卡博特亚太技术中心（ATC）资深科学家李付亚
随着智能手机、智能手表、平板电脑等智能电子产品的普及和市场的快速增长；智能家居和智能生产控制市场的兴起；对抗静电手套的需求也在逐渐增加。工业生产特别是电子制造、半导体生产、医疗设备制造等领域，静电可能会对产品质量和设备性能产生负面影响。在一些易燃易爆的工作场所，比如操作易燃溶剂、易燃气体和粉尘，静电可能会引发火灾或爆炸。这些工业环境和场所都需要抗静电手套来防止静电的产生和积聚，从而减少静电放电的风险。
图1：抗静电手套使用场景
根据抗静电防护手套的要求，表面电阻SR一般在10^6-10^9 Ω之间。抗静电防护手套按照导电材料来分类，主要有金属丝、导电纤维、导电涂层。传统抗静电手套采用导电金属丝编织手指部分，不仅工艺复杂，价格不菲，手感也偏硬和粗糙，耐磨性差，易抽丝破损。导电纤维的缺点是耐磨性较差，很容易掉毛屑，所以不能用在无尘车间内。导电涂层手套工艺简单、抗静电性能持久性好、无尘、耐磨好、性价比高，广受大家的青睐。
涂层抗静电手套按照涂层树脂类型可分为聚氨酯(PU)、丁腈和天然乳胶。其中聚氨酯涂层以其优异的柔韧性和弹性，具有优异的穿戴舒适性和灵活性，穿戴者可以轻松地进行各种操作，包括精密组装、仪器操作和其他需要手部灵敏动作的任务。同时聚氨酯涂层抗静电手套具有极佳耐磨性、防滑性、透气性、不过敏和可水洗性，是防静电手套中比较畅销的一款。
聚氨酯涂层抗静电手套主要的生产工艺过程如图2所示。聚氨酯涂层抗静电手套，是在浸涂的聚氨酯涂料中添加导电浆料来赋予其抗静电的。其主要成份包括：粘结树脂为聚氨酯、溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、滑爽剂、粘度调节剂、预分散的导碳材料浆料（导电炭黑，碳纳米材料）等。卡博特有碳纳米管、碳纳米结构和导电炭黑产品可供选择，本文主要介绍导电炭黑。如果需要了解碳纳米管和碳纳米结构产品，可以发送邮件至inquiry.china@cabotcorp.com索要相关的技术资料、安全操作要求和危废处理方法等。
图2：聚氨酯涂层抗静电手套生产工艺简化流程图
导电炭黑是一种可以赋予涂料和其他产品导电性或抗静电性的材料，它被广泛用于有导电要求的各类制品中。导电炭黑属于特种炭黑的一种，其在初级颗粒尺寸、比表面积、结构和表面化学性质方面与传统色素炭黑各不相同，这些参数影响涂层的导电性和光学特性。导电炭黑的特点为粒径小，比表面积大且粗糙，结构高，表面洁净等。
导电炭黑特性及选择：
1、比表面积大
比表面积可以用吸碘值(I2NO)来表示，按照ASTMD1510标准测试。比表面积越大，炭黑粒子尺寸越小；孔隙率越高，单位体积内的颗粒就越多，越容易彼此接触形成网状通路，导电性就越好。但是比表面积和孔隙率越大，对炭黑表面的润湿就会需要更长的时间；在一定体积的分散介质内，每重量单位内炭黑聚集体的数量越多，这会导致聚集体间的距离变得更小，因而在聚集体之间产生更大的吸引力，这也需要更多的能量才能把炭黑聚集体分散到附聚体的尺寸。
2、高结构
炭黑的结构用吸油值(OAN)来表示，按照ASTMD2414标准测试。导电炭黑的结构性是表示非常细的炭黑粒子间聚成链状或葡萄状的程度，由聚集体的尺寸、形态和每一聚集体中粒子数量所决定；组成聚集体的粒子越多，结构性越高；形成网状结构的几率越大，导电性越好。
由大量支化和交联原生粒子构成的聚集体炭黑称为“高结构”炭黑。结构性高表示链状或串成葡萄状的结构越发达，容易形成空间网络通道，而且不易破坏。
高结构炭黑颗粒细，网状链堆积紧密，比表面积大，单位质量的颗粒数多，有利于在聚合物中形成链式导电结构。
一般用吸油值来表征炭黑的孔隙度，即结构性， 吸油值越大，炭黑结构性越高，导电性越好。
高结构炭黑，易于加工分散，使材料的电性能和机械性能得以均衡，使制品外观光洁流畅。
图3：导电炭黑的结构
3、表面纯净度高
在炭黑生产过程中，炭黑表面常形成一些活性含氧基团，这些官能团的存在影响电子的迁移，会使导电性下降，可采用PH值来表征该项指标，表面官能团少的炭黑通常成弱碱性或中性。
炭黑中的杂质、灰分、筛余物等非炭物质含量也会影响导电性，非炭物质含量越低炭黑的导电性越好。减少溶剂抽出物含量以及提高表面纯净度，也可以提高炭黑的导电性。
导电炭黑工作的基本原理是依赖炭黑附聚体中炭黑颗粒之间距离的远近和数量的多少来实现的。根据抗静电涂层手套的导电性能、耐磨性、外观、施工粘度等要求，选择合适比表面积和结构的炭黑。卡博特导电炭黑的推荐牌号CSX™946和VULCAN® XC™ 72A185。图4展示了卡博特导电炭黑 CSX™946在不同添加量时表面电阻和涂膜厚度之间的关系。
图4：导电炭黑CSX™ 946分散液添加量，膜厚与表面电阻的关系
备注：
1.炭黑分散液：20% CSX™ 946，溶剂DMF ，分散剂
2.PU涂料：20%固含
3.实验条件：分别用涂布厚度为12μm和100μm的线棒涂在Leneta Chart(Form 2C-OPACITY)上，烘干后测试表面电阻
良好的炭黑分散性、导电浆稳定性以及导电浆与涂层的相容性是保证导电性的必要前提，因此需要选择合适的分散剂，并优化分散剂添加量和分散工艺来实现良好和稳定的导电性。为了保持导电的稳定性和持久性，聚氨酯涂层与炭黑之间的附着力，以及导电涂层与织物手套的附着力非常关键，特别是要经过水洗和穿戴汗渍及磨损的考验。卡博特的典型导电炭黑分散液配方可以与聚氨酯的-NCO基团交联反应，形成网络结构，提升聚氨酯对炭黑的包裹能力，能对导电的稳定性和持久性有很好的帮助。
卡博特在溶剂型聚氨酯涂层抗静电手套的商业应用方面拥有广泛的技术经验和工艺信息，包括广泛的导电碳材料组合、导电炭黑分散液的典型配方、典型的分散液生产工艺参数、典型的分散评价标准和典型的使用方法。
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