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抗静电薄膜的常用生产技术

2008-1-26 19:49:26互联网 点击数: 【字体:

  静电的产生,与物体的绝缘性能有直接的相关关系,不同物品对包装薄膜的抗静电性的要求亦不相同,有的商品不仅需要具有一般的抗静电性能,而且需要具有一定的导电性。因此需要根据包装材料的电阻的不同,对抗静电性薄膜进行规范、分类。

  应用抗静电剂制备抗静电薄膜

  利用抗静电剂制备抗静电薄膜,具有工艺简便、价格低廉的明显优势,是当今生产抗静电薄膜应用最为广泛的方法。目前已工业化的抗静电剂的品种达一百种以上,不仅国外的一些著名的大型化工公司如瑞士的汽巴公司、美国的氰特公司等,均有自己的抗静电剂的品牌,国内的化工研究院、所,也十分重视对抗静电剂的开发研究工作,如山西省化工研究院、北京化工研究院、杭州化工研究所等都有抗静电剂的代表性产品。

  我们可以将抗静电剂经计量后直接混入到塑料粒子(或者粉末)中,生产抗静电薄膜;也可以先将抗静电剂与其它成分配合、制成母粒,在制造塑料薄膜时,将母粒混入塑颗粒中,按常规成膜方法生产抗静电薄膜。工艺方便易行,还可以根据生产抗静电薄膜的实际需要,添加一些必要的助剂,以改进产品的性能(例如配入开口剂降低薄膜的粘闭性),从而将抗静电薄膜的开发研究,简化为着力于抗静电母料的开发研究;目前国内的功能母料的生产企业,多半均有牌号的抗静电母料产品,因此对于技术力量比较薄弱的单位,可从生产抗静电母料专业化企业,选购性能优良的抗静电母料,完成抗静电薄膜的开发工作。所以无论对于技术力量雄厚的企业还是技木力量比较薄弱的单位,采用抗静电母料生产抗静电薄膜,那是一种可取的方法。

  利用内部抗静电刑生产抗静电薄膜时,需要注意两个问题:其一是抗静电剂有一个从塑料基体中向薄膜表面扩散的过程,因此刚成膜后并不表现出抗静电性,经过一段时间的存放之后,抗电性逐渐增加最后才能达到一个极值(决定于抗静电剂品种与配用量的平衡值),其二是要达到某一给定值,内部抗静电剂的用量与薄膜的厚度有关,薄膜的厚度越薄,所需要添加的抗静电剂越多。利用表面活性剂类抗静电剂生产的抗静电薄膜,抗静电性的下降,主要来源于表面电阻的下降,且表面电阻的下降有限,一般不低于10的8次方Ω,因此抗静电效果有限,对于一些对抗静电性要求高的领域,例如集成电路与大规模集成电路的包装,尚嫌不足。

  利用表面活性剂类抗静电剂生产的抗静电薄膜,抗静电性能明显地受环境湿度的影响,在湿度较低的情况下,薄膜的抗静电性能低下,当大气湿度低于25%时,基本上失去实际使用价值。此外,内部抗静电剂是通过扩散到薄膜的表面而产生抗静电效果的,使用时存在于薄膜的表面,抗静电剂比较容易因。摩擦、水洗等原因而损失,持久性方面,往往不尽如人意(由于损失的抗静电剂可以通过薄膜内部抗静电剂向薄膜表面的扩散得到补充,一般较之使用外部抗静电剂生产的抗静电薄膜,具有较佳的持久性)。

  采用导电型填料生产抗静电塑料薄膜

  采用导电型填料不仅可以生产防静电塑料薄膜,而且由于其抗静电性基于填料的导电性,持久性较表面活性剂型抗静电薄膜好,而且抗静电性受环境湿度的影响小。对填充型防静电包装塑料研究、应用得最多的是碳黑体系填充防静电材料。其性能主要取决于导电填料的种类、骨架结构、分散性能、表面状态、添加浓度等,以及塑料材料的种类、结构,填料加入的工艺方法等。乙炔黑和高温石墨化炭黑,其结构稳定,不易氧化,容易在高分子中形成伸展的链式或网状组织,可以得到优良的防静电性能。为了提高炭黑体系的防静电性能,还常常将它与金属氧化物、弹性体等物质混合使用,例如炭黑与陶土、滑石粉等惰性填料组成二元填料,可以将电阻率降低一个数量级,利用炭黑、陶土二元填料可以制得体积电阻为10-1Ω·cm~10 5Ω·cm的导电性材料。碳黑型抗静电薄膜性能上的两大局限是不透明及只能做黑色薄膜。

