CN103173108B

CN103173108B - 一种环保型耐洗涤防静电涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN103173108B
Application number: CN201110435421.3A
Authority: CN
Inventors: 刘德龙; 蔡红军
Original assignee: SHENZHEN BTREE INDUSTRIAL Co Ltd
Current assignee: Guangdong Guanglin Caiyao New Energy Materials Co ltd
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2031-12-22
Also published as: CN103173108A

Abstract

本发明涉及防静电涂料、并公开了一种环保型耐洗涤防静电涂料，其中，该防静电涂料包括以下重量百分比的组分：成膜物3‑9％、导电填料0.1‑0.6％、表面活性剂0.2‑3.1％、偶联剂0.1‑0.6％、酸0‑0.1％、酮类溶剂5～20％、醇类溶剂5～20％和水47～86.5％。实施本发明的环保型耐洗涤防静电涂料及其制备方法，可以获得高效低毒、附着力强、耐水和有机溶剂洗涤、使用方便且制备加工便利的防静电涂料。本发明中防静电涂料的组分均为来源广泛的原料，因此可有效降低所制备的防静电涂料的成本。本发明以水为主要溶剂，所制得的防静电涂料无毒环保。本发明的制备方法在常温常压下进行，制备工艺所需的条件易达到，制备流程简单、可操作性强。

Description

一种环保型耐洗涤防静电涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种防静电涂料，更具体地，涉及一种环保型耐洗涤防静电涂料及其制备方法。

背景技术

静电荷在我们的日常生活中广泛存在，其可能造成以下四方面的危害：(1)静电放电；(2)静电吸附；(3)静电荷存在会增加物质的反应活性；(4)静电可对人体健康造成危害。其中最严重的一种危害体现在静电放电可产生火花，在易燃易爆品存在的地方可能引发爆炸和火灾，其次快速静电放电的电流对现代电子产品特别是集成电路可产生击穿等破坏。

高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料等。以高分子化合物为基础的高分子材料大多数都是绝缘体，但在静电的作用下也会带有电荷。PET是聚对苯二甲酸乙二醇酯的英文名称的缩写，也是塑料的一种。

高分子材料等非金属制件表面的静电荷积累达到一定程度后也会放电，致使各种精密仪器、精密电子元器件击穿而报废，甚至引起易燃易爆物起火或爆炸，造成巨大的生命和财产损失。另外，积累在塑料制品表面的静电由于吸尘严重而难于净化，从而影响塑料制品的外观和在超净环境(如手术室、计算机室、精密仪器等)中的应用。

为了防止高分子材料表面附有静电，现有技术有两种方法来处理：一种是外涂型，一种为内添加型。外涂型则是利用防静电涂料在塑料表面形成一层涂膜来防止产生或积累静电。陈战利等人以丙烯酸树脂为基料，加入一些导电材料如石墨等可使涂料的表面电阻率为10^6-9欧姆/平方厘米。但通过这种添加导电材料的方法得到的涂料大多附着力和耐油性差，且成本比较高。由于一些导电涂料可用于防静电，因此也可以在塑料表面直接涂布导电涂料形成防静电层来起到防静电的作用，例如导电性聚苯胺复合纳米涂料可直接喷涂或刷涂在塑料基材上。但是这类材料的操作性不好，难于加工。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中通过添加导电材料的方法制得的防静电涂料附着力和耐油性差且成本高、以及可直接涂布的导电材料的操作性不佳且难于加工的缺点，提供一种附着力强、耐洗涤、成本低、加工容易且使用方便的环保型耐洗涤防静电涂料及其制备方法。

本发明解决其技术问题通过以下技术方案得以实现：一种环保型耐洗涤防静电涂料，其中，所述涂料包括以下重量百分比的组分：

在上述环保型耐洗涤防静电涂料中，所述成膜物是水性饱和聚酯或水性聚氨酯。

在上述环保型耐洗涤防静电涂料中，所述导电填料是PEDOT/PSS。

在上述环保型耐洗涤防静电涂料中，所述表面活性剂包括聚氧乙烯醚类表面活性剂与氟碳类表面活性剂；所述聚氧乙烯醚类表面活性剂是脂肪醇聚氧乙烯醚或壬基酚聚氧乙烯醚；其中，所述聚氧乙烯醚表面活性剂的重量百分比为0.1～2％，所述氟碳类表面活性剂的重量百分比为0.1～1.1％。

