CN103045052B - 新型碳纳米管/乙烯基酯乳液导电涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型碳纳米管/乙烯基酯乳液导电涂料，以具有高度耐蚀树脂乙烯基酯乳液为基底，添加碳纳米管为导电填料，制备的导电涂料具有良好抗静电性能和力学性能，并且导电涂料施工简便，采用喷涂或人工涂刷即可，常温固化，表干时间短，小于3h，实干时间小于12h。

Description

新型碳纳米管/乙烯基酯乳液导电涂料

技术领域

    本发明涉及一种特种涂料，特别涉及一种碳纳米管改性乙烯基酯乳液导电涂料。

背景技术

    导电涂料是一种具有导电和排除积累静电荷能力的功能性涂料，其发展至今已有半个多世纪的历史。1948年美国将银和环氧树脂制成导电胶，这是最早公开的导电涂料，随后英、日等国相继研制导电涂料，我国也早在50年代开始研究和应用导电涂料。随着导电涂料研究开发的不断深入，其应用也日益广泛，在电子、建筑、航空等领域具有重要的应用价值，尤其在导电、抗静电方面有很大的实用价值。经过半个多世纪的发展探索，国内外对导电涂料的研究开发取得了非常好的成果，多种导电涂料已经工业化生产。国外生产导电涂料的厂家主要有美国的Acme Chemicals ＆ Insulating公司、Electro-Kinetic Systems公司、Chromium Corporation公司、BEE公司和TAB公司等，英国的RF Shielding（RFS）公司和Nut wood UK LTD公司等，日本的神东涂料、日立化成等公司。这些公司主要生产以碳黑、镍粉和铜粉等为导电填料的导电涂料。目前，国内导电涂料的开发研究主要着眼于解决抗静电问题，导电涂料多以碳系材料为导电填料。国内的一些高等院校和研究所等科研单位及一些大中型公司都在积极研究和开发导电涂料，并取得了较大的进展，研制出了一些高性能的非碳系导电涂料。

    导电涂料按组成和导电机理的不同可以分为结构型（本征型）和添加型（复合型）2种。结构型（本征型）导电涂料是利用自身或经过掺杂之后具有导电功能的高分子材料直接成膜或与其它有机高分子混合；添加型（复合型）导电涂料是通过将导电的无机粒子或有机抗静电剂加入非导电的树脂中，利用树脂的物理机械性能和填料的导电能力而制备导电涂层。

    导电涂料一般由树脂、导电填料、助剂和溶剂组成，导电填料是导电涂料的重要组成部分，常用的导电填料主要有碳系填料、金属系填料、金属氧化物系填料和复合系填料。碳系填料有炭黑、石墨等，其缺点是色彩单调且颜色较深，无法制备浅色导电涂料；金属系填料（如金、铜、镍等）易于氧化生成不导电的金属氧化物，导电性能不稳定，容易沉降，耐腐蚀性能差，其应用受到限制；复合系导电填料是以价廉、质轻的材料（如玻璃、石墨等）作为基底或芯材，在其表面包覆一层或几层化学稳定性好、耐腐蚀性强、电导率高的导电物质（如金、镍等）而得到的复合材料。目前，国内外导电涂料研究开发的重点是开发高导电性、低成本的导电填料。

发明内容

    本发明的目的是克服现有导电涂料的缺陷，提供一种具有良好抗静电性能和力学性能的导电涂料。

    为了实现以上发明目的，本发明采用以下技术方案：一种新型碳纳米管/乙烯基酯乳液导电涂料，其特征在于包括以下质量份数的组分：乙烯基酯乳液 100份；碳纳米管2～10份；颜填料5～10份；助剂1～5份。

    所述乙烯基酯乳液为不饱和有机一元羧酸与环氧树脂反应生成的乳液。

    所述碳纳米管为多壁碳纳米管，外径范围为10～20nm，长度为5～50μm，采用强酸氧化处理。

    所述颜填料包括滑石粉、二氧化钛。

    所述助剂包括成膜助剂、分散剂、消泡剂、增稠剂和流平剂。

    乙烯基酯乳液为不饱和有机一元羧酸与环氧树脂反应生成的乳液，或者再添加改性成分生成的其改性树脂，是新一代高度耐蚀树脂，兼有环氧树脂的友谊机械性能与不饱和聚酯的易加工、快速固化特性，且耐酸碱性能优于一般环氧和不饱和聚酯树脂，具有极高的强度和耐疲劳特征。

