CN102492351A - 导电超疏水涂料及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及“导电超疏水涂料及其生产方法”，属于特种涂料领域，包括独立包装的组分A：环氧树脂，碳纳米管，疏水气相二氧化硅，稀释剂；和组分B：聚酰胺固化剂。疏水气相二氧化硅为球状纳米粒子，与碳纳米管具有不同的微观结构，两者协同后可形成更均匀的超疏水表面。本发明导电超疏水涂料，其静态水接触角大于150度，滑动角小于10度，使得被涂装表面具有自清洁、防污染以及导电性。
Description
技术领域
本发明涉及一种专用涂料，特别是涉及一种导电超疏水涂料及其生产方法。
背景技术
超疏水导电涂层属于特种涂层技术。一般认为，超疏水是指处理过的表面，其对水的静态接触角大于150度，滑动角小于10度。超疏水表面具有自清洁，抗污染等性能，能够做到表面防结霜，结冰和防雾，毫无疑问，这些处理在工程上具有广泛的应用价值。目前工程上获得静态水接触角超过90度或者120度都不是很难，可以将表面涂敷碳氟化物达到较高的水接触角。近几年来随着纳米技术的发展和对“荷叶效应”的认识，科学家对超疏水理论已经基本清楚。人们已经能够初步设计超疏水材料和表面。目前的研究主要集中在基础研究方面，商业化产品还没有出现在市场上。国外多用氟碳化物涂层获得疏水或者接近超疏水的涂层。如美国专利USP 7914897，USP7968187等。这主要是碳氟化合物具有很低的表面自由能。将表面进行嫁接纯碳氢化合物也可以实现表面超疏水。导电涂料在某些电子设备和电力设施上有重要用途，多以金属或金属镀覆材料填充于高分子聚合物中制成，如美国专利USP 7998370。
发明内容
本发明的目的是提供一种导电超疏水涂料，使得被涂装表面具有自清洁、防污染以及导电性。
一种导电超疏水涂料，由以下独立包装的组分A和组分B及其质量百分数含量构成：
组分A：
环氧树脂液 12～30％
碳纳米管 0.2～18％，
疏水气相二氧化硅 1～5％，
稀释剂 30-75％，
组分B：
聚酰胺固化剂 8～20％，
所述环氧树脂液为50％的环氧树脂环己酮溶液。
所述环氧树脂为环氧E-03、环氧E-12、环氧E-20、环氧E-44、环氧E-51中的一种或几种。
所述碳纳米管长度为2～50微米，碳纳米管长径比为150倍以上。
所述聚酰胺固化剂胺值为170～230mgKOH/g。
所述稀释剂为下列溶剂中的一种或多种：二甲苯、丁醇、环己酮、乙酸丁酯、正己烷、异辛烷、乙酸乙酯。
导电超疏水涂料的生产方法，生产步骤如下：
(1)、将配方量的碳纳米管与部分稀释剂分散制成碳纳米管预分散液；
(2)、按配比称量环氧树脂液、疏水气相二氧化硅、其余稀释剂，搅拌均匀，制得色浆后准备研磨分散，
(3)、研磨分散：将已制得的色浆进行研磨、分散，用刮板细度计测量细度至30～50μm停止研磨，加入配方量的碳纳米管预分散液，用高速搅拌机搅拌均匀后包装得导电超疏水涂料组分A，
(4)、聚酰胺固化剂单独包装为组分B。
所述分散采用超声波分散仪分散。
所述部分稀释剂用量占稀释剂总量的30～80％，高速搅拌机搅拌速度200～600r/min，时间4～6小时。
所述疏水气相二氧化硅的制备方法为：将10份气相二氧化硅于90份有机溶剂中超声制成10％粒子分散体，将12份疏水改性剂加入到100份粒子分散体中进行改性反应，将混合物进行离心分离，洗涤，真空干燥。
所述溶剂为二甲苯，所述疏水改性剂为十二氟庚基丙基硅氧烷。
所述改性反应条件为温度45～65℃，反应时间为4小时。
本发明涂料漆膜导电及超疏水机理：
对于荷叶表面的超疏水性质即“荷叶效应”最早由Barthlott和Neinhuis两位学者进行了报道，由此引发了人们对超疏水材料研究的兴趣。此后经过进一步的深入研究，人们发现材料表面的超疏水性质是材料表面的化学组成及表面结构共同作用的结果。
本发明涂料直接由松散的碳纳米管通过喷涂来构造微米-纳米(纳米管)二级荷叶结构，导致超疏水特性，具有固化作用的高分子材料不影响涂层表面疏水性能。碳纳米管与其它金属颗粒或石墨颗粒相比，较少的添加量就能形成导电网链；其密度比金属颗粒小得多，不易因重力的作用而聚沉；其与有机物的相容性优于金属颗粒。同时，碳纳米管具有很好的导电性且拥有较大的长径比，因而很适合做导电填料。疏水气相二氧化硅为球状纳米粒子，与碳纳米管具有不同的微观结构，两者协同后可形成更均匀的超疏水表面。选择的混合稀释剂一方面可以使碳纳米管在其中有效分散，同时亦对树脂和固化剂有良好的溶解作用。