在上述环保型耐洗涤防静电涂料中，所述偶联剂为钛酸酯类偶联剂或硅烷类偶联剂。

在上述环保型耐洗涤防静电涂料中，所述醇类溶剂为乙醇、异丙醇或丁醇，所述酮类溶剂为丁酮、环己酮或N-甲基吡咯烷酮，所述水为去离子水，所述酸为盐酸、硫酸或磺酸。

根据本发明的另一方面，提供一种权利要求1-6中任一权利要求的环保型耐洗涤防静电涂料的制备方法，其中，所述方法包括以下步骤：

S1.将导电填料溶解于稀释后的酸中，混合均匀后调节pH值制得导电填料溶液，备用；

或者选用导电填料水分散液作为导电填料溶液；

S2.加热条件下将成膜物溶解于酮类溶剂中，溶解完全后按比例加入表面活性剂、偶联剂和醇类溶剂，混合均匀制得成膜溶液；

或者选用成膜物水分散液，向成膜物水分散液中按比例加入表面活性剂、偶联剂、醇类溶剂和酮类溶剂，混合均匀制得成膜溶液；

S3.将步骤S1和步骤S2中的导电填料溶液与成膜溶液按比例混合均匀，制得所述环保型耐洗涤防静电涂料。

在上述环保型耐洗涤防静电涂料的制备方法中，在所述步骤S1中，所述稀释后的酸的浓度为10～20％。

实施本发明的环保型耐洗涤防静电涂料及其制备方法，可以获得高效低毒、附着力强、耐水和有机溶剂洗涤、使用方便(常规涂覆即可)且制备加工便利的防静电涂料。本发明中防静电涂料的组分均为来源广泛的原料，因此可有效降低所制备的防静电涂料的成本。本发明以水为主要溶剂，所制得的防静电涂料无毒环保。本发明的制备方法在常温常压下进行，制备工艺所需的条件易达到，制备流程简单、可操作性强。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种环保型耐洗涤防静电涂料，并具体公开了该防静电涂料各组分的重量百分比为：成膜物3-9％、导电填料0.1-0.6％、表面活性剂0.2-3.1％、偶联剂0.1-0.6％、酸0.1％、酮类溶剂5～20％、醇类溶剂5～20％和水47～86.5％。

在本发明中，成膜物的作用在于保证所制备的涂料的附着力，其可以是水性饱和聚酯(例如，EW370、EW312、WP518或PJ380)或水性聚氨酯(Z756或FD-YM300)。其中，EW370、EW312、WP518、PJ380、Z756和FD-YM300均为商品牌号。本领域技术人员可以根据需要，选择任何适合的成膜物。

在本发明中，导电填料的作用在于使所制备的涂料有导电性从而起到防静电的作用，这里优选使用导电高分子。所述导电高分子可以是导电聚合物聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)或其水分散液。本领域技术人员也可以根据需要，选择其他适合的导电填料。PEDOT/PSS配合水性饱和聚酯或水性聚氨酯使用时，其可以以纳米纤维形式均匀分布在水性饱和聚酯或水性聚氨酯中，这样在涂布在PET片材上成膜后可更好地耐水和醇类溶剂的洗涤。

在本发明中，表面活性剂主要起到润湿作用。所使用的表面活性剂为聚氧乙烯醚类表面活性剂和氟碳类表面活性剂。其中所使用的聚氧乙烯醚表面活性剂可以是脂肪醇聚氧乙烯醚或壬基酚聚氧乙烯醚。所述脂肪醇聚氧乙烯醚可以是脂肪醇聚氧乙烯(20)醚、脂肪醇聚氧乙烯(100)醚、脂肪醇聚氧乙烯(200)醚或脂肪醇聚氧乙烯(500)醚。壬基酚聚氧乙烯醚可以为TX-10或NP-4。氟碳类表面活性剂可以是FSN、Intechem-14-5B或FC4430。其中，TX-10、NP-4、FSN、Intechem-14-5B和FC4430均为商品牌号。本领域技术人员可以根据需要，选择任何适合的表面活性剂。

在本发明中，偶联剂的作用在于使导电填料更均匀地分散于所制备的涂料中，其可以是钛酸酯类偶联剂(如KINST114或OL-T951)和硅烷类偶联剂(如KH755、KH550或KH570)等。其中，KINST114、OL-T951、KH755、KH550和KH570均为商品牌号。本领域技术人员可以根据需要，选择任何适合的偶联剂。

在本发明中，酸的作用在于促进导电填料(本发明为导电高分子)在水中的溶解与分散。此处可使用盐酸、硫酸或磺酸，具体地，磺酸可为十二烷基苯磺酸。本领域技术人员可以根据需要，选择任何适合的有机酸或无机酸。

