能，具有一定的实用价值。但是性能比较单一，只能针对于橡胶板材，不利于推广。
随着信息电子产品日趋轻薄短小，对于绝缘的要求也是日益严苛，以变压器为例现有漆包线的在一般情形下可以在130～240℃长期工作，可耐高达10kV的电压，但在高频脉冲电压下则不然。当变压器要完成最后组装之前，为了防止在绕线时对绝缘层的破坏，此时必须使用凡立水将线圈以含浸法补强绝缘。但商用型凡立水目前可以在180℃级以上的并不多，而且近年来由于电子产品各种性能要求愈来愈高，所以对材料的特性也要求日益严苛，如抗湿性、抗化性、抗溶剂性、抗热性，因此凡立水已渐渐不敷使用，且一般的凡立水成分多为树酯，黏度较大，如果要降低黏度需使用专用溶剂或有机溶剂，对于操作人员及环境有潜在性的影响。
我国在新型防静电绝缘材料的材料开发研制工作，目前还处于起步阶段，市场上还没有成熟产品。中国专利02145325.X提到了一种生成亚导体防静电绝缘材料的方法，采用绝缘橡胶作为基材，配以导电性填充乙炔碳黑进行改性，既是绝缘体，又是对静电聚集提供泄漏的电气通道。但是该方法比较复杂，需要对现有的生产设备进行更换。
中国专利200410079425.2提供了一种基于聚合物塑料的绝缘材料，在燃烧状况下，稳定地混入含不同软化温度的玻璃类物质的玻璃颗粒。使得相应线路在燃烧状况下在确定持续的时间内仍可使用。但是该绝缘材料使用范围比较小，为了实现其功能，必须使用比较复杂的混合材料和相应的混合装置。
发明内容
本发明的目的在于弥补上述现有技术中应用方面的不足之处，提供一种可广泛应用的抗静电及绝缘基材，通过在基材表面涂饰一层含有二氧化钛(TiO2)溶胶的防静电绝缘材料，改变基材表面的电阻，使表面具有永久防静电及绝缘的特性。此防静电绝缘材料与有机及无机材料兼容性好、耐候性佳，而且制备方法简单，操作容易，成本低廉。
中性水基纳米二氧化钛(TiO2)纳米溶胶为介电陶瓷材料具有相当高的电阻系数，因此在一般状况下，介电陶瓷也常被视为绝缘体。所以只要将中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶涂布于基材表面且有一定厚度时，其绝缘性将会表现出来，又因可以形成一高介电层，可以改善闸间电场分布特性，又由于纳米二氧化钛的紧密堆积可使在空气中加速的电子减少，因而减少对绝缘层的破坏。因此中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶可以强化绝缘性能以及耐久性能，使得绝缘层不易被破坏。而且纳米二氧化钛的热传导效率较凡立水优异，虽然电晕是种冷放电，不像电弧产生大量的热，但是带电粒子的碰撞与吸收仍产生一定的热能，这些热量对绝缘的热化学降解有一定的破坏作用，所以可将一部分的热能藉由纳米絶缘层的传导而散逸，因而使耐热性有所提升。
本发明的技术方案是一种新型防静电绝缘基材，包括基材、基材表面涂布的溶胶涂层，其特征在于所用基材为印刷电路板、电子零件以及塑料类、橡胶类、金属类、烤漆金属板、有机材料、无机材料或以上材质的复合材料中的任一种；在基材表面涂布的溶胶涂层为中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶涂层。
将基材清洗干净后，以中性水基纳米二氧化钛(TiO2)的溶胶中进行表面涂布处理，经烘烤一定时间干燥成膜，制备出具有防静电及绝缘性能的基材。其特征在于以中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶涂布于基材表面并加热干燥成膜，该溶胶是pH值为6.5～9.5，不含有任何粘结剂的纳米二氧化钛(TiO2)溶胶，无毒无害，粒子尺度在0.1-100nm，处理后的基材膜层厚度为1nm-1μm，具有防静电、耐污易洁、防止粉尘沾附、抑制和减少基材表面静电荷产生、预防电器品电子电路尘爆及绝缘等特点。
本发明所采用的基材可选塑料类(如PMMA、PC、PP、PET、PVC、Epoxy板)、印刷电路板、橡胶类、金属类、烤漆金属板、有机材料、无机材料、以上材质的复合材料等的任一种以及电子零件。
