文档介绍：编号:
科技发展计划项目可行性研究报告
项目名称:新型高效导电高分子抗静电剂的开发
领域:新材料
起止时间:—
目录
立项的必要性……………………………………………………3
国内外现状和发展趋势〔包括知识产权现状〕………………3
研究内容及主要创新点…………………………………………6
主要研究方案和工艺路线………………………………………7
分阶段计划进度安排……………………………………………8
应用或产业化前景、市场需求…………………………………8
预期目标…………………………………………………………8
经费预算…………………………………………………………9
立项的必要性
塑料由于摩擦在干燥的空气中容易产生静电荷。例如当我们从合成地毯上走过时可以产生高达几千伏的电压,在适当的条件下得到释放,如碰到门手柄。又如我们穿的化纤衣服如果没有经过抗静电处理,穿衣服将产生电火花。这些对于我们的日常生活可能还没有太大的影响,但如果是感光胶片上没有抗静电涂层就进行风干处理的话,结果就不同了。胶片放电产生的电火花足以使胶片在使用前就曝光而报废。另外一个必须避免静电积累的领域是电子元器件的包装,因为现代的晶体管和电路在电压超过100 V时都将不可逆地遭到破坏。
为了在实际应用中避免静电效应的发生,感光胶片和电子元器件的包装膜上必须进行抗静电处理,以提高塑料的电导率使得产生的静电荷能够以平和的方式得以消除或者根本就不产生。在通常情况下,表面电阻低于109 W/就可以保证塑料的抗静电效果。
传统抗静电剂如无机盐或有机抗静电剂(即表面活性剂)虽然可以使塑料的表面电阻降至1011 W/以下,但当空气湿度低于50%时效果非常差。而且表面活性剂(阳离子、阴离子、非离子和两性表面活性剂)非常容易被水洗去,使得水洗后得塑料特别容易受到静电的干扰,造成重大损失。这个问题在感光胶片和电子元器件的包装中特别明显。解决该问题的关键是新的抗静电涂层不受空气湿度的影响、价格低廉、透明、不含有重金属,并可以在水溶液中制备。
目前我们大面积使用的显示器如电视机、计算机显示器很多是第一代显示器件-阴极射线管型(CRT)。由于CRT含有大量的辐射源,电磁辐射对人类的健康造成很大的威胁,尤其是长时间使用显示器时。同时,CRT显示器外部由于静电荷的积累能够造成非常高的静电电压,如果不能够在短时间内(几秒种)消失,人或者动物接触时会受到强烈的电击,同时静电荷的积累会强烈吸附空气中的灰尘。解决这些问题的关键是在CRT显示器外表面上涂布抗静电剂,要求该抗静电剂必须足够透明(透过光谱400~700 nm,透过率60%)。无机材料中能够满足该条件的材料是氧化铟掺杂的氧化锡(ITO)。但是制备ITO需要昂贵的仪器设备同时工艺复杂,处理温度需要超过300°C。而对于显示器而言能够承受的最高温度是160°C,超过该温度有可能造成显示器质量的下降。
此外,在显示器防止电磁辐射方面,欧洲新的显示器标准要求如下: m,频率50 Hz~2 kHz,场强密度最大值10 V/m;频率2~400 kHz时场强密度最大值1 V/m。实验结果表明,要达到该要求显示器外表面的电阻必须低于3 kW/ ,最好低于1 kW/ ,因为随着时间的增加表面电阻在增加。
针对以上塑料抗静电以及显示器抗静电的高要求,研究表明只有本征型导电高分子才能够满足。为提高国产产品的质量,非常有必要在国内尽快开展新型高效稳定、不受环境影响且用途广泛的导电高分子抗静电剂的研究开发。
国内外现状和发展趋势(包括知识产权情况)
研究背景
本征型导电高分子的研究开始于1977年三位科学家发现了聚乙炔在卤素掺杂下电导率可以达到103 S/cm,和金属铋的电导率位于同一数量级。这具有重要历史意义,因为在它们被发现之前,人们一直将聚合物材料视为绝缘体,这正是它们区别于金属的重要性质,也是聚合物材料作为塑料使用的一个重要优点。导电高分子的发现改变了人们的这一看法。这类材料除了具有聚合物的丰富结构、可加工、比重轻等特点之外,还具有金属(高电导率)和半导体性质。
随后的10年时间里陆续发现了聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺等。80年代以来依次发现的杂环聚合物如聚噻吩、聚吡咯(图1)经过掺杂之后具有良好的电导率(可达103 S/cm),在空气中的稳定性也比较好,同时对环境比较友好,现在已经有大量的研究论文及综述,但其缺点是聚合物不熔不溶。80年代中后期发现的质子酸掺杂聚苯胺及其衍生物(图1)在导电高分子家族中非常突出,主要是由于它们的导电态比较稳定,可以进一步加工处理、成本低且产量大。但是聚苯胺类化合物的一个重要缺点是在形成的聚合物主链上有可能形成联二苯胺缺陷结构,该结构在降解时会产生有毒致