专利名称：一种新型导电涂料及其制备方法
技术领域：
本发明属于化工技术领域，具体涉及一种新型导电涂料及其制备方法。
背景技术：
导电涂料是指涂敷在非导电基材上，使之具有传导电流和排除积累静电荷能力的一类功能涂料。导电涂料与真空溅射、塑料电镀等获得导电层的方法相比，具有施工方便、设备简单、成本低廉、应用范围广等优点。导电涂料的研制始于20世纪40年代，由于该类涂料在电子、建筑以及航天等领域具有广阔的应用前景，因此，成为近年涂料研究领域的热点之一。
目前，国内外的导电涂料主要分为添加型导电涂料和非添加型导电涂料两种。其中，添加型导电涂料因其具有制备工艺简单、成本较低廉且导电效果好等诸多优点，受到各大涂料厂家及消费者的青睐。添加型导电涂料常用的导电粉有金属系填料(镍粉、铜粉、银粉等)、碳系填料(石墨粉、乙炔黑等)、金属氧化物系填料(氧化锌、氧化钛等)和复合导电填料(如用银粉包覆玻璃珠)等。导电涂料可以根据对漆膜导电性能的要求，加入相应量的导电粉。值得注意的是，涂料在固化干燥时，导电填料颗粒间应保持充分接触，故涂料配方中的盐基比较大，对涂料附着强度的要求也较高。要制备一种性能良好的导电涂料，添加的导电粉应具有导电性好，细度高，与基料(各种树脂、乳液等)相容性好，热稳定性和耐候性优良及成本低廉等特点，而现有的技术都较难同时满足上述条件。如金属系导电涂料的导电性较好，但在空气中不够稳定，容易发生氧化反应造成导电能力下降，并且价格较昂贵；而碳系导电涂料虽然价格便宜，但分散稳定性差，颜色深且较单一，不利于涂料的调色，对于要求浅色的涂料体系不适用。金属氧化物系涂料导电效果不好，而复合导电填料制备的导电涂料性能不够稳定。因此，探索导电性好、性能稳定且成本低廉的导电涂料，依然是涂料行业一类非常有挑战性的课题。
发明内容
本发明的目的是提出一种提高导电涂料的性能，降低高档导电涂料的成本的新型导电涂料及其制备方法。
本发明提出的导电涂料，由成膜物质、导电粉、偶联剂、混合稀释剂和助剂组成，各组份的重量百分比为
成膜物质(树脂)20～45导电粉、偶联剂43～75混合稀释剂3～8助剂 2～4以上各组份重量之和满足100。
其中，偶联剂的加入量为导电粉加入量的3～8％。
对于双组分涂料，还需要加入固化剂配合使用，固化剂与成膜物质的重量比为1∶4.5～1∶5.5；对于单组分导电涂料，则不需要加入固化剂。
本发明中，成膜物质可以采用环氧树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、氟碳树脂等中的一种。
本发明中，导电粉可以是混合价钛氧化物(TiOx)或混合价钨氧化物(WOx)中的一种，或其混合物。
本发明中，混合稀释剂可以采用正丁酯、甲苯、二甲苯、二丁酯、CAC、叔碳酸正丁基缩水甘油醚、正丁醇等中任两种或多种组成的混合物。
本发明中，偶联剂大多采用钛酸正丁酯，也可以使用硅烷偶联剂。
本发明中，加入的助剂主要是润湿分散剂(如BYK 4010、EFKA 3033、Byk-220s、EFKA4050等)，消泡剂(如迪高A-900、Byk-A530等)，流平剂(如EFKA-3777、迪高B-1484等)之两种或几种。
本发明中，固化剂根据所用成膜物质的不同，可以选择不同类型的固化剂，如可以采用多元胺类固化剂，己二异氰酸酯(HDI)缩合物固化剂，甲苯二异氰酸酯(TDI)缩合物固化剂等中的一种。
本发明的制备方法如下(1)按上述配比将助剂加入到成膜物质中，用分散机充分搅拌；(2)将偶联剂、导电粉加入到步骤(1)的混合物中，充分搅拌；(3)向步骤(2)的混合物中加入混合稀释剂，搅拌均匀；(4)过筛去除杂质，得到成品导电涂料，其中，筛的目数可以是100～300目。
本发明利用混合价金属氧化物作为导电填料，制备出了一类新型的高效导电涂料。所用的导电填料具有细度高、电导率高、导电性能持久、耐酸碱、耐温变等诸多优点，因此，用该导电粉制备的导电涂料将会具有广阔的市场应用前景。