在本发明中，溶剂的作用在于提高涂料的均匀性，其可以是水、酮类溶剂和醇类溶剂。水主要为去离子水，但也可选用经其他水净化工艺制得的纯水，酮类溶剂可选用丁酮、环已酮或N-甲基吡咯烷酮，醇类溶剂可选用乙醇、异丙醇或丁醇。本领域技术人员可以根据需要，选择任何适合的酮类溶剂和酯类溶剂。

本发明的防静电涂料可采用常规涂覆方法应用于塑料材料(PET片材、PS片材或PE膜)表面，例如，通过辊涂、喷涂或刷涂等方法即可将上述防静电涂料均匀涂覆于PET片材表面。再经80-130℃温度的烘烤即可形成涂层，起到优良的防静电效果。优选地，烘烤形成的涂层的平均厚度大约为1-5μm。

以下将通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。以下实施例中，采用表面电阻值(kΩ/cm²)衡量使用防静电涂料形成的涂层的防静电性；表面电阻值越低，涂层的防静电性越好。采用洗涤次数衡量上述涂层的耐洗涤性；这一数值越高，说明涂层的耐洗涤性越好。采用百格测试法(具体测试方法参照《GBT 9286-1998色漆和清漆漆膜的划痕实验》衡量上述涂层对PET片材的附着力，这一数值越高，说明涂层的附着力越好。

实施例1：

一种环保型耐洗涤防静电涂料，包含以下重量百分比的组分：PEDOT/PSS0.5％、水性饱和聚酯(EW312)3％、脂肪醇聚氧乙烯(20)醚0.2％、氟碳类表面活性剂(FSN)0.1％、氟碳类表面活性剂(Intechem-14-5B)0.5％、钛酸酯类偶联剂(KINST114)0.5％、十二烷基苯磺酸0.1％、乙醇8％、丁酮5％和去离子水82.1％。其制备方法包括以下步骤：

将PEDOT/PSS溶解于稀释后的十二烷基苯磺酸中，混合均匀后调节pH值制得导电填料溶液，备用；加热条件下将水性饱和聚酯(EW312)溶解于丁酮中，溶解完全后按比例加入脂肪醇聚氧乙烯(20)醚、氟碳类表面活性剂(FSN)、氟碳类表面活性剂(Intechem-14-5B)、钛酸酯类偶联剂(KINST114)和乙醇，混合均匀制得成膜溶液；将分别制得的导电填料溶液与成膜溶液按比例混合均匀，制得环保型耐洗涤防静电涂料。

制备方法中，所述稀释后的十二烷基苯磺酸的浓度为10％；导电填料溶液的pH值为1；在70℃高温条件下加热溶解水性饱和聚酯(EW312)。

实施例2：

一种环保型耐洗涤防静电涂料，包含以下重量百分比的组分：PEDOT/PSS0.6％、水性饱和聚酯(EW370)5％、脂肪醇聚氧乙烯(200)醚0.2％、氟碳类表面活性剂(FSN)0.05％、氟碳类表面活性剂(Intechem-14-5B)0.8％、硅烷类偶联剂(KH755)0.3％、硫酸0.1％、异丙醇10％、N-甲基吡咯烷酮10％和去离子水72.95％。其制备方法包括以下步骤：

将PEDOT/PSS溶解于稀释后的硫酸中，混合均匀后调节pH值制得导电填料溶液，备用；加热条件下将水性饱和聚酯(EW370)溶解于N-甲基吡咯烷酮中，溶解完全后按比例加入脂肪醇聚氧乙烯(200)醚、氟碳类表面活性剂(FSN)、氟碳类表面活性剂(Intechem-14-5B)、硅烷类偶联剂(KH755)和异丙醇，混合均匀制得成膜溶液；将分别制得的导电填料溶液与成膜溶液按比例混合均匀，制得环保型耐洗涤防静电涂料。

制备方法中，所述稀释后的硫酸的浓度为20％；导电填料溶液的pH值为1；在70℃高温条件下加热溶解水性饱和聚酯(EW370)。

实施例3：

一种环保型耐洗涤防静电涂料，包含以下重量百分比的组分：PEDOT/PSS0.1％、水性饱和聚酯(EW370)3.05％、壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)0.1％、氟碳类表面活性剂(FC4430)0.1％、硅烷类偶联剂(KH755)0.1％、盐酸0.05％、丁醇5％、N-甲基吡咯烷酮5％和去离子水86.5％。其制备方法同实施例1；制备方法中，盐酸的浓度为15％。

