碳纳米管透明导电涂料的制备及在吸塑片材的应用

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1、碳纳米管透明导电涂料的制备及在吸塑片材的应用中国科学院成都有机化学有限公司中科时代纳米事业部0、引言导电塑料广泛应用于电子工业、汽车工业、石油煤炭等行业。提高塑料电导率、消除静电的有效方法，是加入导电功能体，通过共混挤出改性降低体积电阻，或表面涂覆改性降低表面电阻，形成导电塑料。共混挤出改性的导电塑料，通常以碳材料为导电功能体，呈现黑色的外观，不能满足对彩色/透明、美观、装饰性的要求。用于表面涂覆改性的透明导电涂料正好能满足这部分市场需求。透明导电涂料是新兴的电子化学品材料，发展迅速，市场前景广阔，非常值得关注。透明导电涂料最重要的成

2、分是透明导电功能体。物质的透明性和导电性通常是矛盾的，兼具透明性和导电性的物质是很稀少的。现有的透明导电功能体主要有导电高分子聚噻吩和金属氧化物如氧化锑锡、氧化铟锡。聚噻吩（PEDOT）具有透明度高、导电性好的优势，是导电涂料普遍使用的功能体。PEDOT以水分散液的形式供货，以微球形态存在于水分散液中。PEDOT微球形成的导电网络，在片材热拉伸的吸塑加工中，不能变形，很难保持通畅，除非加大PEDOT微球的堆积密度。PEDOT微球主要是德国、比利时和韩国公司生产，价格昂贵。尽管PEDOT微球国产化程度正在提高，吸塑透明导电片材的成本仍然

3、较高。同时，PEDOT的结构在紫外线、光热等作用下容易变化，引起导电持久性下降。新型透明导电功能材料的研究开发一直很受关注和重视。碳纳米管（CNTs）是纳米直径、微米长度、中空纤维状结构的一维纳米材料，具有高强度高模量、高导电高导热、长径比大的性能，小管径的CNTs构成的网格状薄膜具有永久透明导电性。CNTs薄膜的透明导电性虽不及PEDOT优秀，但CNTs形成的导电网络，抗击形变的能力非常强，吸塑前后的表面电阻，几乎不会变化。同时，CNTs的价格较低、化学性能稳定。CNTs是非常具有发展前途的透明导电功能体。本文研究碳纳米管透明导静电

4、涂料的制备及其在吸塑导电片材中的应用。1、实验过程1.1实验原料高纯単壁碳纳米管TNS、羧基化高纯単壁碳纳米管TNSC、多壁碳纳米管TNM2（外径8-15nm），碳纳米管水分散剂TNWDIS，中国科学院成都有机化学有限公司生产。北京某公司碳纳米管产品，标为S-1，平均外径10nm。比利时某公司碳纳米管产品，标为S-2，平均外径9.5nm。TNS、TNSC、TNM2、S-1、S-2都属于小管径碳纳米管。PET薄膜，0.1mm厚，A4纸大小。PET片材，0.65mm厚，60cm宽。1.2实验设备Scientz-ⅡD型超声波细胞粉碎机(宁波

5、新芝生物科技股份有限公司)、SC-3614型低速离心机(安徽中科中佳科学仪器有限公司)、AFA-Ⅱ自动涂膜器（上海普申化工机械有限公司）、高速凹版印刷机（江阴市汇通机械有限公司）、高速吸塑机（东莞南方电业机械）。1.3实验内容和方法（1）CNTs分散液制备。CNTs和TNWDIS在水介质中共混，总量100g，然后在超声波细胞粉碎机中分散，所用超声变幅杆为Φ6，输出功率选择为60%，超声开时间为3s，超声关时间也为3s，超声总时间设置为6×10min，分散液经过低速离心机3000转/分、60分钟的沉降，如果含固物的收率超过80%，则分散

6、液制备合格，否则，增加TNWDIS的用量，重新分散，直至分散液离心沉降后收率达标，分散液制备合格。制备各种CNTs的分散液。（2）CNTs薄膜的制备。把CNTs分散液通过自动涂膜器，涂覆在PET薄膜上，烘干。然后将PET薄膜浸泡在浓硝酸中，氧化去除TNWDIS分散剂，15秒后取出水洗，烘干，制得CNTs薄膜。测试不同CNTs薄膜的透明导电性，选择出制备透明导静电涂料的碳纳米管。（3）CNTs/PU薄膜的制备。把CNTs分散液和水性聚氨酯乳液混合后，通过自动涂膜器涂覆在PET薄膜上，烘干，形成CNTs/聚氨酯（PU）薄膜，测试涂层不同C

7、NTs含量时薄膜透明导电性、涂层附着力，选择出CNTs合适的含量。（4）CNTs透明导静电涂料TNTC的配制及PET导电片材的加工。考虑涂料的施工性能，如润湿性和粘度，通过在高速凹版印刷机上反复试验，配制涂料TNTC。高速凹版印刷机的凹版辊200目，进片速度30米/分钟。（5）PET导电片材的吸塑成型加工。考察经过不同吸塑深度加工后，PET片材表面电阻及涂层附着力、硬度的变化。1.4性能表征QJ83-1型数字直流电桥（上海正阳仪表厂）测试导电薄膜的方块电阻（Ω/□），SL-030表面电阻测试仪（斯莱德静电测试仪器公司）测试导电片材的表

8、面电阻（Ω），WGW光电雾度仪（上海物理光学仪器厂）测试导电薄膜的透光率，NDJ-5S数字式粘度计（上海尼润智能科技公司）测试涂料粘度，KrüssK100全自动表面张力仪(德国)测试涂料表面张力，参照国家标准GB9286