一種新型導電塗料及其製備方法
2023-05-02 14:11:26 1
專利名稱：一種新型導電塗料及其製備方法
技術領域：
本發明屬於化工技術領域，具體涉及一種新型導電塗料及其製備方法。
背景技術：
導電塗料是指塗敷在非導電基材上，使之具有傳導電流和排除積累靜電荷能力的一類功能塗料。導電塗料與真空濺射、塑料電鍍等獲得導電層的方法相比，具有施工方便、設備簡單、成本低廉、應用範圍廣等優點。導電塗料的研製始於20世紀40年代，由於該類塗料在電子、建築以及航天等領域具有廣闊的應用前景，因此，成為近年塗料研究領域的熱點之一。
目前，國內外的導電塗料主要分為添加型導電塗料和非添加型導電塗料兩種。其中，添加型導電塗料因其具有製備工藝簡單、成本較低廉且導電效果好等諸多優點，受到各大塗料廠家及消費者的青睞。添加型導電塗料常用的導電粉有金屬系填料(鎳粉、銅粉、銀粉等)、碳系填料(石墨粉、乙炔黑等)、金屬氧化物系填料(氧化鋅、氧化鈦等)和複合導電填料(如用銀粉包覆玻璃珠)等。導電塗料可以根據對漆膜導電性能的要求，加入相應量的導電粉。值得注意的是，塗料在固化乾燥時，導電填料顆粒間應保持充分接觸，故塗料配方中的鹽基比較大，對塗料附著強度的要求也較高。要製備一種性能良好的導電塗料，添加的導電粉應具有導電性好，細度高，與基料(各種樹脂、乳液等)相容性好，熱穩定性和耐候性優良及成本低廉等特點，而現有的技術都較難同時滿足上述條件。如金屬系導電塗料的導電性較好，但在空氣中不夠穩定，容易發生氧化反應造成導電能力下降，並且價格較昂貴；而碳系導電塗料雖然價格便宜，但分散穩定性差，顏色深且較單一，不利於塗料的調色，對於要求淺色的塗料體系不適用。金屬氧化物系塗料導電效果不好，而複合導電填料製備的導電塗料性能不夠穩定。因此，探索導電性好、性能穩定且成本低廉的導電塗料，依然是塗料行業一類非常有挑戰性的課題。
發明內容
本發明的目的是提出一種提高導電塗料的性能，降低高檔導電塗料的成本的新型導電塗料及其製備方法。
本發明提出的導電塗料，由成膜物質、導電粉、偶聯劑、混合稀釋劑和助劑組成，各組份的重量百分比為
成膜物質(樹脂)20～45導電粉、偶聯劑43～75混合稀釋劑3～8助劑 2～4以上各組份重量之和滿足100。
其中，偶聯劑的加入量為導電粉加入量的3～8％。
對於雙組分塗料，還需要加入固化劑配合使用，固化劑與成膜物質的重量比為1∶4.5～1∶5.5；對於單組分導電塗料，則不需要加入固化劑。
本發明中，成膜物質可以採用環氧樹脂、丙烯酸樹脂、醇酸樹脂、氟碳樹脂等中的一種。
本發明中，導電粉可以是混合價鈦氧化物(TiOx)或混合價鎢氧化物(WOx)中的一種，或其混合物。
本發明中，混合稀釋劑可以採用正丁酯、甲苯、二甲苯、二丁酯、CAC、叔碳酸正丁基縮水甘油醚、正丁醇等中任兩種或多種組成的混合物。
本發明中，偶聯劑大多採用鈦酸正丁酯，也可以使用矽烷偶聯劑。
本發明中，加入的助劑主要是潤溼分散劑(如BYK 4010、EFKA 3033、Byk-220s、EFKA4050等)，消泡劑(如迪高A-900、Byk-A530等)，流平劑(如EFKA-3777、迪高B-1484等)之兩種或幾種。
本發明中，固化劑根據所用成膜物質的不同，可以選擇不同類型的固化劑，如可以採用多元胺類固化劑，己二異氰酸酯(HDI)縮合物固化劑，甲苯二異氰酸酯(TDI)縮合物固化劑等中的一種。
本發明的製備方法如下(1)按上述配比將助劑加入到成膜物質中，用分散機充分攪拌；(2)將偶聯劑、導電粉加入到步驟(1)的混合物中，充分攪拌；(3)向步驟(2)的混合物中加入混合稀釋劑，攪拌均勻；(4)過篩去除雜質，得到成品導電塗料，其中，篩的目數可以是100～300目。
本發明利用混合價金屬氧化物作為導電填料，製備出了一類新型的高效導電塗料。所用的導電填料具有細度高、電導率高、導電性能持久、耐酸鹼、耐溫變等諸多優點，因此，用該導電粉製備的導電塗料將會具有廣闊的市場應用前景。
