CN101984009B - 一种抗雷击导电涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗雷击导电涂料及其制备方法，属于功能涂料制备领域。方法的步骤如下：1)以质量百分比计，将35％～70％的银粉，2.1％～4.2％的醋酸丁酸纤维素酯，1.1％～2.1％的分散剂，12.7％～33.1％的有机硅树脂，1.9％～5.0％的邻苯二甲酸二丁酯及1.1％～3.0％的消泡剂混合，再用醋酸丁酯将其稀释至固含量为40wt％～60wt％，然后充分研磨，使填料分散均匀；2)再将7.9％～20.7％的六亚甲基二异氰酸酯缩二脲聚氨酯固化剂加入到已研磨均匀的混合物中，继续研磨均匀，得到抗雷击导电涂料。本发明所制备的涂料不仅具有良好的导电和导热性，而且还保留了高分子涂料基体所具有的良好的附着力、耐冲击性、耐热性和稳定性等性能。所以该涂料所制备的涂层可应用于飞机和油罐等的抗雷击保护。
Description
技术领域
本发明涉及功能涂料制备领域，具体地说是涉及一种抗雷击导电涂料及其制备方法。
背景技术
通常航空航天飞行器一般都运行于复杂、恶劣的环境中，所以需要进行严格的保护。飞机等航天器都往返于大气层中，因此雷电不可避免地成为了飞机等航天器安全飞行的一大隐患。飞机等航天器上通常需安装导电装置提供抗雷击保护。传统的飞机防雷措施是在飞机表面蒙上铝皮或贴上导电金属条，给机舱内的人员和设备提供防雷击保护。但是加上铝蒙皮和金属条装置增加了飞机自身的负荷。而且这种防雷击保护装置非常复杂和繁琐，增加了飞机的制造成本。
本研究的目的再于研制一种高性能的导电涂料，该功能涂料不仅具有高的导电导热性，而且还具有普通飞机蒙皮涂料所具有的优良性能。本实验将选用一种双组分的有机硅聚氨酯涂料作为制备抗雷击导电涂料的高分子基体。这种聚氨酯涂料通常被用作飞机的蒙皮面漆，具有优良的耐候性和稳定性，完全能够满足本项目在这方面的要求。单质银具有优良的导电和导热性，是非常理想的导电填料。而且有报道指出掺杂银纳米线能够有效地提高银的使用效率，即在相同银含量下银纳米线使导电涂层具有更高的导电率。所以在本实验中，我们研究利用金属银和高分子涂料相结合制备高性能的导电涂料，以期能够满足飞机抗雷击保护的需求。[具体文献见：陈加清，周璧华，贺宏兵.安全与电磁兼容2004，44-48；林志国，王锁成，刘建东.测控技术2005，24，62-63；王慧杰，曾凡昌.航空制造工程1997，17-19；Chen D.，Qiao X.，et al.，J.Mater.Sci.-Mater.Electron.2010，21，486-490；Wang H.，Wang J.，et al.，Journal of CoatingsTechnology and Research 2007，4，101-106；Wu H.，WU X.，Acta MateriaeCompositae Sinica 2006，23，24-28；Chen C.，Wang L.，et al.，Journal of MaterialsScience 2007，42，3172-3176；Liu L.，Tholen A.，IEEE Transactions on ElectronicsPackaging Manufacturing 1999，22，299-302；Lin Y.，Chiu S.，Journal of AdhesionScience and Technology 2008，22，1673-1697.]
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高性能的导电涂料及其制备方法。
抗雷击导电涂料以质量百分比计组成为：35％～70％的金属银粉，2.1％～4.2％的醋酸丁酸纤维素酯，1.1％～2.1％的分散剂，12.7％～33.1％的有机硅树脂，7.9％～20.7％的六亚甲基二异氰酸酯缩二脲聚氨酯固化剂，1.9％～5.0％的邻苯二甲酸二丁酯，1.1％～3.0％的消泡剂。
所述的银粉是直径为11.5～14.5μm的球形银粉、直径为6.0～10.0μm的片状银粉、平均直径为60-100nm的纳米银线或它们的两两混合物。所述的醋酸丁酸纤维素酯是溶解于质量比为50∶50的甲苯/乙二醇乙醚乙酸酯混合溶剂中，配置的10wt％溶液。所述的分散剂为含高分子羧酸与改质聚硅氧烷的混合物。所述的消泡剂为含疏水粒子的有机硅聚合物。所述的有机硅树脂为羟基有机硅树脂。
抗雷击导电涂料的制备步骤如下：
1)以质量百分比计，将35％～70％的银粉，2.1％～4.2％的醋酸丁酸纤维素酯，1.1％～2.1％的分散剂，12.7％～33.1％的有机硅树脂，1.9％～5.0％的邻苯二甲酸二丁酯及1.1％～3.0％的消泡剂混合，再用醋酸丁酯将其稀释至固含量为40wt％～60wt％，然后充分研磨，使填料分散均匀；
