[发明专利]介电涂层和制品

说明书

本发明涉及具有高的但是精确定义的表面电阻率的介电涂层及制品。

技术领域

本发明涉及具有高的但是准确定义的表面电阻率的介电涂层以及制品。

背景技术

在许多具有介电涂层或者具有主要由介电材料组成的制品的应用中，如塑料部件、膜或者带材，有必要专门改变材料的电性能。这通常是通过使用合适的具有相应性质的添加剂进行，例如填料或者颜料。

因此，已知例如通过加入导电颜料以显著提高介电粘结剂的层的导电性。

目前导电颜料用于各个应用领域中，例如用于抗静电涂层、抗静电地板覆层、防爆室的抗静电处理或者用于塑料上漆的导电底漆。

在这些应用中，低的表面电阻和体积电阻是必要的，以确保操作安全的电状况。对于所使用的颜料，因此存在着导电性尽可能良好的要求。通常使用炭黑或石墨，以增高介电材料的导电性。这些材料满足高导电性的要求，但是具有缺点，即它们是黑色的并从而总是导致所掺入的材料发黑。因此这种解决方法局限于深色至黑色的应用，且由于此限制并不总是实用的。

为了生产浅色和透明的涂层，基于透明的薄片状基材的导电性颜料是已知的。这些颜料例如由涂覆有(Sn,Sb)O₂或者涂覆有TiO₂/SiO₂/(Sn,Sb)O₂层序列的云母组成(例如来自Merck KGaA的31CM或者30CM)。在一个实施例中，基材由云母和球形SiO₂颗粒的混合物组成。由Merck KGaA生产和销售的该类型的颜料例如描述于专利DE 38 42 330和DE 42 37 990(Merck)、EP 0 139 557(Catalysts&Chemicals Ind.)或者EP 0 359 569和EP 0 743 654(DuPont)以及U.S.7,416,688(Merck)中。此类颜料是透明的，具有浅色的本色并具有高导电性。使用这些颜料可以获得具有在千欧姆范围内的表面电阻率的浅色或者透明的导电涂层。该值适用于直流电压和低频率交流电压。表面电阻率σ是基于方形计的在平面上测量的电阻。另一个通用术语是方块电阻。

这些颜料与目前主要习惯使用的导电颜料炭黑的区别在于，它们具有浅的颜色和更高的透明度。因此，颜色和导电性可以非常好的方式结合，而在使用炭黑时总是局限于深色。与炭黑或者石墨相反，所述颜料另外提供了通过组分和选择制备参数来调节导电性的可能性。

采用所述颜料能够生产具有在大约100欧姆至100兆欧姆范围内的表面电阻率的导电性、抗静电和抗静电耗散的涂层。在大多数应用中期望低电阻，优选介于1千欧姆和1兆欧姆之间。然而，如果需要在更高欧姆范围的电阻，则这些通过修改配方，主要通过降低导电颜料的使用量或者加入非导电性填料来调节。在炭黑或者石墨的情况下，以及在其它导电无机材料例如SiC的情况下，这是控制导电性介电制剂的层或者体积的电阻的唯一方法。在高于100兆欧姆的更高电阻区域(较低的导电性，部分导电的层)内，合适的制剂的配制因此是困难的，因为介电粘结剂和导电颜料构成的体系位于渗滤曲线的陡峭区域中并且在使用浓度、湿度、溶剂含量、光或者体系的均匀性方面极小的改变导致导电性的重要变化。因此，调节和维持涂层或者体积的限定的电阻极其困难。

另外，在由介电粘结剂、任选的添加剂和导电颜料组成的非均相和微观不均匀的体系中，电相互作用极其复杂，并且不能由串联和并联欧姆电阻的简化电路图来表示。更确切说，在微观区域中粘结剂体系的介电常数和击穿强度以及阻抗也起着至关重要的作用，特别是在对于导电颜料的渗滤阈值的边界区域内或更低区域内。这种复杂的电相互作用的效果是，导电性的频率依赖性在导电颜料的此浓度范围中大大增加，并且电阻可以波动非常强烈。由于粘结剂基体的热膨胀，还出现电学数据很强的温度依赖性。其它溶胀或者收缩过程，例如由于持续交联、由于增塑剂或者溶剂的蒸发或渗出、或者溶剂蒸气或水蒸气的吸收，也可以导致电性质方面显著的变化。