涤纶水刺非织造布防静电屏蔽涂层工艺初探*

袁兴婕 吴海波 靳向煜

(东华大学，上海，201620)

涤纶水刺非织造布防静电屏蔽涂层工艺初探*

袁兴婕 吴海波 靳向煜

(东华大学，上海，201620)

导电性涂料可以用作静电耗散和电磁/射频干扰(EMI/RFI)屏蔽材料。用金属铜粉作导电填料、丙烯酸酯共聚乳液作黏合剂自制一种导电涂料，利用干法直接刮涂的方式对涤纶水刺非织造布进行涂层后整理。研究结果表明:经过亲水整理的涤纶水刺非织造布在涂层后有较好的防静电屏蔽效果;在固化温度为120℃、铜粉质量分数为55%并采用连续刮涂两层的方式涂层时，涤纶水刺非织造布可以获得良好的防静电屏蔽效果。

水刺非织造布，铜粉，防静电，屏蔽，涂层

随着社会的进步，手机、电视机、微波炉、电脑等的使用正快速增长，它们所产生的射频电磁波会危害人体健康。射频辐射对人体的主要影响是引起神经衰弱症候群和反映在心血管系统的植物神经功能失调［1］，如头痛、头晕、疲倦、失眠、记忆力减退、口干舌燥、胸闷以及女性的月经周期紊乱等，少部分人有血压下降或升高、心律不齐等症状。另外，在电子产品的生产过程中所引发的静电危害和电磁辐射也危害着人体的健康。为此，研究具有防静电屏蔽效果的纺织品并拓展其应用具有重要的社会意义。

本研究选用干法直接刮涂工艺赋予涤纶水刺非织造布防静电屏蔽功能，以开发其作为家用电器防静电屏蔽罩、防静电屏蔽窗帘、高档汽车罩布、电子产品内置贴片、军用保密帐篷等产品，目标是确定防静电屏蔽功能性涤纶水刺非织造布的初步加工工艺。

1 实验部分

1.1 实验材料

(1)样品:涤纶水刺非织造布，浙江绍兴和中合纤有限公司;

(2)金属粉末:1 000目片状铜粉，纯度>99.7%，无锡顺达金属粉末有限公司;

(3)树脂:丙烯酸酯共聚乳液，乳液固含量40%，浙江传化股份有限公司;

(4)助剂:非织造布专用亲水整理剂，浙江传化股份有限公司;分散剂、润湿剂，上海集益化工有限公司;增稠剂，上海斯盟达化工有限公司(无锡);丙酮，分析纯。

1.2 实验仪器与测试方法

DXS-10ACKT扫描电子显微镜(SEM)，上海电子光学技术研究所;

JB50-D型电动搅拌器;

超声波振荡仪;

自制手动刮板涂层器;

JC2000A接触角测量仪，上海中晨数字技术设备有限公司;

DT-890数字万用表，测定织物的表面电阻，符合ASTM-D4496—1987;

GSH-06微波辐射比较测量仪，北京广顺和科技开发中心。

依据美国材料与试验协会 ASTM-D4935［2］和美国电气和电子工程师协会IEEE-299［3］的标准，材料屏蔽效能(SE，单位为dB)可表示为:

式中:E0，H0，W0——分别为屏蔽前该点的电场强度、磁场强度、功率;

E1，H1，W1——分别为屏蔽后该点的电场强度、磁场强度、功率。

1.3 实验方法

1.3.1 样品前处理

由于涤纶大分子链中不含有亲水基团，涤纶水刺非织造布的亲水性较差，影响涂料的涂布量和涂层的均匀性。本文采用如下三种方案研究不同处理工艺对涂层材料防静电屏蔽性能的影响。

(1)洗涤除油:样品在体积分数为50%的丙酮溶液中于室温下搅拌洗涤0.5 h，然后在100℃下烘干1 h，在标准环境(温度25℃，相对湿度65%)下放置24 h。

(2)亲水整理:用质量分数为0.2%非织造布专用亲水剂浸轧后，在100℃下烘干1 h，在标准环境(温度25℃，相对湿度65%)下放置24 h。

(3)不作任何处理，在标准环境(温度25℃，相对湿度65%)下放置24 h。

1.3.2 涂层

1.3.2.1 考察经不同方案处理的涤纶水刺非织造布对涂层防静电屏蔽性能的影响

配制一定含量铜粉的涂料，将未经处理、洗涤除油处理和亲水处理后的涤纶水刺非织造布固定于自制手动刮板涂层器上，分别手动刮涂一层涂料，在120℃下烘干10 min，放置于恒温恒湿环境中调湿24 h。

1.3.2.2 考察涂层方式对涂层防静电屏蔽性能的影响

配制一定含量铜粉的涂料，为获得最佳的防静电屏蔽效果，比较三种涂层方式对涂层效果的影响:①正面刮涂一层，120℃烘干10 min;②正面连续刮涂两层，120℃烘干10 min;③正反面各刮涂一层，120℃烘干10 min。涂层后的样品均放置于恒温恒湿环境中调湿24 h。

1.3.2.3 考察固化温度对涂层防静电屏蔽性能的影响

配制一定含量铜粉的涂料，在经过亲水整理后的涤纶水刺非织造布上连续刮涂两层，分别在80、100、120和140℃下烘干10 min，放置于恒温恒湿环境中调湿24 h。

