專利名稱：一種新型防靜電絕緣基材的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基材，具體為一種經中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠處理后具有防靜電及絕緣性能的基材。
背景技術：
基材的材質可含括塑料類(如PMMA、PC、PP、PET、PVC、Epoxy板)、印刷電路板、橡膠類、金屬類、烤漆金屬板、有機材料、無機材料或以上材質的復合材料以及電子零件。這些基材在使用過程中，由于靜電作用會吸附灰塵，影響基材的性能。目前采用的抗靜電方法有2種1.減輕或抑制其起電；2.將產生的靜電迅速泄漏以減少靜電的大量積累。所采用的抗靜電劑品種很多，按其化學組成和結構的不同以及其親水基能否電離和電離后所帶電荷性質的不同，可分為陰離子型、陽離子型、兩性型、非離子型和高分子永久型抗靜電劑。其中陽離子型抗靜電劑抗靜電效果優異，對高分子材料的附著力較強，但熱穩定性差，且對熱敏性樹脂的熱穩定性有不良影響，也存在不同程度的毒性或刺激性；高分子永久型抗靜電劑，可使織物獲柔軟、潤滑和防水功能，含親水基的有機硅可抗靜電。但是只適合用于腈綸、丙綸和滌綸的抗靜電作用。
中國專利03209659.3中采用模具加工刻蝕網狀細格的方法提供抗靜電性能，具有一定的實用價值。但是性能比較單一，只能針對于橡膠板材，不利于推廣。
隨著信息電子產品日趨輕薄短小，對于絕緣的要求也是日益嚴苛，以變壓器為例現有漆包線的在一般情形下可以在130～240℃長期工作，可耐高達10kV的電壓，但在高頻脈沖電壓下則不然。當變壓器要完成最后組裝之前，為了防止在繞線時對絕緣層的破壞，此時必須使用凡立水將線圈以含浸法補強絕緣。但商用型凡立水目前可以在180℃級以上的并不多，而且近年來由于電子產品各種性能要求愈來愈高，所以對材料的特性也要求日益嚴苛，如抗濕性、抗化性、抗溶劑性、抗熱性，因此凡立水已漸漸不敷使用，且一般的凡立水成分多為樹酯，黏度較大，如果要降低黏度需使用專用溶劑或有機溶劑，對于操作人員及環境有潛在性的影響。
我國在新型防靜電絕緣材料的材料開發研制工作，目前還處于起步階段，市場上還沒有成熟產品。中國專利02145325.X提到了一種生成亞導體防靜電絕緣材料的方法，采用絕緣橡膠作為基材，配以導電性填充乙炔碳黑進行改性，既是絕緣體，又是對靜電聚集提供泄漏的電氣通道。但是該方法比較復雜，需要對現有的生產設備進行更換。
中國專利200410079425.2提供了一種基于聚合物塑料的絕緣材料，在燃燒狀況下，穩定地混入含不同軟化溫度的玻璃類物質的玻璃顆粒。使得相應線路在燃燒狀況下在確定持續的時間內仍可使用。但是該絕緣材料使用范圍比較小，為了實現其功能，必須使用比較復雜的混合材料和相應的混合裝置。
發明內容
本發明的目的在于彌補上述現有技術中應用方面的不足之處，提供一種可廣泛應用的抗靜電及絕緣基材，通過在基材表面涂飾一層含有二氧化鈦(TiO2)溶膠的防靜電絕緣材料，改變基材表面的電阻，使表面具有永久防靜電及絕緣的特性。此防靜電絕緣材料與有機及無機材料兼容性好、耐候性佳，而且制備方法簡單，操作容易，成本低廉。
中性水基納米二氧化鈦(TiO2)納米溶膠為介電陶瓷材料具有相當高的電阻系數，因此在一般狀況下，介電陶瓷也常被視為絕緣體。所以只要將中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠涂布于基材表面且有一定厚度時，其絕緣性將會表現出來，又因可以形成一高介電層，可以改善閘間電場分布特性，又由于納米二氧化鈦的緊密堆積可使在空氣中加速的電子減少，因而減少對絕緣層的破壞。因此中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠可以強化絕緣性能以及耐久性能，使得絕緣層不易被破壞。而且納米二氧化鈦的熱傳導效率較凡立水優異，雖然電暈是種冷放電，不像電弧產生大量的熱，但是帶電粒子的碰撞與吸收仍產生一定的熱能，這些熱量對絕緣的熱化學降解有一定的破壞作用，所以可將一部分的熱能藉由納米絶緣層的傳導而散逸，因而使耐熱性有所提升。
本發明的技術方案是一種新型防靜電絕緣基材，包括基材、基材表面涂布的溶膠涂層，其特征在于所用基材為印刷電路板、電子零件以及塑料類、橡膠類、金屬類、烤漆金屬板、有機材料、無機材料或以上材質的復合材料中的任一種；在基材表面涂布的溶膠涂層為中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠涂層。