本發明所製備的導電塗料隨著導電粉添加量的增大，漆膜的電阻率不斷下降。當導電粉的添加量應控制在45wt％～70wt％之間時，對應漆膜的電阻率大小範圍為0.38Ωcm～0.65cmΩ。本發明可以根據實際需要，通過調整混合價金屬氧化物的添加量，來控制漆膜的電阻率。導電粉的粒徑越小，獲得的漆膜外觀越光滑平整，耐磨擦抗衝擊力也越好，同時還可以降低塗料貯存過程中的沉降率。
本發明所用的混合價氧化物導電粉的密度均為5.4～6.2g/cm3，比表面積均在10～36m2/g範圍內，平均粒徑為30～50nm，純粉體的電阻率為0.01～0.5Ω·cm。混合價鈦氧化物(TiOx)為金黃色粉體；混合價鎢氧化物(WOx)為純藍色粉體。
本發明中加入了適量的偶聯劑。通常混合價氧化物導電粉的加入，很難較好地分散在塗料中形成網絡結構，偶聯劑的加入，有利於導電粉形成穩定的導電網絡。研究表明，當偶聯劑的添加量佔導電粉的質量百分比的3～8％時，塗層具有較好的導電性，其中加入量為4％左右時，效果最好。當偶聯劑加入量太少(小於3％)時，導電粉不能夠很好的分散，不易形成良好的導電網絡，塗層導電效果不好；而當偶聯劑的添加量超過8％時，偶聯劑在微粒表面的包覆過多，阻礙導電通道的形成和增加顆粒間隙，增大了漆膜接觸電阻。
本發明製備的導電塗料隨著漆膜溫度的升高，漆膜電阻率變化不大，說明導電塗料具有良好的電學熱穩定性。
為了測定不同漆膜厚度對漆膜電阻率的影響，對於以環氧樹脂為成膜物質製備的導電塗料採用厚塗的方式，對於其他單組分的導電塗料採用GB1727-79的方法進行多次塗刷，以獲得不同厚度的漆膜。對於成膜良好的漆膜來說，厚度對漆膜電阻率的影響不大。這說明漆膜內的導電粉已經均勻地分散在漆膜中，不會在重塗中出現局部聚集造成電阻率的變化。
本發明的導電機理為加入的混合價氧化物粉體在整個塗層中形成立體的導電網絡，電子易通過導電網絡和隧道效應自由移動。塗層電阻是由兩部分組成的，一部分是本徵電阻，另一部分是接觸電阻。導電粉的粒徑越小，單位體積內的粒子數越多，接觸機率增多，形成的導電網絡的可能性也增大，因此，電阻率隨之減小。
本發明具有如下優點1、由於本發明利用一種原料來源廣，供應充足，價格便宜的混合價金屬氧化物粉體作為導電填料，因此，製備出的導電塗料具有性能好，成本低廉等優點。
2、本發明的導電塗料製備工藝簡單，塗層平整度好，耐擦洗、耐候性優良。
3、本發明製備出的導電塗料不僅導電性能優異，而且其耐酸鹼、耐溫變性能優異。
4、本發明首次將具有良好導電性能和機械強度的混合價氧化物用作導電塗料的填料，為該類功能塗料的製備提供了一種新的思路。
具體實施例方式
下面通過具體實施例對本發明作進一步的說明。
實施例1該導電塗料的基本配方為原料名稱 用量/g雙酚A型環氧樹脂 40稀釋劑(丁酯∶二甲苯＝1∶1)8鈦混合價氧化物導電粉 45鈦酸正丁酯偶聯劑 4BYK 4010分散劑1.5迪高A-900消泡劑 1.5環氧固化劑8將上述原料按照比例進行攪拌分散，配製成導電塗料成品。當導電粉的添加量為45wt％，漆膜的電阻率為0.38Ωcm。
其餘條件不變，當導電粉採用鎢混合價氧化物時，漆膜的電阻率為0.42Ω·cm。
實施例2該導電塗料的基本配方為原料名稱 用量/g醇酸樹脂 32稀釋劑(甲苯∶二丁酯＝1∶1)6.4鈦混合價氧化物導電粉 55鈦酸正丁酯偶聯劑 4Byk-220s潤溼分散劑1.6EFKA-3777流平劑 1.0固化劑6.4按照上述原料按照比例進行攪拌分散，配製成導電塗料成品。當導電粉的添加量為55wt％，漆膜的電阻率為0.41Ω·cm。
其餘條件不變，當導電粉採用鎢混合價氧化物時，漆膜的電阻率為0.48Ω·cm。
實施例3導電塗料的基本配方為
