CN103666208A

CN103666208A - 一种适用于聚乙烯材料的防静电涂料及其制备方法

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Publication number: CN103666208A
Application number: CN201210359079.8A
Authority: CN
Inventors: 刘晓明; 蔡红军; 刘德龙
Original assignee: SHENZHEN BTREE INDUSTRIAL Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN BTREE INDUSTRIAL Co Ltd
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明涉及适用于聚乙烯材料的防静电涂料，其中，该防静电涂料包括以下重量百分比的组分：0.5~2％的成膜物、0.5～2％的导电填料、0.03～2％的偶联剂、0.5～1％的附着力增强剂和94～98.47的溶剂。其制备方法包括以下步骤：将导电填料溶解于溶剂中，混合均匀后制得导电填料溶液；在导电填料溶液中加入成膜物和偶联剂，高速分散均匀后制得分散均匀的混合溶液；在混合溶液中加入附着力增强剂并补充溶剂，高速分散均匀后制得适用于聚乙烯材料的防静电涂料。本发明的防静电涂料高效低毒、附着力强、防静电性能稳定、使用方便且制备加工便利，其组分均为来源广泛的原料，成本低。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

一种适用于聚乙烯材料的防静电涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及防静电涂料技术领域，并涉及一种防静电涂料。更具体地，本发明涉及一种适用于聚乙烯材料的防静电涂料及其制备方法。

背景技术

静电是一种客观的自然现象，可通过接触或摩擦等多种方式产生。其特点在于电压高、电量低、电流小且作用时间短。静电是一个不动的带电电荷，不论是导体还是绝缘体，在静电的作用下都带电荷。静电在我们的日常生活中普遍存在，人走过化纤地毯的静电大约是35000伏，翻阅塑料说明书的静电大约是7000伏。虽然平时可能体会不到这些静电，但对于一些敏感仪器来讲，这些静电电压可能造成较大危害。

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。PE是聚乙烯的英文名称polyethylene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积累达到一定程度就会放电，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，现有技术中通常采用以下两种方法来解决该问题：一种是外涂法，一种为内添加法。外涂法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达到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持久性差，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。而且，现有技术中制得的防静电涂料的防静电效果受环境湿度影响大，在湿度稍低的环境中其防静电效果明显变差或没有防静电效果，因此其应用也受到了较大程度的限制。

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差且成本高、可直接涂布的导电材料的操作性不佳且难于加工以及现有的防静电涂料的防静电效果受环境湿度影响大的缺陷，提供一种成本低、加工容易、附着力强且加工制备方便的适用于聚乙烯材料的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：一种适用于聚乙烯材料的防静电涂料，所述涂料包括以下重量百分比的组分：

在上述适用于聚乙烯材料的防静电涂料中，所述成膜物是饱和聚酯和聚氨酯的至少一种。

在上述适用于聚乙烯材料的防静电涂料中，所述导电填料是阳离子防静电剂的至少一种。

在上述适用于聚乙烯材料的防静电涂料中，所述偶联剂为有机硅偶联剂的至少一种。

在上述适用于聚乙烯材料的防静电涂料中，所述附着力增强剂为钛酸酯附着力增强剂的至少一种。

在上述适用于聚乙烯材料的防静电涂料中，所述溶剂为水与醇类溶剂的混合物，所述醇类溶剂为乙醇、异丙醇或丁醇。

在上述适用于聚乙烯材料的防静电涂料中，所述水与醇类溶剂的重量比为0∶10～1∶10。

根据本发明的另一方面，提供一种上述适用于聚乙烯材料的防静电涂料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

