滌綸水刺非織造布防靜電屏蔽涂層工藝初探*

袁興婕 吳海波 靳向煜

(東華大學(xué)，上海，201620)

滌綸水刺非織造布防靜電屏蔽涂層工藝初探*

袁興婕 吳海波 靳向煜

(東華大學(xué)，上海，201620)

導(dǎo)電性涂料可以用作靜電耗散和電磁/射頻干擾(EMI/RFI)屏蔽材料。用金屬銅粉作導(dǎo)電填料、丙烯酸酯共聚乳液作黏合劑自制一種導(dǎo)電涂料，利用干法直接刮涂的方式對(duì)滌綸水刺非織造布進(jìn)行涂層后整理。研究結(jié)果表明:經(jīng)過(guò)親水整理的滌綸水刺非織造布在涂層后有較好的防靜電屏蔽效果;在固化溫度為120℃、銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%并采用連續(xù)刮涂?jī)蓪拥姆绞酵繉訒r(shí)，滌綸水刺非織造布可以獲得良好的防靜電屏蔽效果。

水刺非織造布，銅粉，防靜電，屏蔽，涂層

隨著社會(huì)的進(jìn)步，手機(jī)、電視機(jī)、微波爐、電腦等的使用正快速增長(zhǎng)，它們所產(chǎn)生的射頻電磁波會(huì)危害人體健康。射頻輻射對(duì)人體的主要影響是引起神經(jīng)衰弱癥候群和反映在心血管系統(tǒng)的植物神經(jīng)功能失調(diào)［1］，如頭痛、頭暈、疲倦、失眠、記憶力減退、口干舌燥、胸悶以及女性的月經(jīng)周期紊亂等，少部分人有血壓下降或升高、心律不齊等癥狀。另外，在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中所引發(fā)的靜電危害和電磁輻射也危害著人體的健康。為此，研究具有防靜電屏蔽效果的紡織品并拓展其應(yīng)用具有重要的社會(huì)意義。

本研究選用干法直接刮涂工藝賦予滌綸水刺非織造布防靜電屏蔽功能，以開發(fā)其作為家用電器防靜電屏蔽罩、防靜電屏蔽窗簾、高檔汽車罩布、電子產(chǎn)品內(nèi)置貼片、軍用保密帳篷等產(chǎn)品，目標(biāo)是確定防靜電屏蔽功能性滌綸水刺非織造布的初步加工工藝。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

(1)樣品:滌綸水刺非織造布，浙江紹興和中合纖有限公司;

(2)金屬粉末:1 000目片狀銅粉，純度>99.7%，無(wú)錫順達(dá)金屬粉末有限公司;

(3)樹脂:丙烯酸酯共聚乳液，乳液固含量40%，浙江傳化股份有限公司;

(4)助劑:非織造布專用親水整理劑，浙江傳化股份有限公司;分散劑、潤(rùn)濕劑，上海集益化工有限公司;增稠劑，上海斯盟達(dá)化工有限公司(無(wú)錫);丙酮，分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與測(cè)試方法

DXS-10ACKT掃描電子顯微鏡(SEM)，上海電子光學(xué)技術(shù)研究所;

JB50-D型電動(dòng)攪拌器;

超聲波振蕩儀;

自制手動(dòng)刮板涂層器;

JC2000A接觸角測(cè)量?jī)x，上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司;

DT-890數(shù)字萬(wàn)用表，測(cè)定織物的表面電阻，符合ASTM-D4496—1987;

GSH-06微波輻射比較測(cè)量?jī)x，北京廣順和科技開發(fā)中心。

依據(jù)美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì) ASTM-D4935［2］和美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)IEEE-299［3］的標(biāo)準(zhǔn)，材料屏蔽效能(SE，單位為dB)可表示為:

式中:E0，H0，W0——分別為屏蔽前該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、功率;

E1，H1，W1——分別為屏蔽后該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、功率。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品前處理

由于滌綸大分子鏈中不含有親水基團(tuán)，滌綸水刺非織造布的親水性較差，影響涂料的涂布量和涂層的均勻性。本文采用如下三種方案研究不同處理工藝對(duì)涂層材料防靜電屏蔽性能的影響。

(1)洗滌除油:樣品在體積分?jǐn)?shù)為50%的丙酮溶液中于室溫下攪拌洗滌0.5 h，然后在100℃下烘干1 h，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境(溫度25℃，相對(duì)濕度65%)下放置24 h。

(2)親水整理:用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%非織造布專用親水劑浸軋后，在100℃下烘干1 h，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境(溫度25℃，相對(duì)濕度65%)下放置24 h。