原料名稱用量/g單組分丙烯酸樹脂28稀釋劑(正丁酯∶二甲苯＝1∶1)5.6鈦混合價氧化物導電粉60鈦酸正丁酯偶聯劑4BYK110潤溼分散劑1.8Byk-A5300.6按照上述原料按照比例進行攪拌分散，配製成導電塗料成品。當導電粉的添加量為60wt％，漆膜的電阻率為0.45Ω·cm。
其餘條件不變，當導電粉採用鎢混合價氧化物時，漆膜的電阻率為0.51Ω·cm。
實施例4導電塗料的基本配方為原料名稱用量/g雙組分丙烯酸樹脂28稀釋劑(正丁酯∶二甲苯＝1∶1)5.6鈦混合價氧化物導電粉40鎢混合價氧化物導電粉20鈦酸正丁酯偶聯劑4Vxl-6212潤溼分散劑 1.8Byk-A5300.6固化劑 5.6按照上述原料按照比例進行攪拌分散，配製成導電塗料成品。當導電粉的添加量為60wt％，漆膜的電阻率為0.53Ω·cm。
實施例5該導電塗料的基本配方為原料名稱 用量/g氟碳樹脂 20稀釋劑(CAC∶二丁酯＝1∶2)5.5Vxl-6212潤溼分散劑 0.9迪高B-1484流平劑 0.3
迪高A-900消泡劑0.3鈦混合價氧化物導電粉 70鈦酸正丁酯偶聯劑 3固化劑 4按照上述原料按照比例進行攪拌分散，配製成導電塗料成品。導電粉的添加量為70wt％，漆膜的電阻率為0.59Ω·cm。
其餘條件不變，當導電粉採用鎢混合價氧化物時，漆膜的電阻率為0.65Ω·cm。
權利要求
1.一種新型導電塗料，其特徵在於由成膜物質、導電粉、偶聯劑、混合稀釋劑和助劑組成，各組份的重量百分比為成膜物質 20～45導電粉、偶聯劑 43～75混合稀釋劑 3～8助劑 2～4以上各組份重量之和滿足100；其中，偶聯劑的加入量為導電粉加入量的3～8％；對於雙組分塗料，在上述組分中加入固化劑，固化劑與成膜物質的重量比為1∶4.5～1∶5.5。
2.根據權利要求1所述的新型導電塗料，其特徵在於成膜物質採用氟碳樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、醇酸樹脂之一種。
3.根據權利要求1所述的新型導電塗料，其特徵在於導電粉是混合價鈦氧化物或混合價鎢氧化物之一種，或其混合物。
4.根據權利要求1所述的新型導電塗料，其特徵在於混合稀釋劑採用正丁酯、甲苯、二甲苯、二丁酯、CAC、叔碳酸正丁基縮水甘油醚、正丁醇之任兩種或多種組成的混合物。
5.根據權利要求1所述的新型導電塗料，其特徵在於偶聯劑採用鈦酸正丁酯或矽烷偶聯劑之一種。
6.根據權利要求1所述的新型導電塗料，其特徵在於固化劑採用多元胺類固化劑、己二異氰酸酯縮合物固化劑、甲苯二異氰酸酯(TDI)縮合物固化劑之一種。
7.一種如權利要求1所述的新型導電塗料的製備方法，其特徵在於具體步驟如下(1)按上述配比將助劑加入到成膜物質中，用分散機充分攪拌；(2)將偶聯劑、導電粉加入到步驟(1)的混合物中，充分攪拌；(3)向步驟(2)的混合物中加入混合稀釋劑，攪拌均勻；(4)過篩去除雜質，得到成品導電塗料，其中，篩的目數是100～300目。
全文摘要
本發明屬於化工技術領域，具體涉及一種新型導電塗料及其製備方法。導電塗料由成膜物質、導電粉、偶聯劑、稀釋劑和助劑組成，利用本發明的製備方法製備出新型的導電塗料導電性能好、密度較小、細度高、成本低；導電塗料具有導電性能持久穩定，漆膜細膩，耐磨、耐衝擊、耐酸鹼、耐溫變等特點。為了使導電填料更好地分散在塗料中形成導電網絡，體系中還加入了適量的導電偶聯劑。本發明可以通過調節導電填料的添加量來滿足對塗料導電性能的要求。本發明製得的導電塗料，漆膜的電阻率值在0.38～0.65Ω·cm範圍內。
文檔編號C09D127/12GK1687262SQ20051002578
公開日2005年10月26日 申請日期2005年5月12日 優先權日2005年5月12日
發明者吳介達, 劉金庫 申請人:同濟大學