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，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，上海，201620)

導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。用金屬銅粉作導電填料、丙烯酸酯共聚乳液作黏合劑自制一種導電涂料，利用干法直接刮涂的方式對滌綸水刺非織造布進行涂層后整理。研究結果表明:經過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℃、銅粉質量分數為55%并采用連續刮涂兩層的方式涂層時，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

隨著社會的進步，手機、電視機、微波爐、電腦等的使用正快速增長，它們所產生的射頻電磁波會危害人體健康。射頻輻射對人體的主要影響是引起神經衰弱癥候群和反映在心血管系統的植物神經功能失調［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，在電子產品的生產過程中所引發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用具有重要的社會意義。

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、電子產品內置貼片、軍用保密帳篷等產品，目標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 實驗部分

1.1 實驗材料

(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%，無錫順達金屬粉末有限公司;

(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、潤濕劑，上海集益化工有限公司;增稠劑，上海斯盟達化工有限公司(無錫);丙酮，分析純。

1.2 實驗儀器與測試方法

DXS-10ACKT掃描電子顯微鏡(SEM)，上海電子光學技術研究所;

JB50-D型電動攪拌器;

超聲波振蕩儀;

自制手動刮板涂層器;

JC2000A接觸角測量儀，上海中晨數字技術設備有限公司;

DT-890數字萬用表，測定織物的表面電阻，符合ASTM-D4496—1987;

GSH-06微波輻射比較測量儀，北京廣順和科技開發中心。

依據美國材料與試驗協會 ASTM-D4935［2］和美國電氣和電子工程師協會IEEE-299［3］的標準，材料屏蔽效能(SE，單位為dB)可表示為:

式中:E0，H0，W0——分別為屏蔽前該點的電場強度、磁場強度、功率;

E1，H1，W1——分別為屏蔽后該點的電場強度、磁場強度、功率。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品前處理

由于滌綸大分子鏈中不含有親水基團，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:樣品在體積分數為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，在標準環境(溫度25℃，相對濕度65%)下放置24 h。

(2)親水整理:用質量分數為0.2%非織造布專用親水劑浸軋后，在100℃下烘干1 h，在標準環境(溫度25℃，相對濕度65%)下放置24 h。

(3)不作任何處理，在標準環境(溫度25℃，相對濕度65%)下放置24 h。

1.3.2 涂層

1.3.2.1 考察經不同方案處理的滌綸水刺非織造布對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刮板涂層器上，分別手動刮涂一層涂料，在120℃下烘干10 min，放置于恒溫恒濕環境中調濕24 h。

1.3.2.2 考察涂層方式對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涂層效果的影響:①正面刮涂一層，120℃烘干10 min;②正面連續刮涂兩層，120℃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境中調濕24 h。

1.3.2.3 考察固化溫度對涂層防靜電屏蔽性能的影響

配制一定含量銅粉的涂料，在經過親水整理后的滌綸水刺非織造布上連續刮涂兩層，分別在80、100、120和140℃下烘干10 min，放置于恒溫恒濕環境中調濕24 h。

1.3.2.4 考察銅粉含量對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、潤濕劑等助劑，在電動攪拌器恒速攪拌下緩慢加入已稱量的銅粉，再添加增稠劑調節涂料至適宜的黏度，超聲波振蕩30 min，然后電動攪拌器攪拌1 h，在經過親水整理后的滌綸水刺非織造布上連續刮涂兩層涂料，120℃下烘干10 min，放置于恒溫恒濕環境中調濕24 h。

2 結果與分析

2.1 樣品前處理對涂層防靜電屏蔽性能的影響

樣品三種前處理方案對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過親水整理后涂布量和涂層厚度都顯著增大，說明經過親水整理后涂料的涂布更容易進行。經過親水整理后涂層的表面電阻明顯下降，SE值增大，因為非織造布布面上單位體積內的銅粉含量增多，電磁波的反射作用加強，屏蔽效率和SE值增大。

2.2 涂層方式對涂層防靜電屏蔽性能的影響

涂層方式對涂層防靜電屏蔽性能的影響結果如表2所示。

表2 涂層方式對涂層防靜電屏蔽性能的影響

表2結果表明，當在滌綸水刺非織造布上正反面各刮涂一層時可以獲得最好的防靜電屏蔽效果，正面連續刮涂兩層所獲得的防靜電屏蔽效果次之，但兩者的結果比較接近。考慮到實際應用中一面涂層的材料更便于使用，且正面連續刮涂兩層的工藝也便于操作，故可選用正面連續刮涂兩層的方式。

2.3 固化溫度對涂層防靜電屏蔽性能的影響

不同固化溫度對涂層防靜電屏蔽性能的影響見圖1。

圖1 固化溫度對涂層防靜電屏蔽性能的影響

當固化溫度較低(80℃)時，聚丙烯酸酯大分子還沒有完全固化，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;當在120℃下固化10 min時，水分子蒸發較快，乳液粒子變形，分子擴散成膜，而銅粉顆粒部分露出且接觸緊密，良好的導電通道形成，具有較好的防靜電屏蔽性能。溫度繼續升高時，防靜電屏蔽性能下降。陳建等［4］關于石墨/丙烯酸涂料的研究表明，當溫度大于120℃以后，聚合物膠粒會過度膨脹，且填料易氧化，電阻升高，涂層隨溫度升高逐漸被破壞，導致涂層材料表面電阻又逐漸升高。本實驗結果也表明了當用銅粉做填料時具有相同的規律。

2.4 銅粉含量對涂層防靜電屏蔽性能的影響

銅粉含量對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。銅粉含量對涂層防靜電屏蔽性能的影響見圖2。

從圖2可以看出，當銅粉質量分數小于55%時，SE值較小，基本沒有屏蔽效果;當銅粉質量分數在55% ～60%時，涂層的SE值顯著增大;當銅粉質量分數繼續增大時，SE值又減小。圖3是用SEM顯示的隨銅粉含量變化導電通道形成的過程。

圖2 銅粉含量對涂層防靜電屏蔽性能的影響

圖3 不同銅粉質量分數時涂層樣品的SEM照片

當銅粉質量分數為25%時，銅粉粒子含量較低，粒子相互接觸較少，沒有形成良好的導電通道;當銅粉質量分數為45%時，由于銅粉粒子含量增加，粒子相互接觸的機會增多，導電通道開始形成，具有微小的屏蔽作用;當銅粉質量分數為55%時，銅粉粒子可以形成連續的導電通道，屏蔽作用顯著增加;當銅粉質量分數為60%時，大量的銅粉粒子相互接觸，并有一定程度的堆積，形成良好的導電通道，屏蔽作用良好。繼續增加銅粉質量分數至65%時，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，銅粉多凝聚成團粒，涂布困難。

3 結論

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。經過親水處理的滌綸水刺非織造布更容易涂層。當銅粉質量分數為60%，選用連續刮涂兩層的方式涂層，在120℃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要求與檢測技術［C］//第二屆功能性紡織品及納米技術應用研討會.紡織行業生產力促進中心，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材料屏蔽效能的測量方法［S］.CSIC2SJ，1995.

［4］陳建，卿明強.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

*高等學校學科創新引智計劃資助項目(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。