S1.将导电填料溶解于溶剂中，混合均匀后制得导电填料溶液，备用；

S2.在步骤S1中制得的导电填料溶液中加入成膜物和偶联剂，高速分散均匀后制得分散均匀的混合溶液；

S3.在步骤S2中制得的混合溶液中加入附着力增强剂并补充溶剂，高速分散均匀后制得所述适用于聚乙烯材料的防静电涂料。

在上述适用于聚乙烯材料的防静电涂料的制备方法中，在所述步骤S2中，高速分散的速度为500～2000转/小时，高速分散的时间为0.5～2h。

在上述适用于聚乙烯材料的防静电涂料的制备方法中，在所述步骤S3中，高速分散的速度为500～2000转/小时，高速分散的时间为0.5～2h。

实施本发明的适用于聚乙烯材料的防静电涂料及其制备方法，可以获得高效低毒、附着力强、防静电性能稳定、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，以下结合具体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。

本发明提供了一种适用于聚乙烯材料的防静电涂料，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0.5-2％、导电填料0.5-2％、附着力增强剂0.5-1％、偶联剂0.03-2％和溶剂94-98.47％。

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，其可以是饱和聚酯(例如，EW370、EW312、WP518或PJ380)、聚氨酯(Z756或FD-YM300)、纤维素树脂和环氧树脂等，优选使用饱和聚酯和聚氨酯的一种或两种的混合物。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，防静电剂可以是各种阳离子防静电剂(例如SN、HDC-320、HDC-350和GW-2006)，本发明优选使用上述阳离子防静电剂的一种或两种的混合物。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。

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，本发明所使用的偶联剂为有机硅偶联剂(如美国道康宁的Z-6040、Z-6020和Z-6030)等，优选使用上述偶联剂的一种或两种的混合物。其中，Z-6040、Z-6020、Z-6030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，附着力增强剂的作用在于增强最终制得的防静电涂料与聚乙烯材料之间的附着力度，防止脱落并增强其耐磨性。本发明具体选用钛酸酯附着力增强剂(如TC-wt(200s)、LD-180、TMC-2和TMC-105)，并优选使用上述钛酸酯附着力增强剂的一种或两种的混合物。其中，TC-wt(200s)、LD-180、TMC-2和TMC-105均为商品牌号。本领域技术人员可以根据需要，选择任何适合的附着力增强剂。

在本发明中，溶剂的作用在于提高涂料的均匀性，优选地，本发明的溶剂采用水和醇类溶剂的混合物。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，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，选择任何适合的醇类溶剂。

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(例如聚乙烯薄膜)，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聚乙烯薄膜表面。再经40-80℃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，并结合具体测试充分阐述本发明的有益效果。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；采用持久次数衡量上述涂层的聚乙烯材料专用型，该数值越高，说明涂层的聚乙烯材料专用性越好。

实施例1：

一种适用于聚乙烯材料的防静电涂料，包含以下重量百分比的组分：阳离子防静电剂(SN)1.5％、饱和聚酯(EW312)1.5％、有机硅偶联剂(Z-6040)0.5％、钛酸酯附着力增强剂(TMC-2)0.5％和乙醇96％。其制备方法包括以下步骤：

将饱和聚酯溶解于一定量的乙醇中，混合均匀后制得导电填料溶液，备用；在导电填料溶液中分别加入阳离子防静电剂和钛酸酯偶联剂，1000转/小时高速分散0.7小时后制得混合溶液；在上述混合溶液中加入钛酸酯附着力增强剂，并补充乙醇，1000转/小时高速分散0.7小时后制得适用于聚乙烯材料的防静电涂料。

在上述制备过程中，用于溶解饱和聚酯的乙醇的量不受限制，只要能够充分溶解饱和聚酯并且制备过程中先后加入的溶剂总量满足所需制备的防静电涂料的溶剂百分比要求即可。

实施例2：

一种适用于聚乙烯材料的防静电涂料，包含以下重量百分比的组分：阳离子防静电剂(SN)1.0％、阳离子防静电剂(HDC-320)0.5％、饱和聚酯(EW312)1.5％、有机硅偶联剂(Z-6040)0.5％、钛酸酯附着力增强剂(TMC-2)0.5％和乙醇96％。其制备方法同实施例1，在此不再重复叙述。