本发明通过对树脂、固化剂、疏水导电填料等的合理选择，制成了性能较好的导电超疏水涂料。检测结果见下表：
| 序号 | 项目 | 测试结果 |
| 1 | 颜色 | 黑色 |
| 2 | 附着力(划圈法)，级 | 1 |
| 3 | 冲击强度(cm) | 50 |
| 4 | 柔韧性(mm) | 1 |
| 5 | 涂层的表面方块电阻，欧姆 | ＜200 |
| 6 | 静态水接触角(标准大气压和室温)，度 | ＞150 |
| 7 | 滑动角，度 | ＜10 |
具体实施方式
实施例1：
以50g长度20微米、长径比大于150倍的碳纳米管加入50g二甲苯、30g正己烷、120g环己酮混合稀释剂，以功率20KHz的超声波分散仪分散20分钟，分散制成碳纳米管预分散液。
疏水气相二氧化硅改性工艺：将10份市售气相二氧化硅于90份二甲苯中经超声分散30分钟，制成10％粒子分散体，将12份改性剂(十二氟庚基丙基硅氧烷)加入到100份粒子分散体中，温度45～65℃下，进行4小时的改性反应，反应结束后，将混合物进行离心分离，然后再反复洗涤三次。离心分离后真空干燥得到疏水气相二氧化硅。
将120g环氧E-44的50％环己酮溶液，30g疏水气相二氧化硅，100g二甲苯、60g正己烷、240g环己酮，混合均匀后，以砂磨分散，用刮板细度计测量细度至30～50μm停止研磨，加入碳纳米管预分散液，用高速搅拌机转速300r/min搅拌5小时后，出料包装得导电超疏水涂料组分A，聚酰胺固化剂单独包装为组分B。
按组分A∶组分B＝4∶1比例配漆喷涂样板，常温干燥7天后测试性能如下：
| 检测项目 | 检验结果 | 检测方法 |
| 水接触角° | 157 | 座滴法 |
| 滑动角° | 3 | 座滴法 |
| 冲击强度，50cm | 通过 | GB/T 1732 |
| 附着力(划圈法)，级 | 1 | GB/T 1720 |
| 柔韧性，mm | 1 | GB/T 1731 |
| 表面电阻，Ω | ＜200 | 方块电阻法 |
实施例2：
以80g长度10微米、长径比大于150倍的碳纳米管加入50g二甲苯、30g乙酸丁酯、240g环己酮混合稀释剂，以功率20KHz的超声波分散仪分散20分钟，分散制成碳纳米管预分散液。
疏水气相二氧化硅改性工艺：将10份市售气相二氧化硅于90份二甲苯中经超声分散30分钟，制成10％粒子分散体，将10份改性剂(十二氟庚基丙基硅氧烷)加入到100份粒子分散体中，温度45～65℃下，进行4小时的改性反应，反应结束后，将混合物进行离心分离，然后再反复洗涤三次。离心分离后真空干燥得到疏水气相二氧化硅。
将200g环氧E-20的50％环己酮溶液，20g疏水气相二氧化硅，30g二甲苯、15g乙酸丁酯、135g环己酮，混合均匀后，以砂磨分散，用刮板细度计测量细度至30～50μm停止研磨，加入碳纳米管预分散液，用高速搅拌机转速300r/min搅拌5小时后，出料包装得导电超疏水涂料组分A，聚酰胺固化剂单独包装为组分B。
按组分A∶组分B＝4∶1比例配漆喷涂样板，常温干燥7天后测试性能如下：
| 检测项目 | 检验结果 | 检测方法 |
| 水接触角° | 155 | 座滴法 |
| 滑动角° | 6 | 座滴法 |
| 冲击强度，50cm | 通过 | GB/T 1732 |
| 附着力(划圈法)，级 | 1 | GB/T 1720 |
| 柔韧性，mm | 1 | GB/T 1731 |
| 表面电阻，Ω | ＜200 | 方块电阻法 |
实施例3：
以90g长度5微米、长径比大于150倍的碳纳米管加入80g二甲苯、40g乙酸乙酯、280g环己酮混合稀释剂，以功率20KHz的超声波分散仪分散40分钟，分散制成碳纳米管预分散液。
疏水气相二氧化硅改性工艺：将10份市售气相二氧化硅于90份二甲苯中经超声分散30分钟，制成10％粒子分散体，将8份改性剂(十二氟庚基丙基硅氧烷)加入到100份粒子分散体中，温度45～65℃下，进行4小时的改性反应，反应结束后，将混合物进行离心分离，然后再反复洗涤三次。离心分离后真空干燥得到疏水气相二氧化硅。
将240g环氧E-20的50％环己酮溶液，10g疏水气相二氧化硅，20g二甲苯、10g正己烷、70g环己酮，混合均匀后，以砂磨分散，用刮板细度计测量细度至30～50μm停止研磨，加入碳纳米管预分散液，用高速搅拌机转速300r/min搅拌5小时后，出料包装得导电超疏水涂料组分A，聚酰胺固化剂单独包装为组分B。按组分A∶组分B＝84∶16比例配漆喷涂样板，常温干燥7天后测试性能如下：
