涂布型抗靜電薄膜在林區(qū)作業(yè)環(huán)境的應(yīng)用研究

梁馨元 劉兵

摘 要：聚丙烯（PP）薄膜具有優(yōu)良的熱收縮性、電絕緣性與抗撓曲性，為使其具備抗靜電性能，常用的處理方法有導(dǎo)電材料填充、表面改性、復(fù)合和涂布等。在林區(qū)作業(yè)環(huán)境條件下，有時(shí)會(huì)需要塑料膜具有短暫抗靜電性能，針對(duì)此要求，本論文將抗靜電劑噴涂于聚丙烯薄膜表面，測(cè)試不同涂布濃度、厚度抗靜電劑后聚丙烯薄膜的表面電阻率和摩擦系數(shù)，確定50%和150 μm是涂布的最佳濃度、厚度，得出現(xiàn)場(chǎng)涂布抗靜電劑的確可以在短期內(nèi)提供塑料膜抗靜電性能，是一種經(jīng)濟(jì)快速的方法，能很好滿足林區(qū)作業(yè)環(huán)境的要求。

關(guān)鍵詞：聚丙烯薄膜;COLCOAT515抗靜電劑;摩擦系數(shù);表面電阻率

中圖分類號(hào)：TS529.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8023（2019）01-0064-05

Abstract： Polypropylene（PP） films has excellent thermal shrinkage， electrical insulation and flexural resistance. In order to make it have antistatic performance， polypropylene can be treated by means of filling conducting materials， surface modification， lamination and coating. Transient antistatic performance of plastic films is often requested under forest operation conditions. For this requirement， in this paper an antistatic agent was sprayed on the surface of polypropylene film， friction coefficient and surface resistivity of PP films was determined under different coating concentration and thickness. The results showed that 50% and 150μm were the best concentration and the optimum thickness. And the paper had drawn the conclusion that spraying antistatic agent on the films surface was a rapid and economical technique provide transient antistatic performance， which could satisfied the need of forest operation conditions.

Keywords： Polypropylene films; COLCOAT515 antistatic agents; friction coefficient; surface resistivity

0 引言

靜電在生活中無處不在。它是一種處于靜止?fàn)顟B(tài)的電荷，在干燥的冬天，衣物摩擦?xí)a(chǎn)生靜電，人們常常會(huì)聽見噼啪的聲響，并伴有光亮。靜電在靜電復(fù)印、靜電除塵中應(yīng)用廣泛，但更需引起重視的是靜電的危害。對(duì)于一些電子器件和對(duì)靜電敏感的元件，靜電不僅會(huì)造成其使用壽命的縮短，嚴(yán)重時(shí)因儲(chǔ)存不當(dāng)或環(huán)境因素造成的靜電過載甚至?xí)l(fā)爆炸等重大事故，危害巨大，近年來關(guān)于靜電事故的報(bào)道很多，因此，防靜電是必須重視的問題。而防靜電包裝可以在產(chǎn)品出場(chǎng)后的儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)冗^程中，保護(hù)產(chǎn)品免受環(huán)境以及其他靜電的影響，是不可或缺的防靜電方法。

防靜電包裝是主要用于靜電敏感產(chǎn)品的包裝，例如電子（元）器件、電器產(chǎn)品、光電產(chǎn)品、光機(jī)電一體化產(chǎn)品以及導(dǎo)彈、彈藥、火炸藥等產(chǎn)品的包裝。它的使用可以避免因摩擦或電磁感應(yīng)產(chǎn)生的靜電積累而引起的產(chǎn)品失效或部分元件損 壞[1-6]。此外，在裝潢效果方面，防靜電包裝還可以保證印刷品圖文的清晰，使包裝件看起來更有檔次。防靜電包裝甚至可以在印刷過程中降低由于靜電和粉塵作用引起的火災(zāi)的可能性，保證財(cái)產(chǎn)與人身安全。

獲得抗靜電材料有多種方法，現(xiàn)歸納主要有兩種：①外用抗靜電劑法，主要用外部噴灑、浸漬、涂敷抗靜電劑以及通過對(duì)材料表面改性增強(qiáng)與抗靜電劑結(jié)合性能;②內(nèi)用抗靜電劑法，主要是將抗靜電劑摻和到材料中，或?qū)⒏叻肿硬牧吓c導(dǎo)電材料混用，使之成為具有抗靜電性的材料[7-15]。內(nèi)用抗靜電劑法是采用改變包裝材料性質(zhì)的方法，使得包裝具有抗靜電性，與外用涂層法相比成本較高且便利性不足。

