[发明专利]填充有碳纳米管的UV可固化的、耐磨的抗静电的涂料

说明书

提供了制造填充有碳纳米管(CNT)的UV可固化的、耐磨的抗静电的涂料的方法。组合物由CNT、基于丙烯酸酯的单体、氨基甲酸酯-丙烯酸酯低聚物和光引发剂的混合物组成。本发明提供涂料，与聚合物基材相比，它的耐磨性和抗静电性能显著地改进。该涂料适合于保护各种聚合物基材避免划伤和静电积聚。

本发明涉及制造填充有碳纳米管(CNT)的耐磨的抗静电的涂料的方法。在UV辐射下聚合的涂层包括碳纳米管、作为稀释剂的基于丙烯酸酯的单体、氨基甲酸酯-丙烯酸酯低聚物、光引发剂以及其它添加剂。在约0.7 wt%的最佳CNT浓度下，本发明涂料的导电性、抗划性和耐磨损性与没有CNT的涂层相比会显著得到改进。该涂料应该具有大的潜力保护各种聚合物基材避免划伤和静电积聚。

已知的是，热塑性聚合物片和膜，尤其透明的类型(如PMMA，PC和PVC)，具有差的耐磨性和能够容易地被硬物体划伤。在划痕和磨损后，由此类聚合物制造的产品的表面质量和透明度显著地衰退。这一缺陷严重地限制它们的使用寿命并且还防碍它们的应用。

另一方面，大部分的聚合物基材是电绝缘的，因此在摩擦/与其它物体接触过程中它们倾向于在它们的表面上产生静电荷。在聚合物表面上存在的这种电荷积聚吸引在空气中漂浮的许多尘垢并且因此降低聚合物的表面性能，例如光学透明度和光泽。

在过去数十年中，已经进行许多的工作来改进聚合物基材的耐磨性和抗划性。在美国5698270中所谓的“硬涂料”或“有机/无机杂混涂料”被施涂于聚合物基材上并且为它们提供优异的硬度和耐磨性，与未涂覆的聚合物基材相比。硬涂料常常是以丙烯酸酯树脂或它们的衍生物为基础的，如在US 5242719中所述，它们能够在紫外线/电子束下或在某些温度下利用自由基聚合反应来固化或交联。

CN1556162A描述了硬质涂料，它包括无机纳米颗粒(例如纳米硅石，纳米氧化铝颗粒)并且它们通过溶胶-凝胶方法或机械共混法被引入到基于丙烯酸酯的基质中。值得注意的是，为了获得所需水平的硬度和抗划性以满足在许多应用中要求的耐磨损性标准，无机纳米颗粒的加载量常常是相当高的。典型的值基本上是在5%-30%范围，如在CN1556162A和CN1112594A中所公开。

然而，纳米颗粒的更高加载量使得涂料组合物变得非常粘稠和这可能引起加工方面的问题。此外，当经受冲击负载时，含有较高加载量的纳米颗粒的聚合物基质变成脆性并且可能发生开裂。在US 0286383中公开的解决脆性和开裂问题的一种途径是将柔性组分添加到涂料组合物中，然而，硬度和抗划性同时会降低。

此外，为了避免在绝缘聚合物的表面上带静电，导电性应该是高于10^-6 Sm^-1。实现这一电导率的常规做法是使用导电性填料，如金属粉末，炭黑，共轭聚合物或其它物质。近年来，CNT已经引起许多研究人员的注意，这归因于它们的高导电性和高长径比。含纳米管的复合材料的渗过阈值能够低至0.1wt.%，这远远低于使用常规导电性填料的情况。

碳纳米管(NT)是非常强的、轻质的、导电性的材料，它们最近已经引起人们的极大关注，尤其就它们在聚合物纳米复合材料中的用途而言。

根据现有技术的碳纳米管被理解为具有3-100 nm的直径和相当于直径的许多倍的长度的主要圆柱形的碳管。这些管由一个或多个层的有序排列的碳原子组成并且具有在形态上不同的芯。这些碳纳米管也被称为例如“碳纤丝”或“中空碳纤维”。

碳纳米管在专业文献中长期以来是已知的。虽然Iijima (publication: S. Iijima, Nature 354, 56-58, 1991)一般被认为发现了纳米管，但是，此类材料，尤其具有多个的石墨层的纤维石墨材料，自二十世纪七十年代或八十年代早期以来为人们所已知。从烃类的催化分解所导致的非常细的纤维状碳的沉积首次由Tates和Baker(GB 1469930A1，1977和EP 56004 A2，1982)进行了描述。然而，以短链烃为基础生产的碳细丝在它们的直径方面没有更详细地描述。

此类管的常规结构是圆柱形的那些。对于圆柱形的结构，在单壁单碳纳米管和多壁圆柱形碳纳米管之间有区别。它们的普通生产方法是，例如，电弧放电，激光烧蚀，化学蒸气沉积(CVD方法)和催化化学蒸气沉积(CCVD方法)。