纳米ATO在塑料包装中的抗静电应用


       产品包装很重要,但是以往产品包装大多注重于其外观、防潮、隔热、保温等性能,而对防静电、防射频性能没有引起足够的重视,也造成了严重的后果。据报道,全世界电子工业因静电放电(EDS)造成的损失每年达数百亿美元。近年来,随着材料科学的发展,高分子材料因其在生产、加工及使用等方面的优越性能而应用于包装等领域,高分子材料抗静电研究也成为国内外研究的热点之一。

      常用的高分子材料抗静电方法是在材料中添加导电填料,但现有的导电填料在使用过程中暴露出了许多问题:贵重金属填料(如金粉、银粉、镍粉等)导电性好,但价格昂贵,不适于大规模使用;铜粉价廉,但易被氧化;碳系填料导电性好、耐度上限制了其使用。为此,国外在90年代研制出价廉、色浅的金属氧化物导电填料,并得到迅速的发展。纳米掺锑二氧化锡,简称ato,是一种N型半导体材料,与传统的抗静电材料相比,纳米ATO导电粉体具有明显的优势,主要表现在良好的导电性,浅色透明性,良好的耐候性和稳定性以及低的红外发射率等方面,是一种具有发展潜力的新型多功能导电材料。
                                                                                       

 

1、抗静电液

       抗静电液是纳米ATO粉的主要应用市场。将纳米ATO粉末作为导电填料添加到聚酰胺、丙烯酸等基体树脂中,选择适当的分散方法,可制得纳米复合透明抗静电液。在纳米ATO复合抗静电液中,当纳米ATO粉的添加量达到某一临界值时,涂层的导电性能才明显改善。

由于纳米ATO颗粒比表面积大、比表面能高,属于热力不稳定体系,粉体颗粒自发的相互聚集,以降低整个系统的由焓。这种形成团聚状的二次颗粒,乃至三次颗粒,会破坏末的超细性和均匀性,影响纳米粉末的性能,进而影响产品的使用性能。因此,影响涂料抗静电性能的首要因素是纳米ATO粉的高度分散问题。

纳米ATO复合抗静电液是一种用途广的功能涂料,如电子设备的透明包装薄膜抗静电涂层、平面显示材料、面发热体等;另外,可通过调节锑掺杂量得到不同蓝色调的纳米ATO粉,从而获得不同色调的抗静电涂料,这一点对其在包装领域的应用至关重要。

2、抗静电纤维

       纳米无机粉体改性纤维材料正逐步成为纤维材料改性的一个重要的发展方向。与其它类型的抗静电纤维相比,纳米级金属氧化物型抗静电纤维具有许多独特的优异性能,如不受气候和使用环境的限制,稳定性较好;纳米级金属氧化物不易从纤维上脱落,分布也较为均匀;纤维制备工艺简单;纤维使用范围广,几乎可用干任何需防静电的场合等。新型的纳米级透明导电粉末,因其制品的透明性和优良的导电性而备受人们的青睐。将纳米ATO用于化学纤维抗静电处理的途径主要有3个:

1)在纤维纺丝时直接添加纳米级ATO粉末,其关键是无机纳米级ATO与纤维材料的相容性,需要添加特殊的分散助剂;

2)在原料(如毛条、涤纶丝)染色过程中添加纳米级ATO或其水性悬浮液,使染色与功能化一步完成;

3)在坯布的染色或整理过程中添力口纳米级ATO水性悬浮液。

纤维功能化是合成纤维的一个重要发展趋势。我国是化纤的生产和消费大国,化学纤维抗静电处理将是纳米ATO粉的重要应用市场之一。

3、抗静电塑料

      目前,将各种无机导电填料(如铜粉、银粉、炭黑等)掺入到基体高分子中加工成型的抗静电高分子材料具使用价值,复合材料的体积电阻率在较大范围内可调,其中不少在国外已经实现商品化。但由于炭黑等材料在塑料中的分散性差,与塑料的相容不好,因而其在应用上也受到一定的限制。

纳米ATO粉粒径小,与塑料有很好的相容性,且色浅,为导电粉在塑料上的应用拓宽了领域。纳米ATO粉在塑料表面抗静电中应用需解决的主要问题是添加量与材料的机械力学性能之间的关系,以及纳米粉体在基体树脂中的分散问题,例如可以采用皮芯结构和多层挤出等特殊的工艺,这需要预先制备纳米ATO导电塑料母粒

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