静电耗散性制品制造技术

本公开公开了具有涂层的静电耗散性制品。所述涂层包含表面官 能化的纳米粒子组分和其中分散有所述纳米粒子的粘结剂，所述纳米 粒子组分在所述纳米粒子的表面上具有季铵基团。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及静电耗散性制品。
技术介绍
在许多工业产品和材料的加工和使用中，静电荷的积聚会带来诸 多问题。携带静电会导致材料相互粘连或彼此排斥。在纤维和纺织品 加工中这种问题尤为突出。此外，静电荷积聚会导致物体吸引污物和 灰尘，这会导致制造或污染问题并且会损害产品性能。增大材料的导电率可以控制静电荷积聚。这可以通过增大离子或 电子传导性来实现。目前控制静电积聚最常用的方法是通过水分吸附 来增大导电率。 一般通过增加周围空气的水分(增湿)或通过使用吸 湿性抗静电剂来实现，这些抗静电剂通常被称为湿润剂，因为它们是 依靠吸收空气水分来产生效力的。多数抗静电剂是通过在静电荷积聚 时对其加以耗散来发挥作用的。因而，静电泄放率和表面传导性是衡量抗静电剂效力的通用指标。美国专利No6，372，829 (拉曼纳等人)和 6,395,149 (帕尔姆格伦)对抗静电剂和组合物进一步进行了描述，其 文献在此以引用方式并入本文。可将抗静电剂施加到表面上(外部抗静电物)或掺入到大多数其 他的绝缘材料内(内部抗静电物)，如在Horvath，T. and Berta，I., Static Elimination:Electrostatic Application and Electrostatic Application Series, pp.24-26 (Research Studies Press, Letchworth, England, 1982)(霍瓦特T. 和伯塔I.，静电消除静电应用和静电应用丛书第24-26页，英格兰莱 奇沃思研究出版社1982年)中所描述的那样。内部抗静电剂一般应用 于(诸如)塑料之类的聚合物中。 一般来讲，内部抗静电物在熔融加工(例如模制、熔喷、溶体纺丝和熔融挤出)中直接混入熔化的聚合 物中。用于外部和内部应用的抗静电剂包括季铵盐和卤化物或甲磺酸 盐。
技术实现思路
本公开涉及包含具有涂层的基底的静电耗散性制品。所述涂层包 含表面官能化的纳米粒子组分，该纳米粒子组分在纳米粒子表面上具 有季铵基团。在一个方面，所述涂层还包含其中分散有纳米粒子的粘 结剂。存在于纳米粒子表面的季铵基团的数量要足以使制品静电得以 耗散。存在于纳米粒子表面的季铵基团要足以形成单层覆盖至小于单层覆盖。具有季铵基团的纳米粒子的表面还可以包含胺混合物。纳米粒子 表面上的胺可以包括伯胺基团、仲胺基团和叔胺基团。在本公开的另一方面，涂层组合物包含表面官能化的纳米粒子组 分，在纳米粒子表面上具有季铵基团。纳米粒子组分分散在粘结剂中， 其中涂层组合物还可以包含溶剂。涂层组合物的纳米粒子基本上不凝 聚。在本公开的另一方面，描述了用于制备静电耗散性制品的方法。 该方法包括基底、涂层组合物，该涂层组合物包含表面官能化的纳米 粒子组分，该纳米粒子组分在纳米粒子表面上具有季铵基团，其中纳 米粒子分散在粘结剂中。此外，可将涂层涂敷到基底并使其固化。固化的涂层的厚度可以小于lOOiim至以仍能使基底的静电得以耗散。在本公开的另一方面，描述了用于涂覆涂层的方法。涂层包含表 面官能化的纳米粒子组分，纳米粒子组分在纳米粒子表面上具有季铵 基团，其中纳米粒子分散在粘结剂中。可将涂层涂敷到基底并使其固化。外部或内部抗静电剂受有限热稳定性和吸湿特性的影响。可将这 些用作添加剂的试剂涂敷到表面涂层上，或将其混入整个材料内。然 而，虽然可将这些通常为小分子的试剂转移到表面上以提供抗静电特 性，但其可能会被轻易的磨损或洗掉，从而不能保持整个涂层的抗静 电特性。许多低分子量、中性的抗静电物的蒸汽压足够高，但热稳定性不 足，因而不适于高温加工(例如在聚合物熔融加工时)，因为会发生 材料通过蒸发而损耗。由于高蒸汽压、不相容性以及其他组分相互作 用，抗静电剂或抗静电物能够迁移或铺展到涂层或基底的表面。非金 属抗静电剂为湿润剂，它依靠水分的吸附和传导来进行电荷耗散。这 些试剂具有水溶性，并且暴露到水中时可轻易被去除，因而缺乏耐久性。在本公开中，季铵基团共价结合到纳米粒子上，因而减少了涂层 中小分子迁移和铺展。由于整个涂层的纳米粒子的可分散性，使得涂 层组合物纳米粒子具有整体抗静电特性，相比之下，包含小分子抗静 电剂的涂层不具这种特性。此外，无机纳米粒子在表面上具有季铵基 团，其中纳米粒子溶于水和其他溶剂，因而合适在高温条件下加工。在另一方面，本公开的静电耗散性制品具有涂层，该涂层含有分 散在粘结剂中的纳米粒子，该纳米粒子包含共价结合到其表面上的季 铵基团。表面改性的纳米粒子被用作涂层中的添加剂以提供抗静电特 性。添加剂分散在制品上的整个涂层中，其中纳米粒子提供用于单层 季铵基团覆盖或小于单层覆盖的高比表面积。作为官能化纳米粒子的含有季铵基团的纳米粒子，其在涂层组合物中具有的足以实现抗静电特性的浓度小于25重量％，并且更优选小 于10重量％。在另一方面，涂层组合物中含有溶剂的粘结剂的浓度为至少20重量％。在另一方面，纳米粒子作为抗静电添加剂分散在粘结剂和Z或溶剂 中。除了易于分散在水性涂层中之外，纳米粒子还能够用在透明涂层 中。术语透明的被定义为具有无明显散射光的透射光的特性，使 得置于其下的物体可以被清晰地看到。纳米粒子的直径小于可见光的 波长，其中纳米粒子的平均粒径小于100nm。本公开的上述