其中中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶是利用四氯化钛或硫酸钛经溶解稀释后，浓度可为0.1～80.0％，以氨水调整至PH＝7.0～9.0之间产生氢氧化钛，经水洗过滤后，将氢氧化钛滤饼分散于水中，加入适量的氧化剂(包括，高锰酸钾(KMnO4)、重铬酸钾(K2Cr2O7)、铬酸钾(K2CrO4)、氯酸(KClO3)、高氯酸钾(KClO4)、次氯酸钾(KClO)、过氧化氢(H2O2)的其中一种或一种以上)，以30～300rpm的搅拌速度在温度50～90℃中持续加温1～48小时后，形成金属氧化物中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶，二氧化钛浓度介于0.01％～15％。
为了使中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶能均匀涂布于不同基材，可以依不同基材种类在体系中加入些表面活性剂，如含氟表面活性剂、含硅表面活性剂、非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂等；表面活性剂使用浓度介于0.1～10,000ppm。表面活性剂可以直接溶解于水中，再与中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶均匀搅拌混合即可。
本发明中基材以中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶涂布处理的方法可以采用刷涂法、提拉法、喷涂法的任一种进行表面涂布处理，经烘烤干燥成膜，其中干燥条件采低温制程，温度介于70～200℃，干燥时间为1分钟～24小时。
本发明中的基板以中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶涂饰处理后，在加热干燥下使纳米TiO2在基板表面成膜，不需太高温度，操作简单，时间短，而且牢度好。
本发明中利用TiO2薄膜的电阻介于106～1011Ω防静电材应用范围，在基材上涂饰一层TiO2薄膜后，可赋予材料表面具有防静电、耐污易洁、防止粉尘沾附、抑制和减少基材表面静电荷产生、预防电器品电子电路板尘爆及绝缘等特点。
具体实施例方式
实施例1制备防静电PC板(聚碳酸酯板)，操作方法采用提拉法，具体操作过程如下(1)将PC板清洗干净后，以提拉法浸泡在中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶中，然后将PC板垂直提起至脱离液面。这样就可以在PC板外表面附着一层溶胶膜；
(2)在100℃的烘箱内干燥成膜；(3)以磨擦产生静电，并以静电量测器测量PC板表面静电，静电值小于30V，以相同方法测试未经处理的PC板，则静电值大于1500V；(4)故以此法可制备出具有防静电性能的PC板。
实施例2制备防静电PMMA板(亚克力，Acrylics)，操作方法采用喷涂法，具体操作过程如下(1)将PMMA板清洗干净后，以喷涂法将中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶均匀喷涂于PMMA板上，这样就可以在PMMA板外表面附着一层溶胶膜；(2)在70℃的烘箱内干燥成膜；(3)以磨擦产生静电，并以静电量测器测量PMMA板表面静电，静电值小于50V，以相同方法测试未经处理的PC板，则静电值大于2200V；(4)故以此法可制备出具有防静电性能的PMMA板。
实施例3制备防静电无尘室隔间板(烤漆镀锌钢板或不锈钢钢板)，操作方法采用刷涂法，具体操作过程如下(1)将无尘室隔间板清洗干净后，以刷涂法将中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶，均匀的刷涂于无尘室隔间板表面。这样就可以在无尘室隔间板表面附着一层溶胶膜；(2)在150℃的烘箱内干燥成膜；(3)以磨擦产生静电，并以静电量测器测量隔间板表面静电，静电值小20V，以相同方法测试未经处理的隔间板，则静电值大于1300V；(4)故以此法可制备出具有防静电性能的隔间板。
实施例4制备绝缘印刷电路板，操作方法采用提拉法，具体操作过程如下(1)将印刷电路板表面清洗干净后，以提拉法浸泡在中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶中，然后将印刷电路板垂直提起至脱离液面。这样就可以在PC板外表面附着一层溶胶膜；(2)在100℃的烘箱内于燥成膜；(3)将印刷电路板放置于水中，并接通印刷电路板的电源使通电，观察印刷电路板仍能正常运作。以相同方法测试未经绝缘处理的印刷电路板，发现印刷电路板在水中发生短路无法运作；(4)故以此法可制备出具有绝缘性的印刷电路板。