    碳纳米管自1991年被日本NEC 的电镜专家Iijima教授首先发现以来，短短十几年之间，这种纳米尺寸的炭质管状物就引起了全球性物理、化学和材料等科学界的广泛兴趣。由于碳纳米管的特殊结构和优异的力学、电学和光学性能以及其潜在的工业价值，使其逐渐成为化学、物理和材料等学科领域的研究热点， 有人甚至将它誉为“21世纪的黑色钻石”。由于碳纳米管具有很好的导电性，同时又拥有较大的长径比，因而很适合做导电填料，相对于其它金属颗粒和石墨颗粒，用很少的量就能形成导电网链，且其密度比金属颗粒小得多，不易因重力的作用而聚沉。本发明正是利用碳纳米管的这些特性将其作为导电介质加入到涂料中，以增加导电涂料的导电性能。

    本发明的主要优点和有益效果是：

（1）    本发明公开的导电涂料采用高度耐蚀树脂，具有极高和耐疲劳特性；采用碳纳米管作为导电填料，只需要添加比传统添加量低的量即可达到较高的导电性能；

（2）    本发明公开的导电涂料施工简便，采用喷涂或人工涂刷即可，常温固化，表干时间短，小于3h，实干时间小于12h。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一：

    按以下质量份数准备原料：乙烯基酯乳液 100份；碳纳米管2份；滑石粉3份、二氧化钛5份；成膜助剂0.1份、分散剂0.5份、消泡剂0.2份、增稠剂1份和流平剂11份；

    将碳纳米管加入体积比3：1的浓硫酸和浓硝酸的混合液中，超声处理30min，用去离子水洗涤至中性，80℃烘箱中干燥24h；

    将处理过的碳纳米管低速搅拌下缓慢加入滑石粉和二氧化钛中，混合均匀，将混合浆料加入乙烯基酯乳液，并加入成膜助剂、分散剂、消泡剂、增稠剂和流平剂，高速搅拌2h，制得导电涂料。

实施例二：

    按以下质量份数准备原料：乙烯基酯乳液 100份；碳纳米管4份；滑石粉5份、二氧化钛5份；成膜助剂1份、分散剂0.6份、消泡剂0.4份、增稠剂2份和流平剂1.2份；

    将碳纳米管加入体积比3：1的浓硫酸和浓硝酸的混合液中，超声处理30min，用去离子水洗涤至中性，80℃烘箱中干燥24h；

    将处理过的碳纳米管低速搅拌下缓慢加入滑石粉和二氧化钛中，混合均匀，将混合浆料加入乙烯基酯乳液，并加入成膜助剂、分散剂、消泡剂、增稠剂和流平剂，高速搅拌2h，制得导电涂料。

实施例三：

    按以下质量份数准备原料：乙烯基酯乳液 100份；碳纳米管5份；滑石粉4份、二氧化钛2份；成膜助剂1份、分散剂0.5份、消泡剂0.2份、增稠剂1份和流平剂0.5份；

    将碳纳米管加入体积比3：1的浓硫酸和浓硝酸的混合液中，超声处理30min，用去离子水洗涤至中性，80℃烘箱中干燥24h；

    将处理过的碳纳米管低速搅拌下缓慢加入滑石粉和二氧化钛中，混合均匀，将混合浆料加入乙烯基酯乳液，并加入成膜助剂、分散剂、消泡剂、增稠剂和流平剂，高速搅拌2h，制得导电涂料。

实施例四：

    按以下质量份数准备原料：乙烯基酯乳液 100份；碳纳米管10份；滑石粉4份、二氧化钛4份；成膜助剂0.6份、分散剂0.2份、消泡剂0.5份、增稠剂3份和流平剂0.8份；

    将碳纳米管加入体积比3：1的浓硫酸和浓硝酸的混合液中，超声处理30min，用去离子水洗涤至中性，80℃烘箱中干燥24h；

    将处理过的碳纳米管低速搅拌下缓慢加入滑石粉和二氧化钛中，混合均匀，将混合浆料加入乙烯基酯乳液，并加入成膜助剂、分散剂、消泡剂、增稠剂和流平剂，高速搅拌2h，制得导电涂料。

    所制得的涂料制成涂层试板后检测各项指标，测得涂层表面电阻为1.45～2.33×10⁶Ω，铅笔硬度为2H，耐冲击性约为50cm，附着力1级，耐戒指性能良好，在蒸馏水中以及10%的硫酸和10%氢氧化钙中浸泡48h无变化。

    除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (1)

1. 一种新型碳纳米管/ 乙烯基酯乳液导电涂料，其特征在于包括以下质量份数的组分：乙烯基酯乳液 100 份；碳纳米管2 ～ 10 份；颜填料5 ～ 10 份；助剂1 ～ 5 份；

所述乙烯基酯乳液为不饱和有机一元羧酸与环氧树脂反应生成的乳液；

所述碳纳米管为多壁碳纳米管，外径范围为10 ～ 20nm，长度为5 ～ 50μm，采用强酸氧化处理；

所述颜填料包括滑石粉、二氧化钛；

所述助剂包括成膜助剂、分散剂、消泡剂、增稠剂和流平剂。