技术实现思路
并非旨在描述本专利技术所公开的每个实施例 或每种实施方式。下面的附图和具体实施方式更具体地举例说明了示 例性实施例。具体实施例方式对于以下给出定义的术语，以这些定义为准，除非在权利要求书 或说明书中的其他地方另外给出了不同的定义。术语烷基胺被定义为氨(NH3)的类似物，其中氨的任意一个、 两个或三个氢原子被有机基置换。其通式为(l)伯胺，-N(R、2)，其 中R'和R2均为H; (2)仲胺，-N(R1113)，其中W为H，而113为垸基； 以及(3)叔胺，-N(R3)2，其中R 为烷基。连接的垸基仅为可连接到胺基 团N原子上的一种基团的代表性实例。术语固化被定义为通过聚合物链的交联使聚合物材料韧化或 硬化，其可通过化学添加剂、紫外线辐射、电子束(EB)、光化辐射或加 热来完成。固化可进一步包括从涂层中移除一种或多种溶剂以有 利于无交联的硬化或韧化。本文所用术语纳米粒子(除非单独语境另外具体指明)通常是指可能具有不同的特定几何形状、但却具有可测定的纳米级有效或平均直径(即小于约100纳米)的粒子、粒子群、粒子分子(即，单独的小分子群或松散缔合的分子群)和粒子状分子群。术语一锅合成法为一种提高化学反应效率的方法，通过该方 法， 一种或多种反应物仅在一个反应器中即可进行连续的化学反应。 该方法避免了冗长的中间体化合物分离过程和纯化过程，在节约了时 间和资源的同时增加了化学产率。术语粒径和粒度被定义为粒子的最大横截面尺寸。如果 粒子以聚集体形式出现，术语粒径和粒度是指聚集体的最大 横截面尺寸。术语季铵基团被定义为-N(R3+Z、其中N为阳离子，Z表 示与阳离子N配对的阴离子或抗衡离子，并且各个RS均为垸基。连接 的烷基仅为可连接到胺基团N原子上的一种基团的代表性实例。胺基 团被官能化以形成阳离子物质。术语表面改性的纳米粒子或表面官能化的纳米粒子被定 义为包含连接到粒子表面的表面基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静电耗散性制品，其包含具有涂层的基底，所述涂层包含表面官能化的纳米粒子组分，所述纳米粒子组分在所述纳米粒子的表面上具有季铵基团。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.15 US 11/521,8441.一种静电耗散性制品，其包含具有涂层的基底，所述涂层包含表面官能化的纳米粒子组分，所述纳米粒子组分在所述纳米粒子的表面上具有季铵基团。2. 根据权利要求l所述的制品，其中所述涂层还包含粘结剂。3. 根据权利要求l所述的制品，其中所述纳米粒子选自由以下物质组成的组二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化镍、氧化锆、氧化 钒、二氧化铈、氧化铁、氧化锑、氧化锡、氧化锌、氧化铝/二氧化硅、 氧化铁/二氧化钛、二氧化钛/氧化锌、氧化锆/二氧化硅、磷酸铐、钙羟 磷灰石、以及它们的组合。4. 根据权利要求2所述的制品，其中所述粘结剂选自由以下物质组成的组聚烯烃、聚酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯、 聚苯乙烯、纤维素、以及它们的组合。5. 根据权利要求l所述的制品，其中所述季铵基团以足够的量存 在于所述纳米粒子的表面上，以形成单层覆盖至小于单层覆盖。6. 根据权利要求l所述的制品，其中所述基底选自由以下物质组成的组热塑性聚合物、热固性聚合物、纤维素材料、玻璃、陶瓷、 陶瓷聚合物以及它们的组合。7. 根据权利要求6所述的制品，其中所述基底还选自由以下物质组成的组模制材料、熔喷材料、膜、织物、无纺布、泡沫、以及它 们的组合。8. 根据权利要求l所述的制品，其中所述表面官能化的纳米粒子包含-N(R 基团；-:^(116117)基团；-N(R、基团；和由下列化学式表示的-N((R7) 2YR8))+ Z—基团的混合物其中116和W各自独立地为氢、直链或支链的有机基团以及它们 的组合；W是二价的，其选自直链或支链的有机基团以及它们的组合； RS独立地选自包含烷基、芳基、以及它们的组合的基团；X为卤离子、 垸氧基、酰氧基、羟基以及它们的组合；RS是二价的，其选自脂肪族、 环脂族、苄基、...

【专利技术属性】
技术研发人员：小吉米·R·巴兰，杜安·D·范斯勒，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US