| 检测项目 | 检验结果 | 检测方法 |
| 水接触角° | 155 | 座滴法 |
| 滑动角° | 6 | 座滴法 |
| 冲击强度，50cm | 通过 | GB/T 1732 |
| 附着力(划圈法)，级 | 1 | GB/T 1720 |
| 柔韧性，mm | 1 | GB/T 1731 |
| 表面电阻，Ω | ＜200 | 方块电阻法 |
实施例4：
以20g长度40微米、长径比大于150倍的碳纳米管加入36g二甲苯、18g异辛烷、126g环己酮混合稀释剂，以功率20KHz的超声波分散仪分散15分钟，分散制成碳纳米管预分散液。
疏水气相二氧化硅改性工艺：将10份市售气相二氧化硅于90份二甲苯中经超声分散30分钟，制成10％粒子分散体，将12份改性剂(十二氟庚基丙基硅氧烷)加入到100份粒子分散体中，温度45～65℃下，进行4小时的改性反应，反应结束后，将混合物进行离心分离，然后再反复洗涤三次。离心分离后真空干燥得到疏水气相二氧化硅。
将300g环氧E-12的50％环己酮溶液，30g疏水气相二氧化硅，64g二甲苯、32g异辛烷、224g环己酮，混合均匀后，以砂磨分散，用刮板细度计测量细度至30～50μm停止研磨，加入碳纳米管预分散液，用高速搅拌机转速300r/min搅拌5小时后，出料包装得导电超疏水涂料组分A，聚酰胺固化剂单独包装为组分B。
按组分A∶组分B＝85∶15比例配漆喷涂样板，常温干燥7天后测试性能如下：
| 检测项目 | 检验结果 | 检测方法 |
| 水接触角° | 151 | 座滴法 |
| 滑动角° | 9 | 座滴法 |
| 冲击强度，50cm | 通过 | GB/T 1732 |
| 附着力(划圈法)，级 | 1 | GB/T 1720 |
| 柔韧性，mm | 1 | GB/T 1731 |
| 表面电阻，Ω | ＜200 | 方块电阻法 |
Claims (10)
1.一种导电超疏水涂料，由以下独立包装的组分A和组分B及其质量百分数含量构成：
组分A：
环氧树脂液 12~30%
碳纳米管 0.2~18%，
疏水气相二氧化硅 1~5%，
稀释剂 30-75%，
组分B：
聚酰胺固化剂 8~20%，
所述环氧树脂液为50%的环氧树脂环己酮溶液。
2.根据权利要求1所述的导电超疏水涂料，所述环氧树脂为环氧E-03、环氧E-12、环氧E-20、环氧E-44、环氧E-51中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的导电超疏水涂料，所述碳纳米管长度为2~50微米，碳纳米管长径比为150倍以上。
4.根据权利要求1所述的导电超疏水涂料，所述聚酰胺固化剂胺值为170~230mgKOH/g。
5.根据权利要求1所述的导电超疏水涂料，所述稀释剂为下列溶剂中的一种或多种：二甲苯、丁醇、环己酮、乙酸丁酯、正己烷、异辛烷、乙酸乙酯。
6.权利要求1-5任一所述的导电超疏水涂料的生产方法，生产步骤如下：
（1）、将配方量的碳纳米管与部分稀释剂分散制成碳纳米管预分散液；
⑵、按配比称量环氧树脂液、疏水气相二氧化硅、其余稀释剂，搅拌均匀，制得色浆后准备研磨分散；
⑶、研磨分散：将已制得的色浆进行研磨、分散，用刮板细度计测量细度至30~50μm停止研磨，加入配方量的碳纳米管预分散液，用高速搅拌机搅拌均匀后包装得导电超疏水涂料组分A；
（4）、聚酰胺固化剂单独包装为组分B。
7.根据权利要求6所述的生产方法，所述分散采用超声波分散仪分散。
8.根据权利要求6所述的生产方法，所述部分稀释剂用量占稀释剂总量的30~80%，高速搅拌机搅拌速度200~600r/min，时间4~6小时。
9.根据权利要求6所述的生产方法，所述疏水气相二氧化硅的制备方法为：将10份气相二氧化硅于90份有机溶剂中超声制成10%粒子分散体，将3~12份疏水改性剂加入到100份粒子分散体中进行改性反应，将混合物进行离心分离，洗涤，真空干燥。
10.根据权利要求9所述的生产方法，所述有机溶剂为二甲苯，所述疏水改性剂为十二氟庚基丙基硅氧烷，所述改性反应条件为温度45~65℃，反应时间为4小时。
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