2)再将7.9％～20.7％的六亚甲基二异氰酸酯缩二脲聚氨酯固化剂加入到已研磨均匀的混合物中，继续研磨均匀，得到抗雷击导电涂料。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
1)首次利用有机硅聚氨酯双组份涂料为高分子基体制备高性能的导电涂料；
2)银纳米线的使用有效地提高了涂料的导电性；
3)当导电涂料中银粉的含量占固含量的60wt％时，涂层仍然具有良好的耐冲击性、稳定性和良好的附着力。
总之，本发明中所制备的涂层不仅具有良好的导电性，而且还保留了涂料本身所具有的良好的附着力、耐冲击性和稳定性。这种导电涂料将能够为飞机、油罐等提供有效的抗雷击保护。
附图说明
图1为实施例1所制备的导电漆膜在进行抗冲击试验前的形貌图；
图2为实施例1所制备的导电漆膜在完成40Kg·cm的抗冲击试验后的形貌图，图中1，2，3，4处分别代表在0.10mm，0.17mm，0.20mm，0.22mm膜厚处的抗冲击试验效果，所以该涂层在此厚度范围内能够承受住40Kg·cm的抗冲击试验，具有良好的耐冲击性；
图3为实施例6中所用银纳米线的SEM图，图中标尺为2μm，银纳米线的平均直径为80nm。
具体实施方式
抗雷击导电涂料以质量百分比计组成为：35％～70％的金属银粉，2.1％～4.2％的醋酸丁酸纤维素酯，1.1％～2.1％的分散剂，12.7％～33.1％的有机硅树脂，7.9％～20.7％的六亚甲基二异氰酸酯缩二脲聚氨酯固化剂，1.9％～5.0％的邻苯二甲酸二丁酯，1.1％～3.0％的消泡剂。
所述的银粉是直径为11.5～14.5μm的球形银粉、直径为6.0～10.0μm的片状银粉、平均直径为60-100nm的纳米银线或它们的两两混合物。所述的醋酸丁酸纤维素酯是溶解于质量比为50∶50的甲苯/乙二醇乙醚乙酸酯混合溶剂中，配置的10wt％溶液。所述的分散剂为含高分子羧酸与改质聚硅氧烷的混合物。所述的消泡剂为含疏水粒子的有机硅聚合物。所述的有机硅树脂为羟基有机硅树脂。
抗雷击导电涂料的制备步骤如下：
1)以质量百分比计，将35％～70％的银粉，2.1％～4.2％的醋酸丁酸纤维素酯，1.1％～2.1％的分散剂，12.7％～33.1％的有机硅树脂，1.9％～5.0％的邻苯二甲酸二丁酯及1.1％～3.0％的消泡剂混合，再用醋酸丁酯将其稀释至固含量为40wt％～60wt％，然后充分研磨，使填料分散均匀；
2)再将7.9％～20.7％的六亚甲基二异氰酸酯缩二脲聚氨酯固化剂加入到已研磨均匀的混合物中，继续研磨均匀，得到抗雷击导电涂料。
下面列举几个具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
称取8.5884g球形银粉、5.1585g 10wt％的醋酸丁酸纤维素酯CAB-20溶液、0.5535g德谦904s分散剂、5.0085g道康宁840有机硅树脂、0.4715g邻苯二甲酸二丁酯及0.0506g德谦6800消泡剂，将它们相互混合，再用醋酸丁酯将其稀释至固含量在40wt％～60wt％范围之内，然后充分研磨，使填料分散均匀。再称取2.4925g 75wt％的拜耳N75固化剂溶液加入到已研磨均匀的混合物中，继续研磨。预固化达到施工粘度后，将所制备的抗雷击导电涂料涂抹于样板表面。充分干燥后，涂层中球形银粉的质量百分数约为60％，测得涂层的电阻率约为0.11Ohm·cm。同时将预固化达到施工粘度要求的导电涂料刷涂于用质量浓度为1wt％的十二烷基硫醇的乙醇溶液预处理过的马口铁样板上。充分干燥后，导电涂层能够承受住40Kg·cm的GB 1732-93抗冲击试验。图1为本实施例所制备的导电漆膜在进行抗冲击试验前的形貌图；图2为本实施例所制备的导电漆膜在完成40Kg·cm的抗冲击试验后的形貌图。
实施例2：
分别称取0.6438g球形银粉、0.3845g 10wt％的醋酸丁酸纤维素酯CAB-20溶液，0.0223g德谦904s分散剂、1.0123g道康宁840有机硅树脂、0.0987g邻苯二甲酸二丁酯及0.0530g德谦6800消泡剂，将它们相互混合，再用醋酸丁酯将其稀释至固含量大小在40wt％～60wt％范围之内，然后充分研磨，使填料分散均匀。再称取0.5013g 75wt％的拜耳N75固化剂溶液加入到已研磨均匀的混合物中，继续研磨。预固化达到施工粘度后，将所制备的抗雷击导电涂料，涂抹于样板表面。充分干燥后，涂层中球形银粉的质量百分数约为35％，测得涂层的电阻率约为102.47Ohm·cm。