林區(qū)作業(yè)工序時(shí)間長(zhǎng)地形復(fù)雜，氣候環(huán)境條件變化較多，季節(jié)性特征也較明顯。具有抗靜電性能的薄膜可以有效的改善林區(qū)作業(yè)工具的使用性能，為一些林產(chǎn)品包裝提供更有效的保護(hù)，同時(shí)也對(duì)森林防火起到極大的幫助作用。聚丙烯（PP）薄膜作為一種優(yōu)良的熱塑性合成樹脂，因其透明度高、表面光澤好、沖擊強(qiáng)度高，有很好的熱收縮性、抗撓曲性，同時(shí)又是很好的電絕緣體[16-22]，廣泛用于林區(qū)作業(yè)工具包裝及一些林產(chǎn)品包裝。

近年來，針對(duì)聚丙烯薄膜使用現(xiàn)場(chǎng)涂布的方法提供抗靜電性、進(jìn)而針對(duì)日常突發(fā)情況進(jìn)行防靜電保護(hù)使用的研究卻尚未見報(bào)道。而現(xiàn)場(chǎng)噴涂抗靜電劑的方法，對(duì)于使PP膜快速具備抗靜電性，無異是非常經(jīng)濟(jì)有效的。本文采用測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)涂布抗靜電劑的PP膜的表面摩擦系數(shù)、表面電阻率和環(huán)境抵抗性來解決日?？轨o電PP膜的制備及使用問題。

1 材料與方法

1.1 材料

聚丙烯薄膜（0.034 mm），抗靜電劑，聚乙烯薄膜，印刷紙，瓦楞紙板，蒸餾水，乙醇，淀粉，殼聚糖，PA塑料薄膜、尼龍真空塑薄膜、牛皮紙、印刷紙、LDPE氣泡膜、EPS發(fā)泡塑料，透明膠帶。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

MXD-01摩擦系數(shù)儀、HWS型的恒溫恒濕培養(yǎng)箱、表面電阻率測(cè)試儀、溫濕度顯示器、涂布器。

1.3 試樣制備

對(duì)聚丙烯薄膜進(jìn)行處理。用蒸餾水洗滌聚丙烯薄膜。再用10%的乙醇溶液浸泡聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜，浸泡時(shí)間為12 h，最后，對(duì)膜進(jìn)行干燥處理。

配制試劑濃度分別為0%、10%、30%、50%、100%的抗靜電劑薄膜。首先通過計(jì)算得到不同濃度的抗靜電劑的含量。用量筒分別量取不同容積的抗靜電劑、不同容積的蒸餾水，然后將其倒在燒杯或是錐形瓶中混和，用玻璃棒攪拌均勻。然后將配制好的溶液轉(zhuǎn)移到容量瓶中保存。

當(dāng)經(jīng)乙醇浸泡后的聚丙烯膜、聚乙烯膜干燥后，可以對(duì)聚丙烯膜、聚乙烯薄膜涂布抗靜電劑。在涂布時(shí)，必須保持膜的平整。涂布厚度分別為100、150、200 μm。

最后，將干燥的聚丙烯抗靜電薄膜進(jìn)行貼標(biāo)，便于分辨和實(shí)驗(yàn)。將貼標(biāo)后的聚丙烯薄膜放置與溫濕度適中且變化不大的環(huán)境中保存。聚乙烯膜涂布抗靜電劑的濃度僅為50%。

2 結(jié)果與分析

2.1 表面摩擦系數(shù)

溫度為20 ℃，濕度分別為20%RH、35%RH、60%RH時(shí)，抗靜電劑對(duì)普通印刷紙的摩擦系數(shù)。

在溫濕度相同的條件下，同種厚度抗靜電聚丙烯薄膜的表面靜、動(dòng)摩擦系數(shù)隨著抗靜電劑濃度的增大而增大;同種濃度抗靜電聚丙烯薄膜的表面靜、動(dòng)摩擦系數(shù)受厚度的影響不大。當(dāng)濃度較低時(shí)，影響較為明顯;但當(dāng)濃度較大時(shí)，幾乎沒有影響。在溫度相同時(shí)，同種濃度厚度的抗靜電聚丙烯薄膜的表面靜、動(dòng)摩擦系數(shù)隨著濕度的增加減小。

環(huán)境溫濕度條件相同時(shí)，在涂布抗靜電劑厚度相同的情況下，隨著抗靜電劑濃度的增加，靜、動(dòng)相對(duì)摩擦系數(shù)總體呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，且相對(duì)靜摩擦系數(shù)的變化大于相對(duì)動(dòng)摩擦系數(shù)。

溫度為20 ℃，濕度分別為20%RH、35%RH、60%RH時(shí)，不同濃度的抗靜電聚丙烯薄膜相對(duì)于瓦楞紙的摩擦系數(shù)的變化情況。

濕度為20%，涂布厚度相同的情況下，隨著抗靜電劑濃度的增加，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)逐漸增加，濃度達(dá)到50%時(shí)出摩擦系數(shù)出現(xiàn)峰值，隨即下降;濕度為35%、60%，涂布厚度相同的情況下，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)均在一定范圍內(nèi)上下浮動(dòng)。與涂布抗靜電劑聚丙烯薄膜相對(duì)普通印刷紙對(duì)比而言，20%HR，35%HR時(shí)其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)浮動(dòng)較穩(wěn)定，60%HR時(shí)兩者摩擦系數(shù)變動(dòng)都不穩(wěn)定。所以，若進(jìn)行緊急抗靜電處理時(shí)，當(dāng)前空氣濕度較大必須謹(jǐn)慎選擇濃度與涂布厚度。