(3)不作任何處理，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境(溫度25℃，相對(duì)濕度65%)下放置24 h。

1.3.2 涂層

1.3.2.1 考察經(jīng)不同方案處理的滌綸水刺非織造布對(duì)涂層防靜電屏蔽性能的影響

配制一定含量銅粉的涂料，將未經(jīng)處理、洗滌除油處理和親水處理后的滌綸水刺非織造布固定于自制手動(dòng)刮板涂層器上，分別手動(dòng)刮涂一層涂料，在120℃下烘干10 min，放置于恒溫恒濕環(huán)境中調(diào)濕24 h。

1.3.2.2 考察涂層方式對(duì)涂層防靜電屏蔽性能的影響

配制一定含量銅粉的涂料，為獲得最佳的防靜電屏蔽效果，比較三種涂層方式對(duì)涂層效果的影響:①正面刮涂一層，120℃烘干10 min;②正面連續(xù)刮涂?jī)蓪樱?20℃烘干10 min;③正反面各刮涂一層，120℃烘干10 min。涂層后的樣品均放置于恒溫恒濕環(huán)境中調(diào)濕24 h。

1.3.2.3 考察固化溫度對(duì)涂層防靜電屏蔽性能的影響

配制一定含量銅粉的涂料，在經(jīng)過(guò)親水整理后的滌綸水刺非織造布上連續(xù)刮涂?jī)蓪?，分別在80、100、120和140℃下烘干10 min，放置于恒溫恒濕環(huán)境中調(diào)濕24 h。

1.3.2.4 考察銅粉含量對(duì)涂層防靜電屏蔽性能的影響

按照不同配比，分別稱取不同量的丙烯酸酯共聚乳液，并加入分散劑、潤(rùn)濕劑等助劑，在電動(dòng)攪拌器恒速攪拌下緩慢加入已稱量的銅粉，再添加增稠劑調(diào)節(jié)涂料至適宜的黏度，超聲波振蕩30 min，然后電動(dòng)攪拌器攪拌1 h，在經(jīng)過(guò)親水整理后的滌綸水刺非織造布上連續(xù)刮涂?jī)蓪油苛希?20℃下烘干10 min，放置于恒溫恒濕環(huán)境中調(diào)濕24 h。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品前處理對(duì)涂層防靜電屏蔽性能的影響

樣品三種前處理方案對(duì)涂層防靜電屏蔽性能的影響如表1所示。

表1 樣品不同前處理方案對(duì)涂層防靜電屏蔽性能的影響

由表1可以看出，滌綸水刺非織造布在經(jīng)過(guò)親水整理后涂布量和涂層厚度都顯著增大，說(shuō)明經(jīng)過(guò)親水整理后涂料的涂布更容易進(jìn)行。經(jīng)過(guò)親水整理后涂層的表面電阻明顯下降，SE值增大，因?yàn)榉强椩觳疾济嫔蠁挝惑w積內(nèi)的銅粉含量增多，電磁波的反射作用加強(qiáng)，屏蔽效率和SE值增大。

2.2 涂層方式對(duì)涂層防靜電屏蔽性能的影響

涂層方式對(duì)涂層防靜電屏蔽性能的影響結(jié)果如表2所示。

表2 涂層方式對(duì)涂層防靜電屏蔽性能的影響

表2結(jié)果表明，當(dāng)在滌綸水刺非織造布上正反面各刮涂一層時(shí)可以獲得最好的防靜電屏蔽效果，正面連續(xù)刮涂?jī)蓪铀@得的防靜電屏蔽效果次之，但兩者的結(jié)果比較接近?？紤]到實(shí)際應(yīng)用中一面涂層的材料更便于使用，且正面連續(xù)刮涂?jī)蓪拥墓に囈脖阌诓僮?，故可選用正面連續(xù)刮涂?jī)蓪拥姆绞健?/p>

2.3 固化溫度對(duì)涂層防靜電屏蔽性能的影響

不同固化溫度對(duì)涂層防靜電屏蔽性能的影響見(jiàn)圖1。

圖1 固化溫度對(duì)涂層防靜電屏蔽性能的影響

當(dāng)固化溫度較低(80℃)時(shí)，聚丙烯酸酯大分子還沒(méi)有完全固化，銅粉顆粒被完全包裹在黏合劑大分子中，不能相互接觸而形成導(dǎo)電通道，因此涂層材料的表面電阻較大且屏蔽效能較低;隨著溫度升高，黏合劑大分子開始固化，銅粉顆粒逐漸接觸;當(dāng)在120℃下固化10 min時(shí)，水分子蒸發(fā)較快，乳液粒子變形，分子擴(kuò)散成膜，而銅粉顆粒部分露出且接觸緊密，良好的導(dǎo)電通道形成，具有較好的防靜電屏蔽性能。溫度繼續(xù)升高時(shí)，防靜電屏蔽性能下降。陳建等［4］關(guān)于石墨/丙烯酸涂料的研究表明，當(dāng)溫度大于120℃以后，聚合物膠粒會(huì)過(guò)度膨脹，且填料易氧化，電阻升高，涂層隨溫度升高逐漸被破壞，導(dǎo)致涂層材料表面電阻又逐漸升高。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明了當(dāng)用銅粉做填料時(shí)具有相同的規(guī)律。