实施例4：

一种环保型耐洗涤防静电涂料，包含以下重量百分比的组分：1.5％PEDOT/PSS水分散液40％、30％水性聚氨酯水分散液(FD-YM300)30％、脂肪醇聚氧乙烯(500)醚0.2％、氟碳类表面活性剂(FSN)0.05％、氟碳类表面活性剂(Intechem-14-5B)0.4％、硅烷类偶联剂(KH550)0.5％、异丙醇5％、N-甲基吡咯烷酮6％和去离子水17.85％。其制备方法包括以下步骤：

向30％水性聚氨酯分散液(FD-YM300)中按比例加入脂肪醇聚氧乙烯(500)醚、氟碳类表面活性剂(FSN)、氟碳类表面活性剂(Intechem-14-5B)、硅烷类偶联剂(KH550)、异丙醇和N-甲基吡咯烷酮，混合均匀制得成膜溶液；将制得的成膜溶液与1.5％PEDOT/PSS水分散液按比例混合均匀，制得环保型耐洗涤防静电涂料。

实施例5：

一种环保型耐洗涤防静电涂料，包含以下重量百分比的组分：1.5％PEDOT/PSS水分散液40％、30％水性聚氨酯水分散液(FD-YM300)20％、脂肪醇聚氧乙烯(200)醚0.1％、氟碳类表面活性剂(FSN)0.2％、氟碳类表面活性剂(Intechem-14-5B)0.8％、钛酸酯类偶联剂(KINST114)0.4％、异丙醇5％、N-甲基吡咯烷酮16％和去离子水17.5％。其制备方法包括以下步骤：

向30％水性聚氨酯分散液(FD-YM300)中按比例加入脂肪醇聚氧乙烯(200)醚、氟碳类表面活性剂(FSN)、氟碳类表面活性剂(Intechem-14-5B)、钛酸酯类偶联剂(KINST114)、异丙醇和N-甲基吡咯烷酮，混合均匀制得成膜溶液；将制得的成膜溶液与1.5％PEDOT/PSS水分散液按比例混合均匀，制得环保型耐洗涤防静电涂料。

实施例6：

一种环保型耐洗涤防静电涂料，包含以下重量百分比的组分：1.5％PEDOT/PSS水分散液30％、30％水性聚氨酯水分散液(FD-YM300)15％、脂肪醇聚氧乙烯(20)醚0.5％、氟碳类表面活性剂(FSN)0.1％、氟碳类表面活性剂(Intechem-14-5B)1％、钛酸酯类偶联剂(KINST114)0.2％、乙醇10％、N-甲基吡咯烷酮20％和去离子水23.2％。其制备方法同实施例4。

实施例7：

一种环保型耐洗涤防静电涂料，包含以下重量百分比的组分：1.5％PEDOT/PSS水分散液30％、30％水性聚氨酯水分散液(FD-YM300)10％、脂肪醇聚氧乙烯(200)醚0.2％、氟碳类表面活性剂(FSN)0.1％、氟碳类表面活性剂(Intechem-14-5B)1％、钛酸酯类偶联剂(KINST114)0.1％、乙醇20％、环己酮15.4％和去离子水23.2％。其制备方法同实施例4。

实施例8：

一种环保型耐洗涤防静电涂料，包含以下重量百分比的组分：1.5％PEDOT/PSS水分散液20％、30％水性聚氨酯水分散液(FD-YM300)30％、脂肪醇聚氧乙烯(200)醚2％、氟碳类表面活性剂(FSN)0.1％、氟碳类表面活性剂(Intechem-14-5B)1％、钛酸酯类偶联剂(KINST114)0.6％、乙醇20％、环己酮20％和去离子水6.3％。其制备方法同实施例4。

表面电阻值测量试验：

将实施例1-2和实施例4-7中的防静电涂料涂覆于PET片材表面并形成涂层后，采用表面电阻测试仪(斯耐德SL-030表面电阻测试仪)测量涂层的表面电阻值；具体测量结果见表1。

试样

实施例1

实施例2

实施例4

实施例5

实施例6

实施例7

表面电阻值(kΩ/cm²)

10⁶

10⁷

根据防静电产品的定义，电阻值小于10¹¹Ω的产品即为防静电产品，电阻值为10⁶Ω至10⁹Ω的防静电产品则因表面电阻值较低，具有更好的导电功能、即防静电功能。从表1的测量结果可看出，相比对比例1和2的防静电涂料，本发明所制备得到的防静电涂料表面电阻值更低，因此有理由认为本发明的防静电涂料具有更好的防静电效果。

