介電涂層和制品制造技術

本發明專利技術涉及具有高的但是精確定義的表面電阻率的介電涂層及制品。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】介電涂層和制品本專利技術涉及具有高的但是準確定義的表面電阻率的介電涂層以及制品。在許多具有介電涂層或者具有主要由介電材料組成的制品的應用中，如塑料部件、膜或者帶材，有必要專門改變材料的電性能。這通常是通過使用合適的具有相應性質的添加劑進行，例如填料或者顏料。因此，已知例如通過加入導電顏料以顯著提高介電粘結劑的層的導電性。目前導電顏料用于各個應用領域中，例如用于抗靜電涂層、抗靜電地板覆層、防爆室的抗靜電處理或者用于塑料上漆的導電底漆。在這些應用中，低的表面電阻和體積電阻是必要的，以確保操作安全的電狀況。對于所使用的顏料，因此存在著導電性盡可能良好的要求。通常使用炭黑或石墨，以增高介電材料的導電性。這些材料滿足高導電性的要求，但是具有缺點，即它們是黑色的并從而總是導致所摻入的材料發黑。因此這種解決方法局限于深色至黑色的應用，且由于此限制并不總是實用的。為了生產淺色和透明的涂層，基于透明的薄片狀基材的導電性顏料是已知的。這些顏料例如由涂覆有(Sn，Sb) O2或者涂覆有Ti02/Si02/ (Sn, Sb) O2層序列的云母組成(例如來自Merck KGaA的Minatec 31CM或者30CM)。在一個實施例中，基材由云母和球形SiO2顆粒的混合物組成。由Merck KGaA生產和銷售的該類型的顏料例如描述于專利DE3842330 和 DE4237990 (Merck)、EP0139557 (Catalysts&Chemicals Ind.)或者 EP0359569和EP0743654(DuPont)以及U.S.7，416，688 (Merck)中。此類顏料是透明的，具有淺色的本色并具有高導電性。使用這些顏料可以獲得具有在千歐姆范圍內的表面電阻率的淺色或者透明的導電涂層。該值適用于直流電壓和低頻率交流電壓。表面電阻率σ是基于方形計的在平面上測量的電阻。 另一個通用術語是方塊電阻。這些顏料與目前主要習慣使用的導電顏料炭黑的區別在于，它們具有淺的顏色和更高的透明度。因此，顏色和導電性可以非常好的方式結合，而在使用炭黑時總是局限于深色。與炭黑或者石墨相反，所述顏料另外提供了通過組分和選擇制備參數來調節導電性的可能性。采用所述顏料能夠生產具有在大約100歐姆至100兆歐姆范圍內的表面電阻率的導電性、抗靜電和抗靜電耗散的涂層。在大多數應用中期望低電阻，優選介于I千歐姆和I兆歐姆之間。然而，如果需要在更高歐姆范圍的電阻，則這些通過修改配方，主要通過降低導電顏料的使用量或者加入非導電性填料來調節。在炭黑或者石墨的情況下，以及在其它導電無機材料例如SiC的情況下，這是控制導電性介電制劑的層或者體積的電阻的唯一方法。在高于100兆歐姆的更高電阻區域(較低的導電性，部分導電的層)內，合適的制劑的配制因此是困難的，因為介電粘結劑和導電顏料構成的體系位于滲濾曲線的陡峭區域中并且在使用濃度、濕度、溶劑含量、光或者體系的均勻性方面極小的改變導致導電性的重要變化。因此，調節和維持涂層或者體積的限定的電阻極其困難。另外，在由介電粘結劑、任選的添加劑和導電顏料組成的非均相和微觀不均勻的體系中，電相互作用極其復雜，并且不能由串聯和并聯歐姆電阻的簡化電路圖來表示。更確切說，在微觀區域中粘結劑體系的介電常數和擊穿強度以及阻抗也起著至關重要的作用，特別是在對于導電顏料的滲濾閾值的邊界區域內或更低區域內。這種復雜的電相互作用的效果是，導電性的頻率依賴性在導電顏料的此濃度范圍中大大增加，并且電阻可以波動非常強烈。由于粘結劑基體的熱膨脹，還出現電學數據很強的溫度依賴性。