本发明所制备的导电涂料随着导电粉添加量的增大，漆膜的电阻率不断下降。当导电粉的添加量应控制在45wt％～70wt％之间时，对应漆膜的电阻率大小范围为0.38Ωcm～0.65cmΩ。本发明可以根据实际需要，通过调整混合价金属氧化物的添加量，来控制漆膜的电阻率。导电粉的粒径越小，获得的漆膜外观越光滑平整，耐磨擦抗冲击力也越好，同时还可以降低涂料贮存过程中的沉降率。
本发明所用的混合价氧化物导电粉的密度均为5.4～6.2g/cm3，比表面积均在10～36m2/g范围内，平均粒径为30～50nm，纯粉体的电阻率为0.01～0.5Ω·cm。混合价钛氧化物(TiOx)为金黄色粉体；混合价钨氧化物(WOx)为纯蓝色粉体。
本发明中加入了适量的偶联剂。通常混合价氧化物导电粉的加入，很难较好地分散在涂料中形成网络结构，偶联剂的加入，有利于导电粉形成稳定的导电网络。研究表明，当偶联剂的添加量占导电粉的质量百分比的3～8％时，涂层具有较好的导电性，其中加入量为4％左右时，效果最好。当偶联剂加入量太少(小于3％)时，导电粉不能够很好的分散，不易形成良好的导电网络，涂层导电效果不好；而当偶联剂的添加量超过8％时，偶联剂在微粒表面的包覆过多，阻碍导电通道的形成和增加颗粒间隙，增大了漆膜接触电阻。
本发明制备的导电涂料随着漆膜温度的升高，漆膜电阻率变化不大，说明导电涂料具有良好的电学热稳定性。
为了测定不同漆膜厚度对漆膜电阻率的影响，对于以环氧树脂为成膜物质制备的导电涂料采用厚涂的方式，对于其他单组分的导电涂料采用GB1727-79的方法进行多次涂刷，以获得不同厚度的漆膜。对于成膜良好的漆膜来说，厚度对漆膜电阻率的影响不大。这说明漆膜内的导电粉已经均匀地分散在漆膜中，不会在重涂中出现局部聚集造成电阻率的变化。
本发明的导电机理为加入的混合价氧化物粉体在整个涂层中形成立体的导电网络，电子易通过导电网络和隧道效应自由移动。涂层电阻是由两部分组成的，一部分是本征电阻，另一部分是接触电阻。导电粉的粒径越小，单位体积内的粒子数越多，接触机率增多，形成的导电网络的可能性也增大，因此，电阻率随之减小。
本发明具有如下优点1、由于本发明利用一种原料来源广，供应充足，价格便宜的混合价金属氧化物粉体作为导电填料，因此，制备出的导电涂料具有性能好，成本低廉等优点。
2、本发明的导电涂料制备工艺简单，涂层平整度好，耐擦洗、耐候性优良。
3、本发明制备出的导电涂料不仅导电性能优异，而且其耐酸碱、耐温变性能优异。
4、本发明首次将具有良好导电性能和机械强度的混合价氧化物用作导电涂料的填料，为该类功能涂料的制备提供了一种新的思路。
具体实施例方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1该导电涂料的基本配方为原料名称 用量/g双酚A型环氧树脂 40稀释剂(丁酯∶二甲苯＝1∶1)8钛混合价氧化物导电粉 45钛酸正丁酯偶联剂 4BYK 4010分散剂1.5迪高A-900消泡剂 1.5环氧固化剂8将上述原料按照比例进行搅拌分散，配制成导电涂料成品。当导电粉的添加量为45wt％，漆膜的电阻率为0.38Ωcm。
其余条件不变，当导电粉采用钨混合价氧化物时，漆膜的电阻率为0.42Ω·cm。
实施例2该导电涂料的基本配方为原料名称 用量/g醇酸树脂 32稀释剂(甲苯∶二丁酯＝1∶1)6.4钛混合价氧化物导电粉 55钛酸正丁酯偶联剂 4Byk-220s润湿分散剂1.6EFKA-3777流平剂 1.0固化剂6.4按照上述原料按照比例进行搅拌分散，配制成导电涂料成品。当导电粉的添加量为55wt％，漆膜的电阻率为0.41Ω·cm。
其余条件不变，当导电粉采用钨混合价氧化物时，漆膜的电阻率为0.48Ω·cm。