溫度為20 ℃，濕度為20%RH、35%RH、60%RH時(shí)，不同濃度的抗靜電聚丙烯薄膜相對(duì)于聚乙烯薄膜的摩擦系數(shù)的變化情況。

環(huán)境溫濕度條件相同時(shí)，在涂布抗靜電劑厚度相同的情況下，隨著抗靜電劑濃度的增加，20%RH與60%RH時(shí)，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)均先上升后下降，在一定范圍內(nèi)浮動(dòng)，只有35%RH時(shí)，總體呈上升趨勢(shì)。因此在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行緊急抗靜電包裝時(shí)，若能得知當(dāng)前空氣濕度則可以根據(jù)本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更好地進(jìn)行針對(duì)性的操作

2.2 表面電阻率

2.2.1 不同濃度、厚度抗靜電劑下的聚丙烯表面電阻率

在溫度為20 ℃，濕度分別為20%RH、35%RH、60%RH的環(huán)境進(jìn)行測(cè)試。在環(huán)境溫度濕度相同，涂布抗靜電劑厚度相同的情況下，當(dāng)抗靜電劑的濃度較低時(shí)，對(duì)表面電阻率沒有影響。當(dāng)濃度達(dá)到20%時(shí)，隨著抗靜電劑濃度的增大，表面電阻率變小，但最小只能降為108 Ω。

在環(huán)境溫濕度相同，涂布抗靜電劑濃度相同的情況下，增大涂布抗靜電劑的厚度可以降低表面電阻率。當(dāng)抗靜電劑的濃度為50%，厚度為150 μm時(shí)，就能達(dá)到108 Ω，所以選擇此種抗靜電劑薄膜即可滿足要求，并節(jié)省成本。

2.2.2 時(shí)間對(duì)抗靜電薄膜表面電阻率的影響

含有50%濃度抗靜電劑的聚丙烯抗靜電薄膜具有很好的保持抗靜電的能力。在10 d范圍內(nèi)，含150 μm和200 μm的抗靜電劑的薄膜表面電阻率保持不變，含100 μm的抗靜電劑的薄膜在第六天時(shí)表面電阻率增加，后又保持不變。

根據(jù)數(shù)據(jù)可以得出，厚度為150 μm和200 μm抗靜電劑薄膜表面的防靜電性能更好，同時(shí)考慮效率以及成本等因素，得出涂布厚度為150 μm抗靜電劑的薄膜為最佳。

2.2.3 抗靜電聚丙烯和聚乙烯表面電阻率比較

通過比較不同濃度抗靜電劑的抗靜電聚丙烯薄膜和抗靜電聚乙烯薄膜的表面電阻率，來判斷該種抗靜電劑作用在聚丙烯薄膜上抗靜電的效果。

在溫濕度條件相同的情況下，相同濃度的聚丙烯抗靜電薄膜的表面電阻率小于聚乙烯抗靜電薄膜的表面電阻率或與之相同。

因此可以得出聚丙烯的抗靜電性能相比于聚乙烯更好，可以在防靜電方面有更為優(yōu)秀的應(yīng)用。

3 結(jié)論

（1）隨著抗靜電劑濃度增加，聚丙烯薄膜自身摩擦系數(shù)會(huì)增加，但相對(duì)其他材料的摩擦系數(shù)會(huì)先增加后減小。故抗靜電劑的涂布厚度對(duì)薄膜的表面摩擦系數(shù)影響較小。

（2）隨著抗靜電劑濃度的增加，薄膜表面的電阻率會(huì)減小。另涂布抗靜電劑的厚度對(duì)薄膜的表面電阻影響較小。

（3）在溫濕度條件相同的情況下，涂布相同濃度抗靜電劑的聚丙烯抗靜電薄膜的表面電阻率小于聚乙烯抗靜電薄膜的表面電阻率或與之相同，抗靜電效果較好。

本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)涂布抗靜電劑的聚丙烯薄膜表面參數(shù)的測(cè)定與研究，獲得了現(xiàn)場(chǎng)涂布使用抗靜電劑的最佳濃度為50%，涂布厚度為150 μm。通過直接應(yīng)用本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以快速制備抗靜電聚丙烯薄膜，實(shí)現(xiàn)林區(qū)作業(yè)中的應(yīng)急抗靜電包裝。

【參 考 文 獻(xiàn)】

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