CN101161743A - 金属底材用烘烤型导电涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属底材用导电涂料，由成膜物质、颜填料、导电粉、助剂和稀释剂组成，各组分的质量百分比为：成膜物质(固体份按100％计)：10～70％；颜填料：1～30％；导电粉：10～70％；助剂：1～5％；稀释剂：10～50％；其中，所述成膜物质由40～95％的基料树脂和5～60％的固化剂组成，所述基料树脂是环氧树脂、聚酯树脂的一种或其混合物；所述导电粉是由石墨和经无机物掺杂且硅氧化物包覆的金属导电粉组成的混合物。本发明制备出的用于金属底材的导电涂料具有漆膜外观细腻、机械性能优异(T：≤3T；耐MEK≥100)、耐介质性能良好(盐雾≥150小时)、导电性能优异(电阻≤10欧姆)、成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂料，更具体讲，涉及一种用于金属底材的烘烤型导电涂料。
背景技术
导电涂料是伴随现代科学技术而迅速发展起来的特种功能涂料，现已广泛应用在电子、电器、航空、化工、印刷等多种军、民用工业领域中。导电涂料通常是指涂敷在非金属基材上，使之具有传导电流和排除积累静电荷能力的一种功能性涂料。
然而，随着市场的进一步发展，很多待加工的金属底材也需在涂敷保护层后，仍保持类似金属的导电性能(用数字欧姆表测试电阻小于10欧姆)。这就要求导电涂料不仅拥有优异的导电性能，还应具备优良的机械性能和一定的耐介质性能。
在现有技术中，导电涂料主要分为两大类：添加型导电涂料和非添加型导电涂料。
非添加型导电涂料是指涂料中的成膜物质导电(如聚苯胺、聚噻吩等)，不需要添加导电填料，此种涂料现正成为研究热点，但其商品化产品很少，且该种产品功能性强，无法兼顾机械性能，一般应用不多。
添加型导电涂料是指涂料中成膜物质绝缘，靠添加入导电填料达到导电目的。该种涂料由于其制备工艺简单、导电效果较好等优点受到涂料厂家及市场消费者的欢迎。
添加型导电涂料常用的导电填料有金属系填料(银粉、铜粉、镍粉、金属合金粉等)、碳类导电填料(导电炭黑、石墨等)、金属氧化物系填料(氧化锡等)、无机盐类填料(CuI、CuS、CdS等)等。金属系填料导电效果好，但价格昂贵，且易氧化，会导致涂膜导电性能下降；碳类导电填料和无机盐类填料相对于金属系填料虽然成本低，但导电性能相对差，所制涂膜的导电性能无法满足用数字欧姆表测试电阻小于10欧姆的要求；金属氧化物系填料也存在导电效果和价格的平衡问题。
申请号为CN200510025782的中国专利公开了一种新型导电涂料及该涂料的制备方法，该专利涂料采用的导电粉为钛混合价氧化物和钨混合价氧化物，而且，该专利对涂料的机械性能未作阐述。
发明内容
本发明的目的是提供一种导电性能好且成本较低的用于金属底材的烘烤型导电涂料，该涂料的机械性能、耐介质性能和导电性能可以满足金属底材用导电涂料的要求。
实现本发明的技术方案：一种金属底材用烘烤型导电涂料，由成膜物质、颜填料、导电粉、助剂和稀释剂组成，各组分的质量百分比为：
成膜物质(固体份按100％计)：10～70％；
颜填料：1～30％；
导电粉：10～70％；
助 剂：1～5％；
稀释剂：10～50％；
以上各组分质量之和满足100％；其中，所述成膜物质由40～95％的基料树脂和5～60％的固化剂组成，所述基料树脂是环氧树脂、聚酯树脂的一种或环氧树脂和聚酯树脂的混合物，所述固化剂是氨基树脂、封闭聚氨酯树脂的一种或其混合物；所述导电粉是由石墨和经无机物掺杂且硅氧化物包覆的金属导电粉组成的混合物。
上述涂料中，所述环氧树脂代表例有壳牌的EPON1009或EPON1007、迪爱生公司的环氧6099、国产609环氧或607环氧等。所述聚酯树脂代表例有江苏鸿业科技产业有限公司的HY-C-04树脂、HY-C-12树脂或HY-C-10树脂等。
上述涂料中，所述氨基树脂代表例有：氰特公司的CYMEL303、CYMEL300、CYMEL325；首诺公司的Resimene-747、Resimene-717等；所述封闭聚氨酯树脂代表例有：拜耳公司的BL3175、Baxenden ChemicalsLimited的BI7960或BI7982等、江苏鸿业涂料科技产业有限公司生产的BIN-10、BIN-7或CX树脂等。