实施例3：
称取3.3375g球形银粉、2.0106g 10wt％的醋酸丁酸纤维素酯CAB-20溶液、0.1107g德谦904s分散剂、1.0086g道康宁840有机硅树脂、0.0958g邻苯二甲酸二丁酯及0.0544g德谦6800消泡剂，将它们相互混合，再用醋酸丁酯将其稀释至固含量大小在40wt％～60wt％范围之内，然后充分研磨，使填料分散均匀。再称取0.5084g 75wt％的拜耳N75固化剂溶液加入到已研磨均匀的混合物中，继续研磨。预固化达到施工粘度后，将所制备的抗雷击导电涂料，涂抹于样板表面。充分干燥后，涂层中球形银粉的质量百分数约为70％，测得涂层的电阻率约为0.06Ohm·cm。
实施例4：
分别称取1.7186g片状银粉、1.0421g 10wt％的醋酸丁酸纤维素酯CAB-20溶液、0.1007g德谦904s分散剂、0.9962g道康宁840有机硅树脂、0.1051g邻苯二甲酸二丁酯及0.0581g德谦6800消泡剂，将它们相互混合，再用醋酸丁酯将其稀释至固含量大小在40wt％～60wt％范围之内，然后充分研磨，使填料分散均匀。再称取0.4989g 75wt％的拜耳N75固化剂溶液加入到已研磨均匀的混合物中，继续研磨。预固化达到施工粘度后，将所制备的抗雷击导电涂料，涂抹于样板表面。充分干燥后，涂层中片状银粉的质量百分数约为60％，测得涂层的电阻率约为31.10Ohm·cm。
实施例5：
分别称取0.8630g片状银粉、0.8609g球形银粉、1.0265g 10wt％的醋酸丁酸纤维素酯CAB-20溶液、0.1096g德谦904s分散剂、1.0130g道康宁840有机硅树脂、0.1102g邻苯二甲酸二丁酯及0.0549g德谦6800消泡剂，将它们相互混合，再用醋酸丁酯将其稀释至固含量大小在40wt％～60wt％范围之内，然后充分研磨，使填料分散均匀。再称取0.5039g 75wt％的拜耳N75固化剂溶液加入到已研磨均匀的混合物中，继续研磨。预固化达到施工粘度后，将所制备的抗雷击导电涂料，涂抹于样板表面。充分干燥后，涂层中总的银含量约为60wt％，其中片状银粉和球形银粉的质量比约为50∶50，测得涂层的电阻率约为31.59Ohm·cm。
实施例6：
分别称取1.5485g球形银粉、0.1777g银纳米线，该银纳米线用质量比为银纳米线1wt％的十二烷基硫醇处理过、1.0496g 10wt％的醋酸丁酸纤维素酯CAB-20溶液、0.1308g德谦904s分散剂、1.0037g道康宁840有机硅树脂、0.1092g邻苯二甲酸二丁酯及0.0543g德谦6800消泡剂，将它们混合，再用醋酸丁酯将其稀释至固含量大小在40wt％～60wt％范围之内，然后充分研磨，使填料分散均匀。再称取0.5142g 75wt％的拜耳N75固化剂溶液加入到已研磨均匀的混合物中，继续研磨。预固化达到施工粘度后，将所制备的抗雷击导电涂料，涂抹于样板表面。充分干燥后，涂层中总的银含量约为60wt％，其中银纳米线约占总银量的10wt％，测得涂层的电阻率约为0.05Ohm·cm。
Claims (4)
1.一种抗雷击导电涂料，其特征在于：以质量百分比计组成为：35％～70％的金属银粉，2.1％～4.2％的醋酸丁酸纤维素酯，1.1％～2.1％的分散剂，12.7％～33.1％的有机硅树脂，7.9％～20.7％的六亚甲基二异氰酸酯缩二脲聚氨酯固化剂，1.9％～5.0％的邻苯二甲酸二丁酯，1.1％～3.0％的消泡剂；所述的银粉是直径为11.5～14.5μm的球形银粉、直径为6.0～10.0μm的片状银粉、平均直径为60-100nm的纳米银线或它们的两两混合物；有机硅树脂为羟基有机硅树脂。
2.根据权利要求1所述的一种抗雷击导电涂料，其特征在于所述的分散剂为含高分子羧酸与改质聚硅氧烷的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种抗雷击导电涂料，其特征在于所述的消泡剂为含疏水粒子的有机硅聚合物。
4.一种抗雷击导电涂料的制备方法，其特征在于它的步骤如下：
1)以质量百分比计，将35％～70％的银粉，2.1％～4.2％的醋酸丁酸纤维素酯，1.1％～2.1％的分散剂，12.7％～33.1％的有机硅树脂，1.9％～5.0％的邻苯二甲酸二丁酯及1.1％～3.0％的消泡剂混合，再用醋酸丁酯将其稀释至固含量为40wt％～60wt％，然后充分研磨，使填料分散均匀；
2)再将7.9％～20.7％的六亚甲基二异氰酸酯缩二脲聚氨酯固化剂加入到已研磨均匀的混合物中，继续研磨均匀，得到抗雷击导电涂料。
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