1.3.2.4 考察铜粉含量对涂层防静电屏蔽性能的影响

按照不同配比，分别称取不同量的丙烯酸酯共聚乳液，并加入分散剂、润湿剂等助剂，在电动搅拌器恒速搅拌下缓慢加入已称量的铜粉，再添加增稠剂调节涂料至适宜的黏度，超声波振荡30 min，然后电动搅拌器搅拌1 h，在经过亲水整理后的涤纶水刺非织造布上连续刮涂两层涂料，120℃下烘干10 min，放置于恒温恒湿环境中调湿24 h。

2 结果与分析

2.1 样品前处理对涂层防静电屏蔽性能的影响

样品三种前处理方案对涂层防静电屏蔽性能的影响如表1所示。

表1 样品不同前处理方案对涂层防静电屏蔽性能的影响

由表1可以看出，涤纶水刺非织造布在经过亲水整理后涂布量和涂层厚度都显著增大，说明经过亲水整理后涂料的涂布更容易进行。经过亲水整理后涂层的表面电阻明显下降，SE值增大，因为非织造布布面上单位体积内的铜粉含量增多，电磁波的反射作用加强，屏蔽效率和SE值增大。

2.2 涂层方式对涂层防静电屏蔽性能的影响

涂层方式对涂层防静电屏蔽性能的影响结果如表2所示。

表2 涂层方式对涂层防静电屏蔽性能的影响

表2结果表明，当在涤纶水刺非织造布上正反面各刮涂一层时可以获得最好的防静电屏蔽效果，正面连续刮涂两层所获得的防静电屏蔽效果次之，但两者的结果比较接近。考虑到实际应用中一面涂层的材料更便于使用，且正面连续刮涂两层的工艺也便于操作，故可选用正面连续刮涂两层的方式。

2.3 固化温度对涂层防静电屏蔽性能的影响

不同固化温度对涂层防静电屏蔽性能的影响见图1。

图1 固化温度对涂层防静电屏蔽性能的影响

当固化温度较低(80℃)时，聚丙烯酸酯大分子还没有完全固化，铜粉颗粒被完全包裹在黏合剂大分子中，不能相互接触而形成导电通道，因此涂层材料的表面电阻较大且屏蔽效能较低;随着温度升高，黏合剂大分子开始固化，铜粉颗粒逐渐接触;当在120℃下固化10 min时，水分子蒸发较快，乳液粒子变形，分子扩散成膜，而铜粉颗粒部分露出且接触紧密，良好的导电通道形成，具有较好的防静电屏蔽性能。温度继续升高时，防静电屏蔽性能下降。陈建等［4］关于石墨/丙烯酸涂料的研究表明，当温度大于120℃以后，聚合物胶粒会过度膨胀，且填料易氧化，电阻升高，涂层随温度升高逐渐被破坏，导致涂层材料表面电阻又逐渐升高。本实验结果也表明了当用铜粉做填料时具有相同的规律。

2.4 铜粉含量对涂层防静电屏蔽性能的影响

铜粉含量对涂层防静电屏蔽性能影响较大。铜粉含量越多越容易形成导电通道，但随着其含量的增多也越不容易分散均匀。铜粉含量对涂层防静电屏蔽性能的影响见图2。

从图2可以看出，当铜粉质量分数小于55%时，SE值较小，基本没有屏蔽效果;当铜粉质量分数在55% ～60%时，涂层的SE值显著增大;当铜粉质量分数继续增大时，SE值又减小。图3是用SEM显示的随铜粉含量变化导电通道形成的过程。

图2 铜粉含量对涂层防静电屏蔽性能的影响

图3 不同铜粉质量分数时涂层样品的SEM照片

当铜粉质量分数为25%时，铜粉粒子含量较低，粒子相互接触较少，没有形成良好的导电通道;当铜粉质量分数为45%时，由于铜粉粒子含量增加，粒子相互接触的机会增多，导电通道开始形成，具有微小的屏蔽作用;当铜粉质量分数为55%时，铜粉粒子可以形成连续的导电通道，屏蔽作用显著增加;当铜粉质量分数为60%时，大量的铜粉粒子相互接触，并有一定程度的堆积，形成良好的导电通道，屏蔽作用良好。继续增加铜粉质量分数至65%时，由于铜粉含量高，分散效果差，且树脂不能很好地包裹铜粉颗粒，铜粉多凝聚成团粒，涂布困难。

3 结论

用铜粉作防静电填料，以丙烯酸酯共聚乳液作黏合剂配制的防静电涂料可以利用干法直接刮刀涂层的方式制作防静电屏蔽功能性涤纶水刺非织造布。经过亲水处理的涤纶水刺非织造布更容易涂层。当铜粉质量分数为60%，选用连续刮涂两层的方式涂层，在120℃下固化10 min可以获得良好的防静电屏蔽效果。

［1］赵玉峰.抗静电、防电磁辐射织物与服装功能性指标要求与检测技术［C］//第二届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会.纺织行业生产力促进中心，2002:151-162.

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

［3］王庆，蒋全兴，张林昌，等.SJ 20524—1995材料屏蔽效能的测量方法［S］.CSIC2SJ，1995.

［4］陈建，卿明强.新型石墨/丙烯酸防静电涂料研究［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

*高等学校学科创新引智计划资助项目(B07024)

2010－05－17;修改稿:2010－06－26

袁兴婕，女，1986年生，在读硕士研究生。研究方向是非织造布功能涂层整理。