上述涂料中，所述颜填料包括着色颜料和防沉填料。其中，防沉填料为有机膨润土、气相二氧化硅中的一种或其混和物；所述有机膨润土的代表例有MP250；所述气相二氧化硅的代表例有R-972；加入0.1％～8％(占涂料总质量百分比)的防沉填料可有效防止漆液的沉降。着色颜料可以是能够着色的颜料中任何一种或几种的混合物，如炭黑、铁红、钛白粉、酞菁蓝或铁黄等颜料的任何一种或其混合物。
上述涂料中，所述导电粉是由8％～92％的石墨和8％～92％的经无机物掺杂且硅氧化物包覆的金属导电粉组成的混合物。更优选的导电粉是由20％～80％的石墨和20％～80％的经无机物掺杂且硅氧化物包覆的金属导电粉组成的混合物。
在该导电粉中，金属导电粉的加入量直接影响着漆膜的最终导电性能；加入量过高，漆液沉降程度严重，影响涂料的施工，甚至会结成硬块而无法使用，因此金属导电粉的加入量只要能满足漆膜的导电性能，使最终漆膜电阻小于10欧姆即可，一般控制在8～92％(占导电粉的质量百分比)，更优选的范围为20～80％，在该优选范围内，涂膜电阻可以降到8欧姆以下，而且涂膜外观更光滑、细腻；配合使用的导电石墨对最终漆膜的导电性能影响不大，即随着石墨加入量的提高，导电性能提高不明显，但能使得最终漆膜的耐介质性能明显提高。同时，通过实验发现，导电石墨的加入量过高时，涂膜外观会出现粉化现象，因此加入量一般控制在8～92％(占导电粉质量百分比)，更优选的范围为20～80％；在该优选范围内，涂膜的耐介质性能更好，涂膜外观也更光滑、细腻。
上述导电粉中所采用的经无机物掺杂且硅氧化物包覆的金属导电粉为灰色多棱角型颗粒，粒径为50～100nm；配合使用的导电石墨为1000～3000目)。
上述涂料中，助剂为分散剂、消泡剂、流平剂、附着力促进剂或固化催化剂中的至少一种。
上述涂料中，溶剂为二甲苯、环己酮、醋酸丁酯、S-1000、乙二醇乙醚醋酸酯、DBE、甲基异丁基酮或乙二醇丁醚中的至少一种。
本发明制备的导电涂料可用于对涂膜导电性能和机械性能等要求较高的金属底材，如预涂铝板和钢板等，施工方法主要采用辊涂方式，亦可采用刷涂或其它常用的涂料施工方式。该涂料烘烤成膜，烘烤温度大于140度，时间小于30分钟；随着烘烤温度的提高，烘烤时间可缩短，板温不宜超过260度。
本发明的技术效果
采用本发明技术方案的导电涂料，在其成膜体系中，成膜物质由40～95％(质量百分比)的基料树脂和5～60％(质量百分比)的固化剂组成，基料树脂采用聚酯树脂和环氧树脂中的至少一种，固化剂采用氨基树脂、封闭异氰酸酯树脂的一种或其混合物，此成膜体系机械性能优异(T弯：≤3T；耐MEK：＞100次)，且耐介质性能优良。
本发明所采用的导电粉是由石墨和经无机物掺杂且硅氧化物包覆的金属导电粉组成的混合物。其中，所述金属粉因经硅氧化物包覆，所以不仅容易分散，而且还不易氧化，可保持其在涂膜中优异的导电性能；同时又因经无机物掺杂，不仅降低了成本，而且还增强了导电性能(经无机物掺杂后金属导电粉的电导率约为未经无机物掺杂的金属导电粉的电导率的2倍)；使用同等量的金属导电粉，无机物掺杂后的金属导电粉可使涂膜的电阻降得更低，也就说明金属导电粉的导电性能得到了提高，也即提高了金属导电粉的使用效率。
由于本发明采用了上述机械性能优异且耐介质性能优良的成膜体系，同时选择价格便宜、耐介质性能优异的导电石墨配合导电性能好、不易氧化且价格便宜的经无机物掺杂且硅氧化物包覆的金属导电粉作为新型导电粉，因而制备出了机械性能优异、耐介质性能良好、导电性能优异且成本低的用于金属底材的烘烤型导电涂料。
此外，由于采用本发明技术方案的导电涂料的导电机理为接触性导电，即为导电粒子之间相互接触而产生导电作用。而经无机物掺杂且硅氧化物包覆的金属导电粉呈多棱角形状，从而还可使导电粒子在涂膜中相互接触几率高，更有利于增加涂膜的导电性；同时，如果采用较小的粒径，在涂膜中的分散点多，能进一步增加了其相互之间的接触几率，更有利于其导电性能的进一步的改善和提高。而且由于粒径小，所制得涂膜还具有外观细腻的优点。