本发明的新型防静电绝缘基材具有下列优点1.各种塑胶、无机材料、有机材料基板表面均可涂布中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶，使一般基材成为具有防静电及绝缘功能的基材。
2.中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶颗粒极细小，成膜迅速，附着力强，基材的外观不受影响。
3.中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶为中性纯水液态状，无毒无害，不会造成二次污染。
4.基材经中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶处理后，基材表面具有防静电、耐污易洁、防止粉尘沾附、抑制和减少基材表面静电荷产生、预防电器品电子电路板尘爆及绝缘等特点。
权利要求
1.一种新型防静电绝缘基材，包括基材、基材表面涂布的溶胶涂层，其特征在于所用基材为印刷电路板、电子零件以及塑料类、橡胶类、金属类、烤漆金属板、有机材料、无机材料或以上材质的复合材料中的任一种；在基材表面涂布的溶胶涂层为中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶涂层，中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶的制法是利用四氯化钛或硫酸钛经溶解稀释后，浓度可为0.1～80.0％，以氨水(NH4OH)调整至PH＝7.0～9.0之间产生氢氧化钛，经水洗过滤后，将氢氧化钛滤饼分散于水中，加入包括高锰酸钾(KMnO4)、重铬酸钾(K2Cr2O7)、铬酸钾(K2CrO4)、氯酸(KClO3)、高氯酸钾(KClO4)、次氯酸钾(KClO)、过氧化氢(H2O2)在内的一种或一种以上适量的氧化剂，以30～300rpm的搅拌速度在温度50～90℃中持续加温1～48小时后，形成金属氧化物中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶，二氧化钛浓度介于0.01％～15％。
2.如权利要求1所述的一种新型防静电绝缘基材，其特征在于在基材表面涂布的中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶涂层的粒子尺度在0.1-100nm；膜层厚度为1nm-1μm；薄膜的电阻介于106～1011Ω范围。
3.如权利要求1所述的一种新型防静电绝缘基板材，其特征在于基材清洗干净后，以中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶涂布处理的方法可以采用刷涂法、提拉法、喷涂法中的任一种进行表面涂布处理，经烘烤干燥成膜，其中干燥条件采低温制程，温度介于70～200℃，干燥时间为1分钟～24小时。
4.如权利要求1所述的中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶，为能使均匀涂布于不同基材，可以依不同基材种类在体系中加入些包括含氟表面活性剂、含硅表面活性剂、非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂在内的表面活性剂，表面活性剂使用浓度介于0.1～10,000ppm，表面活性剂可以直接溶解于水中，再与中性水基纳米二氧化钛(TiO2)溶胶均匀搅拌混合即可。
全文摘要
一种新型防静电绝缘基材，包括基材、基材表面涂布的溶胶涂层，其特征在于所用基材为印刷电路板、电子零件以及塑料类、橡胶类、金属类、烤漆金属板、有机材料、无机材料或以上材质的复合材料中的任一种，在基材表面涂布的溶胶涂层为中性水基纳米二氧化钛(TiO
文档编号H01B3/00GK1931951SQ20051002970
公开日2007年3月21日 申请日期2005年9月15日 优先权日2005年9月15日
发明者黄建国 申请人:泉耀新材料科技(上海)有限公司