耐洗涤测试：

将实施例1-2和实施例4-7的防静电涂料涂布在PET片材表面，经烘箱烘干后制得防静电薄膜。然后将具有该层薄膜的PET片材浸泡在水或者醇类溶剂(例如乙醇)中，超声波清洗6次，每次10分钟，烘干后测试涂膜的表面电阻率变化。测试结果如下：

表2耐洗涤测试表

测试样本	实施例1	实施例2	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7
							水洗洗涤次数	5	5	5	5	5	5
酒精洗洗涤次数	5	5	5	5	5	5

分别在水或醇类溶剂中洗涤5次后，采用实施例1-2和实施例4-7的防静电涂料涂布的PET片材仍然具有较低的表面电阻值。因此，从以上测试结果可看出，通过本发明的方法制备得到的防静电涂料具有明显改善的耐洗涤性(耐水性与耐油性)，具体应用时可采用有机溶剂和水(例如酒精)擦拭PET材料表面的上述涂层，便于涂层的清洁与处理。

百格测试：

本发明的百格测试以《GBT 9286-1998色漆和清漆漆膜的划痕实验》为参考标准，具体测试流程如下：

用百格刀在测试样本表面划10×10个(100个)1mm×1mm的小网格，每一条划线应深及油漆的底层；用毛刷将测试区域的碎片刷干净；用3M600号胶纸或等同效力的胶纸牢牢粘住被测试小网格，并用橡皮擦用力擦拭胶带，以加大胶带与被测区域的接触面积及力度；用手抓住胶带一端，在垂直方向(90°)迅速扯下胶纸，同一位置进行2次相同试验。其中，被胶带黏起的数量占百格数量的百分比(即脱落百分比)为百格测试的结果。

百格测试仪根据ISO2409-1992标准设计制造；测试样本按ISO1514及ISO2808的规定制备，为125mm×50mm的长方形试样；所用的胶带为25mm宽的胶带。

表3百格测试表

测试样本

实施例1

实施例2

实施例4

实施例5

实施例6

实施例7

脱落百分比

0％

从表3的数据中可以看出，本发明所制备的防静电涂料对PET片材的附着力强，通过常规涂覆技术可牢固地涂覆在PET片材表面，很好地解决了现有技术中防静电涂料附着力弱、易脱落的问题，有助于其推广应用。

综上所述，采用本发明的方法可制备得到附着力强、耐水和有机溶剂洗涤、且防静电效果显著的环保型耐洗涤防静电涂料。本发明中防静电涂料的组分均为来源广泛的原料，因此可有效降低所制备的防静电涂料的成本。本发明未使用任何有毒物质作为防静电涂料的组分，所制得的最终产品低毒无害，环保型强。可采用常规的涂覆技术应用本发明的防静电涂料，其可操作性强、使用方便。本发明的制备方法在常温常压下进行，制备工艺所需的条件易达到，制备流程简单、可操作性强。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种环保型耐洗涤防静电涂料，其特征在于，所述涂料包括以下重量百分比的组分：

其中，所述成膜物是水性聚氨酯；所述表面活性剂包括聚氧乙烯醚类表面活性剂与氟碳类表面活性剂；所述聚氧乙烯醚类表面活性剂是脂肪醇聚氧乙烯醚或壬基酚聚氧乙烯醚；其中，所述聚氧乙烯醚表面活性剂的重量百分比为0.1～2％，所述氟碳类表面活性剂的重量百分比为0.1～1.1％。

2.根据权利要求1所述的环保型耐洗涤防静电涂料，其特征在于，所述导电填料是PEDOT/PSS。

3.根据权利要求1所述的环保型耐洗涤防静电涂料，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯类偶联剂或硅烷类偶联剂。

4.根据权利要求1所述的环保型耐洗涤防静电涂料，其特征在于，所述醇类溶剂为乙醇、异丙醇或丁醇，所述酮类溶剂为丁酮、环己酮或N-甲基吡咯烷酮，所述水为去离子水，所述酸为盐酸、硫酸或磺酸。

5.一种权利要求1-4中任一权利要求的环保型耐洗涤防静电涂料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

或者选用导电填料水分散液作为导电填料溶液；

6.根据权利要求5所述的环保型耐洗涤防静电涂料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述稀释后的酸的浓度为10～20％。