实施例3导电涂料的基本配方为
原料名称用量/g单组分丙烯酸树脂28稀释剂(正丁酯∶二甲苯＝1∶1)5.6钛混合价氧化物导电粉60钛酸正丁酯偶联剂4BYK110润湿分散剂1.8Byk-A5300.6按照上述原料按照比例进行搅拌分散，配制成导电涂料成品。当导电粉的添加量为60wt％，漆膜的电阻率为0.45Ω·cm。
其余条件不变，当导电粉采用钨混合价氧化物时，漆膜的电阻率为0.51Ω·cm。
实施例4导电涂料的基本配方为原料名称用量/g双组分丙烯酸树脂28稀释剂(正丁酯∶二甲苯＝1∶1)5.6钛混合价氧化物导电粉40钨混合价氧化物导电粉20钛酸正丁酯偶联剂4Vxl-6212润湿分散剂 1.8Byk-A5300.6固化剂 5.6按照上述原料按照比例进行搅拌分散，配制成导电涂料成品。当导电粉的添加量为60wt％，漆膜的电阻率为0.53Ω·cm。
实施例5该导电涂料的基本配方为原料名称 用量/g氟碳树脂 20稀释剂(CAC∶二丁酯＝1∶2)5.5Vxl-6212润湿分散剂 0.9迪高B-1484流平剂 0.3
迪高A-900消泡剂0.3钛混合价氧化物导电粉 70钛酸正丁酯偶联剂 3固化剂 4按照上述原料按照比例进行搅拌分散，配制成导电涂料成品。导电粉的添加量为70wt％，漆膜的电阻率为0.59Ω·cm。
其余条件不变，当导电粉采用钨混合价氧化物时，漆膜的电阻率为0.65Ω·cm。
权利要求
1.一种新型导电涂料，其特征在于由成膜物质、导电粉、偶联剂、混合稀释剂和助剂组成，各组份的重量百分比为成膜物质 20～45导电粉、偶联剂 43～75混合稀释剂 3～8助剂 2～4以上各组份重量之和满足100；其中，偶联剂的加入量为导电粉加入量的3～8％；对于双组分涂料，在上述组分中加入固化剂，固化剂与成膜物质的重量比为1∶4.5～1∶5.5。
2.根据权利要求1所述的新型导电涂料，其特征在于成膜物质采用氟碳树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂之一种。
3.根据权利要求1所述的新型导电涂料，其特征在于导电粉是混合价钛氧化物或混合价钨氧化物之一种，或其混合物。
4.根据权利要求1所述的新型导电涂料，其特征在于混合稀释剂采用正丁酯、甲苯、二甲苯、二丁酯、CAC、叔碳酸正丁基缩水甘油醚、正丁醇之任两种或多种组成的混合物。
5.根据权利要求1所述的新型导电涂料，其特征在于偶联剂采用钛酸正丁酯或硅烷偶联剂之一种。
6.根据权利要求1所述的新型导电涂料，其特征在于固化剂采用多元胺类固化剂、己二异氰酸酯缩合物固化剂、甲苯二异氰酸酯(TDI)缩合物固化剂之一种。
7.一种如权利要求1所述的新型导电涂料的制备方法，其特征在于具体步骤如下(1)按上述配比将助剂加入到成膜物质中，用分散机充分搅拌；(2)将偶联剂、导电粉加入到步骤(1)的混合物中，充分搅拌；(3)向步骤(2)的混合物中加入混合稀释剂，搅拌均匀；(4)过筛去除杂质，得到成品导电涂料，其中，筛的目数是100～300目。
全文摘要
本发明属于化工技术领域，具体涉及一种新型导电涂料及其制备方法。导电涂料由成膜物质、导电粉、偶联剂、稀释剂和助剂组成，利用本发明的制备方法制备出新型的导电涂料导电性能好、密度较小、细度高、成本低；导电涂料具有导电性能持久稳定，漆膜细腻，耐磨、耐冲击、耐酸碱、耐温变等特点。为了使导电填料更好地分散在涂料中形成导电网络，体系中还加入了适量的导电偶联剂。本发明可以通过调节导电填料的添加量来满足对涂料导电性能的要求。本发明制得的导电涂料，漆膜的电阻率值在0.38～0.65Ω·cm范围内。
文档编号C09D127/12GK1687262SQ20051002578
公开日2005年10月26日 申请日期2005年5月12日 优先权日2005年5月12日
发明者吴介达, 刘金库 申请人:同济大学