综上所述表明，本发明制备出的用于金属底材的导电涂料具有成本低、漆膜外观细腻、机械性能优异、耐介质性能良好、导电性能优异的特点。具体性能可参见表2、表4和表6。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明，但并不限于这些实施例。除非另有说明，实施例中的数据均以质量百分数表示，实施例中所用的原料均可通过商业途径获得。
实施例1
表1：基本配方
| 序号 | 原料名称 | 用量(质量百分比) |
| 1 | 环氧树脂EPON1009液，固含量：45％ | 47.70 |
| 2 | 炭黑FW-200 | 1.79 |
| 3 | 金属导电粉MAP-2000 | 14.91 |
| 4 | R-972 | 0.15 |
| 5 | 石墨 | 5.96 |
| 6 | BYK-161 | 1.79 |
| 7 | CX树脂，S：65％ | 22.06 |
| 8 | 二月桂酸二丁基锡 | 0.03 |
| 9 | EFKA-3777 | 0.70 |
| 10 | 1051 | 0.70 |
| 11 | 二甲苯 | 2.10 |
| 12 | 环己酮 | 2.10 |
注 ①EPON1009液是英国壳牌公司提供的一种环氧树脂，环氧当量为3000(100％)，固含量为45％；
②FW-200由德国德固萨公司提供的炭黑。
③MAP-2000是江苏鸿业涂料科技产业有限公司提供的一种经无机物掺杂且硅氧化物包覆的金属导电粉。
④R-972是由德国德固萨公司提供的一种气相二氧化硅。
⑤BYK-161是德国毕克公司的分散剂牌号；
⑦CX树脂是江苏鸿业涂料科技产业有限公司生产的一种封闭聚氨酯，NCO含量为7.33％，固含量：65％；
⑧EFKA-3777是埃夫卡公司提供的一种流平剂牌号；
⑨1051是毅捷公司提供的一种附着力促进剂牌号。
导电涂料的制备方法如下：
(1)在洁净的拉缸中，按表1中配方量投入物料序1、6，搅拌均匀；
(2)投入物料序2、3、4、5，搅拌均匀后，研磨至细度小于40μm；
(3)加入序7至序12，搅拌均匀，过滤即形成导电涂料成品。
制板：
宝钢的冷轧钢板，经除油后钝化，13号线棒刮涂，板温204～241℃，膜厚6～10μm。
实施例1制得的导电涂料的性能见表2。
表2：实施例1的导电涂料性能
实施例2
表3：基本配方
| 序号 | 原料名称 | 用量(质量百分比) |
| 1 | HY-C-12树脂，S：65％ | 28.00 |
| 2 | R-902 | 13.00 |
| 3 | MAP-2000 | 10.40 |
| 4 | MP250 | 0.20 |
| 5 | 石墨 | 15.00 |
| 6 | EFKA-4010 | 0.18 |
| 7 | C-303氨基树脂 | 7.80 |
| 8 | BYK-450 | 1.00 |
| 9 | BYK-331 | 0.02 |
| 10 | ADP | 0.50 |
| 11 | 稀释剂 | 23.90 |
注：①HY-C-12树脂是江苏鸿业涂料科技产业有限公司生产的一种聚酯树脂，羟值约60mgKOH/g(100％)，酸价3～5mgKOH/g(100％)，Mn：2000，固含量：65％；
②R-902是由美国杜邦公司提供的一种钛白粉牌号；
③MP250是德国南方化学提供的一种有机膨润土牌号；
④EFKA-4010是埃夫卡公司提供的一种分散剂的牌号；
⑤BYK-450是德国毕克公司提供的一种固化催化剂的牌号；
⑥BYK-331是德国毕克公司提供的一种流平剂的牌号；
⑦ADP是台湾毅捷公司提供的一种附着力促进剂的牌号；
⑧稀释剂为：S-1000∶DBE∶乙二醇乙醚醋酸酯＝3∶1∶1(质量比)
导电涂料的制备方法如下：
(1)在洁净的拉缸中，按表3中配方量投入物料序1、6，搅拌均匀；
(2)投入物料序2、3、4、5和适量的混合稀料，搅拌均匀；研磨至细度小于30μm；
(3)加入序7、8、9、10和剩余的混合稀料，搅拌均匀，过滤即形成导电涂料成品。
制板及导电性能的检测同实施例1。
实施例2制得的导电涂料的性能见表4。
表4：实施例2的导电涂料性能
| 序号 | 检验项目 | 检验结果 | 检验标准 |
| 1 | 外观 | 白灰色，平整无颗粒，无气泡 | 目测 |
| 2 | T弯 | 2T | NCCA II-19 |
| 3 | 耐MEK(往返) | 120次 | NCCA II-18 |
| 4 | 耐盐雾 | 180小时 | GB/T1771 |