实施例3：

一种适用于聚乙烯材料的防静电涂料，包含以下重量百分比的组分：阳离子防静电剂(GW-2006)1.4％、聚氨酯(Z756)1％、有机硅偶联剂(Z-6040)0.1％、钛酸酯附着力增强剂(TMC-2)0.5％和浓度为98％的乙醇97％。其制备方法包括以下步骤：

将聚氨酯溶解于一定量的浓度为98％的乙醇中，混合均匀后制得导电填料溶液，备用；在导电填料溶液中分别加入阳离子防静电剂和有机硅偶联剂，2000转/小时高速分散0.5小时后制得混合溶液；在上述混合溶液中加入钛酸酯附着力增强剂，并补充浓度为98％的乙醇，2000转/小时高速分散0.5小时后制得适用于聚乙烯材料的防静电涂料。

在上述制备过程中，用于溶解聚氨酯的浓度为98％的乙醇的量不受限制，只要能够充分溶解聚氨酯并且制备过程中先后加入的溶剂总量满足所需制备的防静电涂料的溶剂百分比要求即可。另外，可以在制备防静电涂料前配制浓度为98％的乙醇，制备防静电涂料时直接取用该浓度的乙醇溶液；也可以在制备过程中按照水与乙醇的比例临时配制成浓度为98％的乙醇。

实施例4：

一种适用于聚乙烯材料的防静电涂料，包含以下重量百分比的组分：阳离子防静电剂(SN)0.5％、聚氨酯(Z756)0.3％、饱和聚酯(EW370)0.2％、有机硅偶联剂(Z-6040)0.03％、钛酸酯附着力增强剂(TMC-105)0.5％和浓度为90％的乙醇98.47％。其制备方法包括以下步骤：

将聚氨酯和饱和聚酯溶解于一定量的浓度为90％的乙醇中，混合均匀后制得导电填料溶液，备用；在导电填料溶液中分别加入阳离子防静电剂和有机硅偶联剂，500转/小时高速分散2小时后制得混合溶液；在上述混合溶液中加入钛酸酯附着力增强剂，并补充浓度为90％的乙醇，500转/小时高速分散2小时后制得适用于聚乙烯材料的防静电涂料。

实施例5：

一种适用于聚乙烯材料的防静电涂料，包含以下重量百分比的组分：阳离子防静电剂(HDC-320)2％、饱和聚酯(WP518)2％、有机硅偶联剂(Z-6040)1％、钛酸酯附着力增强剂(TC-wt(200s))0.5％、钛酸酯附着力增强剂(LD-180)0.5％和丁醇94％。其制备方法同实施例1，在此不再重复叙述。

实施例6：

一种适用于聚乙烯材料的防静电涂料，包含以下重量百分比的组分：阳离子防静电剂(GW-2006)1％、饱和聚酯(EW312)1％、有机硅偶联剂(Z-6030)2％、钛酸酯附着力增强剂(TMC-2)0.75％和异丙醇95.25％。其制备方法同实施例1，在此不再重复叙述。

实施例7：

一种适用于聚乙烯材料的防静电涂料，包含以下重量百分比的组分：阳离子防静电剂(SN)1％、聚氨酯(Z756)1％、有机硅偶联剂(Z-6030)0.03％、钛酸酯附着力增强剂(LD-180)0.5％和浓度为96％的乙醇97.47％。其制备方法同实施例3，在此不再重复叙述。

实施例8：

一种适用于聚乙烯材料的防静电涂料，包含以下重量百分比的组分：阳离子防静电剂1.5％、聚氨酯(Z756)1.5％、有机硅偶联剂(Z-6030)1％、有机硅偶联剂(Z-6040)1％、钛酸酯附着力增强剂(TMC-105)0.5％和浓度为92％的丁醇94.5％。其制备方法同实施例4，在此不再重复叙述。

