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新型聚噻吩多功能包装材料

时间:2021-08-19 来源网站:平顶山化工机械网

新型聚噻吩多功能包装材料

聚噻吩(Polythiophenes,简称PTP)导电性高分子材料是近几年发展十分迅速的防静电材料,它在包装中的应用前景十分广阔。

防止带静电是国际上对电子产品等类包装材料提出的首要要求。可溶的导电聚噻吩(PTP)材料的发展,开辟了新的应用领域,即用它可制作用于薄膜的涂层。该涂层透明、耐磨、不腐蚀并具有控制静电的性能,可用于防静电包装。

1.防静电概要

1.1 100亿马克的损失

众所周知,静电放电(ESD)对小型化趋势越来越明显的数据处理系统和通讯系统类电子产品,几乎是一种普遍存在的危险。由文献可知,德国因为静电而引起的这一方面的损失高达100亿马克。

如果通过导电材料涂青敷或填充处理,把表面电阻降低到105—1011Ω范围内,则电荷可在控制下逸散,即可防止ESD危害。

1.2薄膜的防静电方法

包装薄膜防静电有多种方法,除了碳黑之外,采用导电高分子材料是行之有效的方法之一。聚(烷氧基)噻吩是迄今少数已知的特殊材料,它们以导电状态溶于某些有机溶剂,因而在原则上可易于进行加工。到1989年,一些文献只介绍了聚(烷氧基)噻吩基团中的聚(甲氧基)导电性差,并且仅有小的溶解度。

从1990年起,工程师开始系统地研究具有不同烷氧基的聚(烷氧基)噻吩。到了今天,人们可以用多种方法合成聚噻吩及其衍生物导电性新材料。如聚(α三联)噻吩,聚(乙炔)噻吩等等。

研究表明,在其压制件上测量的本征电导率都在10+2~10-4S/cm范围内。GPC分析表明,共轭导电性聚合物具有大约5~10个单体单元的较低平均分子量。当具有C1~C3烷氧基树脂的齐聚物溶于乙腈和其它偶极对质子惰性溶剂时,则表明苯是用于C12~C15烷氧基树脂的最适宜溶剂。

2.防静电薄膜制作工艺

2.1防静电涂层

科研人员从下列几个方面研究了聚(烷氧基)噻吩用作防静电涂层的适宜性:

——表面电阻

——可加工性(溶解度,可混合性)

——涂敷方法

——稳定性

2.2表面电阻

通过原材料的电导率σ[Ω-1cm-1=Scm-1]可确定表面电阻R(Ω)的大小

R=1/σ·1/d·a/b(1)

式中,d=涂层的厚度(cm),a和b是矩形检测试样的边或者使用的检测电极的宽度和距离,用cm表示(DIN53482)。在一个正方形表面上的电阻定义为正方形表面电阻R□。此时,a=b·R□值为 R□=1/σ·d(2) 根据公式2计算可知,一种导电良好的聚(烷氧基)噻吩材料,在d=250mm和σ=1S/cm时,其正方形表面电阻为4×104Ω。 这种粗略的评估表明,聚(烷氧基)噻吩的电导率在防静电范围内应用是足够的。 从狭义而言,防静电范围包括在106~1011Ω的正方形表面电阻内。

2.3涂层的加工性 在研究聚(烷氧基)噻吩材料时,必须在可达到的最大电导率(1~2S/cm)和溶解度之间进行折中。电导率随聚合物链的增长而提高,而溶解度随分子量的增加而下降。

通过限制到具有比较低平均分子量的齐聚物,能够在偶极对质子惰性溶剂(例如乙腈、硝基甲烷、二甲基甲酰胺)中获得2-6%的溶解度。对此,在技术上也可使用如N-甲基吡咯烷酮这样的溶剂。

不加入粘结剂,涂层在各种塑料上的附着性是不良的。令人惊奇的是,溶解的聚(烷氧基)噻吩可同今天涂漆工业普遍采用的绝大多数粘结剂和添加剂(分散剂、湿润剂、增附剂)混合。因此,可在例如聚酯、聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯这样的塑料上改善附着性和耐划性,并使这两种性能达到最佳化。通过改变涂层中的粘结剂含量,能够在较宽的限度内调整表面电阻。

在聚(烷氧基)噻吩含量只为5%(σ=1.0S/cm)时,获得1010Ω以下的表面电阻。目前,粘结剂的含量一般为80-95%,主要采用聚丙烯酸酯和共聚多酯等粘结剂。 如果使用的粘结剂本身是无色或透明的,则可制取高透明的浅淡蓝色防静电涂层。该涂层使基体薄膜最初的透明度只减少很少的百分点。

2.4涂敷方法 整个表面的低压力获得高的涂层均无性。当溶剂的配方含4-8%固体份时,涂覆到薄膜上的涂料量按照使用的涂覆辊子类型(网线辊)为1~4g/m2。这种涂覆方法可以非常精确地沿整个薄膜宽度调整涂层厚度,可以非常稳定地保持透明度和表面电阻。 这种工艺方法同时能获得高的生产量。在一台生产设备上,能够获得120~150m/分的速度。

3.性能与包装应用

3.1防静电特性

一般而言,在升高温度和极端的气候环境条件下也能保持抗静电性(R