將基材清洗干凈后，以中性水基納米二氧化鈦(TiO2)的溶膠中進行表面涂布處理，經烘烤一定時間干燥成膜，制備出具有防靜電及絕緣性能的基材。其特征在于以中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠涂布于基材表面并加熱干燥成膜，該溶膠是pH值為6.5～9.5，不含有任何粘結劑的納米二氧化鈦(TiO2)溶膠，無毒無害，粒子尺度在0.1-100nm，處理后的基材膜層厚度為1nm-1μm，具有防靜電、耐污易潔、防止粉塵沾附、抑制和減少基材表面靜電荷產生、預防電器品電子電路塵爆及絕緣等特點。
本發明所采用的基材可選塑料類(如PMMA、PC、PP、PET、PVC、Epoxy板)、印刷電路板、橡膠類、金屬類、烤漆金屬板、有機材料、無機材料、以上材質的復合材料等的任一種以及電子零件。
其中中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠是利用四氯化鈦或硫酸鈦經溶解稀釋后，濃度可為0.1～80.0％，以氨水調整至PH＝7.0～9.0之間產生氫氧化鈦，經水洗過濾后，將氫氧化鈦濾餅分散于水中，加入適量的氧化劑(包括，高錳酸鉀(KMnO4)、重鉻酸鉀(K2Cr2O7)、鉻酸鉀(K2CrO4)、氯酸(KClO3)、高氯酸鉀(KClO4)、次氯酸鉀(KClO)、過氧化氫(H2O2)的其中一種或一種以上)，以30～300rpm的攪拌速度在溫度50～90℃中持續加溫1～48小時后，形成金屬氧化物中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠，二氧化鈦濃度介于0.01％～15％。
為了使中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠能均勻涂布于不同基材，可以依不同基材種類在體系中加入些表面活性劑，如含氟表面活性劑、含硅表面活性劑、非離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、兩性表面活性劑等；表面活性劑使用濃度介于0.1～10,000ppm。表面活性劑可以直接溶解于水中，再與中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠均勻攪拌混合即可。
本發明中基材以中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠涂布處理的方法可以采用刷涂法、提拉法、噴涂法的任一種進行表面涂布處理，經烘烤干燥成膜，其中干燥條件采低溫制程，溫度介于70～200℃，干燥時間為1分鐘～24小時。
本發明中的基板以中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠涂飾處理后，在加熱干燥下使納米TiO2在基板表面成膜，不需太高溫度，操作簡單，時間短，而且牢度好。
本發明中利用TiO2薄膜的電阻介于106～1011Ω防靜電材應用范圍，在基材上涂飾一層TiO2薄膜后，可賦予材料表面具有防靜電、耐污易潔、防止粉塵沾附、抑制和減少基材表面靜電荷產生、預防電器品電子電路板塵爆及絕緣等特點。
具體實施例方式
實施例1制備防靜電PC板(聚碳酸酯板)，操作方法采用提拉法，具體操作過程如下(1)將PC板清洗干凈后，以提拉法浸泡在中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠中，然后將PC板垂直提起至脫離液面。這樣就可以在PC板外表面附著一層溶膠膜；
(2)在100℃的烘箱內干燥成膜；(3)以磨擦產生靜電，并以靜電量測器測量PC板表面靜電，靜電值小于30V，以相同方法測試未經處理的PC板，則靜電值大于1500V；(4)故以此法可制備出具有防靜電性能的PC板。
實施例2制備防靜電PMMA板(亞克力，Acrylics)，操作方法采用噴涂法，具體操作過程如下(1)將PMMA板清洗干凈后，以噴涂法將中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠均勻噴涂于PMMA板上，這樣就可以在PMMA板外表面附著一層溶膠膜；(2)在70℃的烘箱內干燥成膜；(3)以磨擦產生靜電，并以靜電量測器測量PMMA板表面靜電，靜電值小于50V，以相同方法測試未經處理的PC板，則靜電值大于2200V；(4)故以此法可制備出具有防靜電性能的PMMA板。
實施例3制備防靜電無塵室隔間板(烤漆鍍鋅鋼板或不銹鋼鋼板)，操作方法采用刷涂法，具體操作過程如下(1)將無塵室隔間板清洗干凈后，以刷涂法將中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠，均勻的刷涂于無塵室隔間板表面。這樣就可以在無塵室隔間板表面附著一層溶膠膜；(2)在150℃的烘箱內干燥成膜；(3)以磨擦產生靜電，并以靜電量測器測量隔間板表面靜電，靜電值小20V，以相同方法測試未經處理的隔間板，則靜電值大于1300V；(4)故以此法可制備出具有防靜電性能的隔間板。