其它溶脹或者收縮過程，例如由于持續交聯、由于增塑劑或者溶劑的蒸發或滲出、或者溶劑蒸氣或水蒸氣的吸收，也可以導致電性質方面顯著的變化。然而，也可能發生不可逆過程，例如如果由于一次性施加電場或者由于溫度影響而使得性質改變微觀結構的話。如果介電基體中顏料體積濃度高于滲濾閾值，則在含顏料的材料中實現低電阻值。滲濾閾值是在電介質中可以形成連續傳導路徑的最小導電顏料濃度。在此濃度范圍內，當顏料體積濃度微小變化時，材料的電阻發生十的指數級變化。典型地，該閾值為制劑中10-20體積％的顏料。如果顏料體積濃度低于此閾值，電阻主要由介電基質材料來確定。以漆料或成型體形式的這些材料的表面電阻率，在干燥的氣氛中通常位于萬億歐姆的范圍內。具有表面電阻率在IO8-1O13歐姆范圍內的涂層或功能材料，例如在高壓技術或在傳感器元件中非常令人感興趣。將具有非線性特性的半導體功能材料，在電子工程中有針對性地用于控制電子組件的功能。非線性特性的實例是電壓依賴性電阻。這類應用例如在Andreas K u chler的《Hochspannungstechnik》(Springer出版社，第3版，2009)或在第3屆ETG-專題會議(Wurzburg, 2008)的ETG-專業報告110和112中有描述。具有電壓依賴性電阻的材料例如作為壓敏電阻(Varistor)使用。具有電壓依賴性電阻的半導體涂層和帶材用于高壓絕緣中的電場控制，例如用于電纜設備中電阻性場控制?，F有技術中是復合材料由碳化硅和介電粘結劑以涂料或帶材的形式構成。 此處，對于改善的材料性能有持續的要求。在DE19839285中建議，將用摻銻的氧化錫涂覆的導電性顏料在帶材中用于發電機中的終端電暈防護(Endengl immschutz)。在該專利技術中，使用具有高導電性的顏料，劑量介于滲濾閾值的范圍內。所述的顏料在摻銻的氧化錫中包含12至15Mol%的氧化銻，帶材的電阻通過顏料在樹脂基質中的濃度調節。但是使用具有高導電性的導電性顏料僅能很困難地調節得到在IO8至IO13歐姆范圍內的電阻率，因為對于高電阻的功能材料，必須配制顏料濃度在滲濾閾值范圍內的制劑。在此濃度范圍內，電性能會發生跳躍性改變。輕微的濃度波動、交聯度、殘留溶劑含量或水含量或者還有外部參數如溫度可以使功能材料的電阻以十的數次冪的量級波動。穩定的狀態僅能花費很大成本來調節和維持。通過低濃度的導電性顏料準確控制介電材料中高電阻的方法，在實踐中并不合適。因此迫切需要一種顏料，用其可獲得具有可良好調節的和穩定的電特性的半導體功能材料。然而，對于部分導電涂層的特定應用，例如用于電子設備中的電勢控制，特定的高電阻的層(部分導電的層)是必要的，由于電場作用的電阻波動或者甚至是不可逆的變化是不能容忍的。本專利技術的目的是找到由介電粘結劑、任選地其他的介電添加劑和半導體顏料構成的具有定義的電性能的組合物。涂層應當優選是淺色或者透明的。此外，所述涂層應當具有盡可能低的電阻的頻率依賴性。令人吃驚地，現在已經發現如果在介電涂層或者制品中半導體顏料的顏料體積濃度為10%或者更高，則可以制得包含半導體顏料、介電粘結劑和任選地其他的介電添加劑的淺色介電涂層和制品，其具有大于或者等于IO8歐姆的高的定義的表面電阻率。在一個優選的實施方式中，-顏料的粉末電阻率大于100千歐姆.厘米并且小于I千兆歐姆.厘米，和/或-半導體顏料由氧化錫、摻雜的二氧化錫、用氧化錫或摻雜的二氧化錫涂覆的載體、摻雜的二氧化鈦、鈦低價氧化物或者用二氧化鈦或鈦低價氧化物涂覆的載體組成。在本專利申請中“半導體顏料”意指具有如下性質的顏料:與具有小于100千歐姆本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：R·呂格爾，M·昆茨，
申請(專利權)人：默克專利股份有限公司，
類型：
國別省市：