  金属氧化物系填充型防静电材料,是近几年研制的一类新产品,其性能比金属填充型材料略差一些,但性价比好。目前成功应用的有氧化钛、氧化锌等等,其中还有性能价格均佳的是氧化锡,其色相较淡,粒径很小(0.1pm以下),可以满足透明、防静电的要求。根据导电理论,填料形状从球形趋向扁平其导电性能升高。据此,日本近年研制成功一种新的导电性云母片材填料,采用固溶法沉积一层导电性的金属氧化物,在光滑的云母薄片微粉表面,固溶沉积一层Sn02制成新颖的导电性MEC,外观呈灰白色,且有透明度,体电阻率可达到10Ω·cm数量级,涂层透光度达80%以上。

  采用涂料生产防静电薄膜

  采用涂料生产防静电薄膜与采用外部抗静电剂生产抗静电薄膜不同,涂层型防静电技术,不使用表面抗静电剂的溶液对薄膜的表面进行涂布,而是采用导电性涂料涂复在塑料表面、形成均匀的涂层,从而赋予塑料导电性能,使之成为具有防静电材料,此法原则上也可以用于制造抗静电薄膜。

  最近10年来,属于涂料工业领域的导电涂料得到了迅速的发展,性能日益提高,种类日益增加,并形成了导电涂料系列:

  ①防静电碳系涂料,主要采用炭黑作导电成份,具有性能优良价格低廉等优点,现在应用较多;
②肪静电金属系涂料,导电组份主要采有鳞片状铝片、镍片、铜片;
③防静电金属氧化物系涂料中,使用的主要为粉末状氧化锡、氧化锌、氧化钛、氧化铟、氧化镉等,以及用SbCl8、SnC14、Sn02、Sb2O5等微粉。

  上述导电成份和丙烯酸树脂配制成新型的防静电涂料。近几年来,抗静电成膜物不断发展。例如用电荷转移型高分子络合物溶液涂复塑料获得很好的抗静电,又如用五氯化锑与聚乙烯基咔唑组成的电荷转移络合物溶液敷聚乙烯塑料制品。

  通过表面改性生产抗静电薄膜

  这是一类新兴的防静电包装材料,在进行接技共聚时,先用射线对含单体的混合物进行辐射处理,使共聚物获得良好的抗静电性能。如近年用β射线辐照处理的丙烯酸或甲基丙烯酸,再接枝到聚乙烯或聚丙烯上;用丁射线辐照聚酰胺后再接枝上甲基丙烯酸,都可使他们的抗静电性能显著提高,在加热的同时用60Co源的丫射线辐照,使丙烯酸、丙烯酰胺,乙烯基一3一乙氧基硅烷及它们的混合物接枝到聚四氯乙烯上,制成的塑料薄膜具有明显的抗静电效果;用电子束、激光对高分子衬料进行处理,也可以获得优良的防静电功能。美国用电子束处理过的包装袋已上市销售,它耐久性好,没有腐蚀,没有污染,性能优良,可与抗静电荆型和炭黑填充型防静电材料媲美,已呈现出参与市场竞争的势头。

  通过电子束处理,生产抗静电薄膜的方法,还可以用于透明复合型软包装材料(袋),这无疑是一种新的防静电发展方向。利用这种方法生产的透明产品,已有样品上市销售。通过蒸镀技术生产的镀层型抗静电薄膜及复合型抗静电薄膜在高分子材料表面形成一层导电的金属镀层,诸如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)等工艺方法,亦可用于生产抗静电薄膜。真空物理气相沉积是一类方兴未艾的新工艺技术,它主要有真空蒸发镀、溅射镀、离子镀等三种技术。包装行业已经泛用的真空镀铝膜、镀铝纸,就是这一种技术的产物。真空物理气相沉积常常在10Mpa~10Mpa真空中,将金属铝加热到熔点以上,形成铝蒸气,最后凝聚在塑料材料表面形成极薄的金属铝膜,真空物理气相沉积,还可以蒸镀其他金属以及金属氧化物等物质。

  复合型包装材料也是一种实用的抗静电包装技术。一般而言,防静电包装除了要求材料有一定的抗静电功能外,还应有耐久、耐热、耐光、耐压、耐化学晶、经济、安全等等物理、机械、化学性能和综合按术经济性能,其最佳的实施方案之一,就是采用复合技术。复合型抗静电包装塑料作为包装袋(容器)已广泛使用,其结构特点是,中间往往夹有3层―4层阻挡屏蔽层(这些屏蔽层主采用金属化薄膜,导电性填料填充的薄膜),最表面层和最里面层一般使用抗静电剂型的抗静电薄膜,这是现在流行的主流,也是今后抗静电包装袋发展的方向。此外,采用电阻值较低的树脂,也是获取抗静电薄膜的一种工业化方法。例如由电阻值较低的聚乙烯醇树脂为主体所生产的聚乙烯醇薄膜,就是一种性能颇佳的抗静电薄膜(表面电阻在108欧姆左右)。在日本聚乙烯醇薄膜广泛应用于纺织品与服装之类的商品的销售包装(年耗用量在万吨以上),和聚乙烯、聚丙烯等通用薄膜相比,聚乙烯醇薄膜可明降低减少吸尘效应,从而提高对商品的展示效果。



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