實施例4制備絕緣印刷電路板，操作方法采用提拉法，具體操作過程如下(1)將印刷電路板表面清洗干凈后，以提拉法浸泡在中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠中，然后將印刷電路板垂直提起至脫離液面。這樣就可以在PC板外表面附著一層溶膠膜；(2)在100℃的烘箱內于燥成膜；(3)將印刷電路板放置于水中，并接通印刷電路板的電源使通電，觀察印刷電路板仍能正常運作。以相同方法測試未經絕緣處理的印刷電路板，發現印刷電路板在水中發生短路無法運作；(4)故以此法可制備出具有絕緣性的印刷電路板。
本發明的新型防靜電絕緣基材具有下列優點1.各種塑膠、無機材料、有機材料基板表面均可涂布中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠，使一般基材成為具有防靜電及絕緣功能的基材。
2.中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠顆粒極細小，成膜迅速，附著力強，基材的外觀不受影響。
3.中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠為中性純水液態狀，無毒無害，不會造成二次污染。
4.基材經中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠處理后，基材表面具有防靜電、耐污易潔、防止粉塵沾附、抑制和減少基材表面靜電荷產生、預防電器品電子電路板塵爆及絕緣等特點。
權利要求
1.一種新型防靜電絕緣基材，包括基材、基材表面涂布的溶膠涂層，其特征在于所用基材為印刷電路板、電子零件以及塑料類、橡膠類、金屬類、烤漆金屬板、有機材料、無機材料或以上材質的復合材料中的任一種；在基材表面涂布的溶膠涂層為中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠涂層，中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠的制法是利用四氯化鈦或硫酸鈦經溶解稀釋后，濃度可為0.1～80.0％，以氨水(NH4OH)調整至PH＝7.0～9.0之間產生氫氧化鈦，經水洗過濾后，將氫氧化鈦濾餅分散于水中，加入包括高錳酸鉀(KMnO4)、重鉻酸鉀(K2Cr2O7)、鉻酸鉀(K2CrO4)、氯酸(KClO3)、高氯酸鉀(KClO4)、次氯酸鉀(KClO)、過氧化氫(H2O2)在內的一種或一種以上適量的氧化劑，以30～300rpm的攪拌速度在溫度50～90℃中持續加溫1～48小時后，形成金屬氧化物中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠，二氧化鈦濃度介于0.01％～15％。
2.如權利要求1所述的一種新型防靜電絕緣基材，其特征在于在基材表面涂布的中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠涂層的粒子尺度在0.1-100nm；膜層厚度為1nm-1μm；薄膜的電阻介于106～1011Ω范圍。
3.如權利要求1所述的一種新型防靜電絕緣基板材，其特征在于基材清洗干凈后，以中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠涂布處理的方法可以采用刷涂法、提拉法、噴涂法中的任一種進行表面涂布處理，經烘烤干燥成膜，其中干燥條件采低溫制程，溫度介于70～200℃，干燥時間為1分鐘～24小時。
4.如權利要求1所述的中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠，為能使均勻涂布于不同基材，可以依不同基材種類在體系中加入些包括含氟表面活性劑、含硅表面活性劑、非離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、兩性表面活性劑在內的表面活性劑，表面活性劑使用濃度介于0.1～10,000ppm，表面活性劑可以直接溶解于水中，再與中性水基納米二氧化鈦(TiO2)溶膠均勻攪拌混合即可。
全文摘要
一種新型防靜電絕緣基材，包括基材、基材表面涂布的溶膠涂層，其特征在于所用基材為印刷電路板、電子零件以及塑料類、橡膠類、金屬類、烤漆金屬板、有機材料、無機材料或以上材質的復合材料中的任一種，在基材表面涂布的溶膠涂層為中性水基納米二氧化鈦(TiO
文檔編號H01B3/00GK1931951SQ20051002970
公開日2007年3月21日 申請日期2005年9月15日 優先權日2005年9月15日
發明者黃建國 申請人:泉耀新材料科技(上海)有限公司