静电放电（ESD）一直是困扰电子工业的一个问题。每年由于静电故障而使电子行业损失约数百亿美元。此外，ESD不仅是导致设备故障的重要原因，而且影响石化加工、弹药厂、纺织业、洁净室和医院等诸多领域的生产力、产品可靠性、生产盈利能力和员工安全。安装防静电地板是一项有效的ESD预防措施。
使防静电地板中达到所需的均匀电导率取决于选择合适的导电添加剂。若要使环氧树脂、PU和PVC复合地板材料具有损耗和导电性能，制造商需要将碳黑、碳纤维、金属纤维、云母颗粒或聚合型抗静电剂引入树脂结构。
然而，大多数常规导电添加剂的用量很大（3％~20％），不可避免地导致加工困难，并对色彩产生不良影响（表1）。
表1 各类导电添加剂所需用量的比较
大量导电添加剂会降低地板的机械强度和表面光滑度。此外，许多导电添加剂在复合基材的均匀分散方面存在问题，因此，制造商通常必须处理表面上广泛存在的高温点。
于25年前发现的单壁碳纳米管可解决用量大的问题，以及相关的不良影响。经过10多年研究，已于近年来实现诸多突破。目前已出现的可行性商业化解决方案，将这些纳米管与工业产品相整合，包括电池、塑料、弹性体、涂料和树脂。由于采用已投产的单壁碳纳米管添加剂，因此ESD地板获得成功。
单壁碳纳米管属性
任何导电添加剂一旦达到特定剂量，就可在树脂中形成导电路径，这被称为渗滤阈值。高于此值时，电阻率会由于形成互连导电网络而下降。与其他传统添加剂相比，单壁碳纳米管的关键优势在于达到目标电导率所需的最低剂量只要复合物总重量的0.01％。由于直径小、纵横比大，因此最低剂量的纳米管足以在基材中产生均匀的导电网络，从而使复合物的表面之间及表面和地面间电阻水平达到108–102 Ω•cm，以符合以下国际标准：ANSI/ESD S 2020、ASTM F 150、IEC 61340-5-1、NFPA 99和SJ/T 11294-2003。
图1：采用不同用量的单壁碳纳米管添加剂时，环氧树脂和聚酯树脂的体积电阻率。
图1显示了采用不同用量的单壁碳纳米管时，两种不同树脂体系所具有的体积电阻率。树脂体系包括环氧树脂（D.E.R. 330）和聚酯树脂（AROPOL M 105）。由Technische Universität Hamburg-Harburg (TUHH)对不同体系内的情况进行验证。所有测量均按照ASTM D257进行。
由于达到目标电导率所需的单壁碳纳米管用量可显着降低，因此还可实现其他几种材料特性。例如，与使材料变黑的传统添加剂相比，制造商采用少量纳米管即可获得各种颜色（图2）。
图2. 根据单壁碳纳米管添加剂TUBALLTM的用量而调节的电阻率和色彩变化
除了着色之外，纳米管还可改善表面光洁度、减小厚度，并通过辅助添加剂产生新性能。在表面光洁度方面，均匀分散的单壁碳纳米管可使面漆表面具有极高的光滑度和光泽，而用其他大多数导电添加剂不可能达到。
极少量的添加量使得ESD防静电地板的制造商能开发更薄厚度的产品。例如，在导电涂层中添加单壁碳纳米管，可将厚度减至25微米DFT，从而使其可用于各种垂直工况和其他导电涂料。此外，采用纳米管，可使用于维护或涂覆超薄防静电环氧树脂或聚氨酯面漆所需的时间大大缩短，从而节省额外成本。
由于单壁碳纳米管的加载剂量可变，因此制造商能通过辅助添加剂开发其他所需特性（如改善导热性能和机械性能）。例如，可改善树脂化合物的耐磨损性、耐冲击性和耐擦伤性，这对采用重型叉车的生产设施颇为重要。
纳米管解决方案
尽管单壁碳纳米管优于其他导电添加剂，但由于制造商考虑到许多关键要素，因此目前仍未广泛使用，它包括昂贵的价格、缺乏工业规模生产技术，以及关于分散和防止纳米管聚集的问题。
现在，这些问题已得到解决。总部位于卢森堡的跨国企业OCSiAl，创建了第一家采用工业规模生产单壁碳纳米管的工厂。其产品TUBALL™所含单壁碳纳米管高于80％，在同类产品中，首次投入大规模商业用途。
OCSiAl于2014年进入市场，其纳米管产量首屈一指（以吨计），其价格是类似产品的75分之一，颇具吸引力。其采用的许多独特技术，不仅可防止纳米管进一步聚集，而且简化了将已分散的纳米管加入材料体系的过程。
目前，市场上有多种用于防静电地板的单壁碳纳米管浓缩物——用于环氧树脂、聚酯和其他树脂的TUBALL MATRIX，用于水性体系的TUBALL COAT。这些浓缩物易于使用，专门用于树脂和涂料。例如，俄罗斯最大的一家地板材料企业TEOHIM，采用纳米管开发了防静电环氧地板系列产品，被成功用于商业用途。只需采用0.01 wt％剂量的TUBALL，就可使复合物的体积电阻率达到108Ω•cm，且不对粘度或颜色产生任何显着影响。
结论
制造商可使用极少量单壁碳纳米管，达到目标电导率。单壁碳纳米管具有诸多优点——可上色，改善表面光洁度，降低厚度，并能通过辅助添加剂产生新特性。OCSiAl已超越大多数制造商，开发了可扩展的生产流程，从而能采用单壁碳纳米管提供一系列解决方案，用于ESD地板和其他工业用途，包括电池、塑料、弹性体、涂料和树脂。 |