表面电阻值测量试验：

将实施例1-3的防静电涂料涂覆于聚乙烯薄膜表面并形成涂层后，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。

表1采用实施例1-3的适用于聚乙烯材料的防静电涂料制得的涂层的表面电阻值

试样	实施例1	实施例2	实施例3
				表面电阻值(kΩ/cm²)	10⁸	10⁸	10⁸

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10⁸Ω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，本发明所制备得到的防静电涂料的表面电阻值均非常低，因此有理由认为本发明的防静电涂料属于防静电产品，具有良好的防静电效果。

聚乙烯专用性测试：

将实施例1-3的防静电涂料涂布在聚乙烯薄膜表面，经烘箱烘干后制得防静电涂层。然后使具有该层薄膜的聚乙烯薄膜室温老化，90天后测试涂层的表面电阻值的变化。测试结果见表2：

表2实施例1-3的适用于聚乙烯材料的防静电涂料的聚乙烯专用性测试结果

测试样本	实施例1	实施例2	实施例3
				室温老化(天)	90	90	90
表面电阻值(kΩ/cm²)	10¹⁰	10⁹	10⁹

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在室温老化90天后表面电阻没有明显增大，仍然具有很好的防静电功能，因此有理由认为本发明的防静电涂料应用于聚乙烯材料时具有很好的持久耐老化性能，因此具有很高的聚乙烯适用性。

综上所述，采用本发明的方法可制备得到持久性强且防静电效果显著的防静电涂料。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。从上述具体实施例中可看出，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。可采用常规的涂覆技术应用本发明的防静电涂料，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。本发明制得的防静电涂料在室温下老化90天后仍然保持较高的防静电效果，受环境影响小，且聚乙烯适用性高。

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. 一种适用于聚乙烯材料的防静电涂料，其特征在于，所述涂料包括以下重量百分比的组分：

成膜物 0.5~2%

导电填料 0.5~2%

偶联剂 0.03~2%

附着力增强剂 0.5~1%

溶剂 94~98.47%。

2. 根据权利要求1所述的适用于聚乙烯材料的防静电涂料，其特征在于，所述成膜物是饱和聚酯和聚氨酯的至少一种。

3. 根据权利要求1所述的适用于聚乙烯材料的防静电涂料，其特征在于，所述导电填料是阳离子防静电剂的至少一种。

4. 根据权利要求1所述的适用于聚乙烯材料的防静电涂料，其特征在于，所述偶联剂为有机硅偶联剂的至少一种。

5. 根据权利要求1所述的适用于聚乙烯材料的防静电涂料，其特征在于，所述附着力增强剂为钛酸酯附着力增强剂的至少一种。

6. 根据权利要求1所述的适用于聚乙烯材料的防静电涂料，其特征在于，所述溶剂为水与醇类溶剂的混合物，所述醇类溶剂为乙醇、异丙醇或丁醇。

7. 根据权利要求6所述的适用于聚乙烯材料的防静电涂料，其特征在于，所述水与醇类溶剂的重量比为0:10~1:10。

8. 一种权利要求1-7中任一权利要求的适用于聚乙烯材料的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：

S1. 将导电填料溶解于溶剂中，混合均匀后制得导电填料溶液，备用；

S2. 在步骤S1中制得的导电填料溶液中加入成膜物和偶联剂，高速分散均匀后制得分散均匀的混合溶液；

S3. 在步骤S2中制得的混合溶液中加入附着力增强剂并补充溶剂，高速分散均匀后制得所述适用于聚乙烯材料的防静电涂料。

9. 根据权利要求8所述的适用于聚乙烯材料的防静电涂料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，高速分散的速度为500~2000转/小时，高速分散的时间为0.5~2h。

10. 根据权利要求8所述的适用于聚乙烯材料的防静电涂料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，高速分散的速度为500~2000转/小时，高速分散的时间为0.5~2h。