2.4 銅粉含量對(duì)涂層防靜電屏蔽性能的影響

銅粉含量對(duì)涂層防靜電屏蔽性能影響較大。銅粉含量越多越容易形成導(dǎo)電通道，但隨著其含量的增多也越不容易分散均勻。銅粉含量對(duì)涂層防靜電屏蔽性能的影響見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出，當(dāng)銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于55%時(shí)，SE值較小，基本沒(méi)有屏蔽效果;當(dāng)銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在55% ～60%時(shí)，涂層的SE值顯著增大;當(dāng)銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)增大時(shí)，SE值又減小。圖3是用SEM顯示的隨銅粉含量變化導(dǎo)電通道形成的過(guò)程。

圖2 銅粉含量對(duì)涂層防靜電屏蔽性能的影響

圖3 不同銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)涂層樣品的SEM照片

當(dāng)銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%時(shí)，銅粉粒子含量較低，粒子相互接觸較少，沒(méi)有形成良好的導(dǎo)電通道;當(dāng)銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%時(shí)，由于銅粉粒子含量增加，粒子相互接觸的機(jī)會(huì)增多，導(dǎo)電通道開始形成，具有微小的屏蔽作用;當(dāng)銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%時(shí)，銅粉粒子可以形成連續(xù)的導(dǎo)電通道，屏蔽作用顯著增加;當(dāng)銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%時(shí)，大量的銅粉粒子相互接觸，并有一定程度的堆積，形成良好的導(dǎo)電通道，屏蔽作用良好。繼續(xù)增加銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)至65%時(shí)，由于銅粉含量高，分散效果差，且樹脂不能很好地包裹銅粉顆粒，銅粉多凝聚成團(tuán)粒，涂布困難。

3 結(jié)論

用銅粉作防靜電填料，以丙烯酸酯共聚乳液作黏合劑配制的防靜電涂料可以利用干法直接刮刀涂層的方式制作防靜電屏蔽功能性滌綸水刺非織造布。經(jīng)過(guò)親水處理的滌綸水刺非織造布更容易涂層。當(dāng)銅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%，選用連續(xù)刮涂?jī)蓪拥姆绞酵繉?，?20℃下固化10 min可以獲得良好的防靜電屏蔽效果。

［1］趙玉峰.抗靜電、防電磁輻射織物與服裝功能性指標(biāo)要求與檢測(cè)技術(shù)［C］//第二屆功能性紡織品及納米技術(shù)應(yīng)用研討會(huì).紡織行業(yè)生產(chǎn)力促進(jìn)中心，2002:151-162.

［2］ASTM-D4935—1989 Standard test method for measuring the electromagnetic shielding effectiveness of planar material［S］.1999.

［3］王慶，蔣全興，張林昌，等.SJ 20524—1995材料屏蔽效能的測(cè)量方法［S］.CSIC2SJ，1995.

［4］陳建，卿明強(qiáng).新型石墨/丙烯酸防靜電涂料研究［J］.新型炭材料，2000(6):53-56.

Brief discussion on anti-electrostatic coating for polyester spunlaced nonwovens

Yuan Xingjie，Wu Haibo and Jin Xiangyu
(Donghua University)

Electrically conductive coatings were mainly required for static charge dissipation and electromagnetic/radio frequency interference(EMI/RFI)shielding.In the present investigation copper powder was used as the conductive filler and acrylic resin as binder.PET spunlace nonwovens was treated by dry direct conduct coating.The result showed that hydrophilic finished PET spunlaced nonwovens with coating process have good anti-electrostatic effect.When the solidification tempreture is 120℃，copper powder concentration is 55%and coating two layers continuously can have a better EMI/RFI functionality.

spunlaced nonwovens，copper powder，anti-electrostatic，shielding，coating

TS195.597

A

1004－7093(2010)07－0031－04

*高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃資助項(xiàng)目(B07024)

2010－05－17;修改稿:2010－06－26

袁興婕，女，1986年生，在讀碩士研究生。研究方向是非織造布功能涂層整理。