| 5 | 导电性能 | ≤10Ω | 同实施例1 |
实施例3
表5：基本配方
| 序号 | 原料名称 | 用量(质量百分比) |
| 1 | 环氧树脂6099液，S：45％ | 31.75 |
| 2 | 特黑-6 | 0.90 |
| 3 | MAP-2000 | 25.80 |
| 4 | R-972 | 0.30 |
| 5 | MP250 | 0.15 |
| 6 | 石墨 | 18.00 |
| 7 | BYK-171 | 0.90 |
| 8 | BIN-10树脂，S：63％ | 4.60 |
| 9 | R-747 | 2.60 |
| 10 | 二月桂酸二丁基锡 | 0.02 |
| 11 | N-1419 | 1.10 |
| 12 | EFKA-3777 | 0.60 |
| 13 | 二甲苯 | 6.64 |
| 14 | 环己酮 | 6.64 |
注：①环氧树脂6099液是由迪爱生公司提供的一种环氧树脂，环氧当量约2700(100％)，固含量：45％。
②特黑-6由德国德固萨公司提供的炭黑。
③BYK-171是德国毕克公司提供的一种分散剂牌号。
④BIN-10树脂是江苏鸿业涂料科技产业有限公司生产的一种封闭聚氨酯，NCO含量为14.2％，固含量：63％；
⑤R-747是首诺公司提供的一种高醚化氨基树脂的牌号。
⑥N-1419是金氏公司提供的一种酸催化剂的牌号。
导电涂料的制备方法如下：
(1)在洁净的拉缸中，按表5中配方量投入物料序1、7，搅拌均匀；
(2)投入物料序2、3、4、5、6和适量的二甲苯和环己酮(二甲苯∶环己酮＝1∶1质量比)，搅拌均匀，研磨至细度小于25μm；
(3)加入序8、9、10、11、12和剩余的二甲苯和环己酮(二甲苯∶环己酮＝1∶1质量比)，搅拌均匀，过滤即形成导电涂料成品。
制板及导电性能的检测同实施例1。
实施例3制得的导电涂料的性能见表6。
表6：实施例3的导电涂料性能
| 序号 | 检验项目 | 检验结果 | 检验标准 |
| 1 | 外观 | 黑色，平整无颗粒，无气泡 | 目测 |
| 2 | T弯 | 3T | NCCA II-19 |
| 3 | 耐MEK(往返) | 120次 | NCCA II-18 |
| 4 | 耐盐雾 | 200小时 | GB/T1771 |
| 5 | 导电性能 | ≤10Ω | 同实施例1 |
Claims (8)
1.一种金属底材用烘烤型导电涂料，由成膜物质、颜填料、导电粉、助剂和稀释剂组成，各组分的质量百分比为：
成膜物质(固体份按100％计)：10～70％；
颜填料：1～30％；
导电粉：10～70％；
助剂： 1～5％；
稀释剂：10～50％；
以上各组分质量之和满足100％；其中，所述成膜物质由40～95％的基料树脂和5～60％的固化剂组成，所述基料树脂是环氧树脂、聚酯树脂的一种或环氧树脂和聚酯树脂的混合物，所述固化剂是氨基树脂、封闭聚氨酯树脂的一种或其混合物；所述导电粉是由石墨和经无机物掺杂且硅氧化物包覆的金属导电粉组成的混合物。
2.根据权利要求1所述的导电涂料，其特征在于颜填料包括着色颜料和防沉填料。
3.根据权利要求2所述的导电涂料，其特征在于防沉填料为有机膨润土、气相二氧化硅的一种或其混合物。
4.根据权利要求2所述的导电涂料，其特征在于着色颜料为炭黑、铁红、钛白粉、酞菁蓝或铁黄的一种或其混合物。
5.根据权利要求1所述的导电涂料，其特征在于所述导电粉是由8％～92％的石墨和8％～92％的经无机物掺杂且硅氧化物包覆的金属导电粉组成的混合物。
6.根据权利要求1或5所述的导电涂料，其特征在于所述导电粉是由20％～80％的石墨和20％～80％的经无机物掺杂且硅氧化物包覆的金属导电粉组成的混合物。
7.根据权利要求1所述的导电涂料，其特征在于助剂是分散剂、消泡剂、流平剂、附着力促进剂或固化催化剂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的导电涂料，其特征在于稀释剂是二甲苯、环己酮、醋酸丁酯、S-1000、乙二醇乙醚醋酸酯、DBE、甲基异丁基酮或乙二醇丁醚中的至少一种。
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