CN103709813B - 一种塑料表面涂覆用导电涂料及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塑料表面涂覆用醇基导电涂料及其应用。本发明导电涂料的制备方法如下：取硅烷偶联剂放在烧杯中，加入醇基溶液、水，再加入甲酸作催化剂，催化时间为2～4h，再加入稀碱溶液调节pH值到9～10，用电动搅拌机搅拌2～4h，使各相均匀混溶后，将改性凹土/纳米碳粉复合导电粉料、锂基膨润土放入溶液中，再次用电动搅拌机搅拌2～4h，将溶液密封好，经超声、水浴反应至凝胶状；称取凝胶体积的3～4倍的四氢呋喃放于烧杯中溶解凝胶，然后加入过氧化苯甲酰，采用磁力搅拌机搅拌，再加入有机硅消泡剂，经真空去泡后即得到所述醇基导电涂料。本发明醇基导电涂料制备工艺简单，稳定性好，易于实现工业化生产。

Description

一种塑料表面涂覆用导电涂料及应用

技术领域

    本发明涉及一种塑料表面包裹的有机导电涂料，具体涉及一种醇基导电涂料及其应用。

背景技术

随着电子工业和高分子产业的迅速发展，高分子材料以其质轻价廉、易于加工成型等优点在电子工业中广泛应用，越来越多的电子产品和通讯设备的外壳大多采用轻便的塑料作为壳体，但这些塑料外壳对电磁波几乎是透明的，没有任何屏蔽作用，而使电磁波干扰和信息泄漏问题日益突出，为了保证电子电器设备正常操作，保护环境，保护人体健康，需要对这些设备和装置进行屏蔽以减少电磁辐射强度，降低电磁辐射污染。其中，在塑料表面包裹导电涂层是赋予这些塑料产品具有屏蔽电磁波功能的有效手段。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能够有效包裹塑料表面，并具备优良导电性能的导电涂料。

为了达到上述目的，本发明提供了一种塑料表面涂覆用醇基导电涂料，通过以下方法制备：

（1）取的3～8重量份的硅烷偶联剂放在烧杯中，加入40～50重量份的醇基溶液、5～10重量份的水，再加入1～3重量份的甲酸作催化剂，催化时间为2～4h；再加入稀碱溶液调节pH值到9～10，用电动搅拌机搅拌2～4h，使各相均匀混溶后，将15～20重量份的改性凹土/纳米碳粉复合导电粉料、2～5重量份的锂基膨润土放入溶液中，再次用电动搅拌机搅拌2～4h，将溶液密封好，经超声、水浴反应至凝胶状；

（2）取步骤（1）中制备的凝胶体积3～4倍的四氢呋喃放于烧杯中溶解凝胶，然后加入5～10重量份的过氧化苯甲酰，采用磁力搅拌机搅拌，再加入0.5～1重量份的有机硅消泡剂，经真空去泡后即得到所述醇基导电涂料。

上述改性凹土/纳米碳粉复合导电粉料通过以下步骤制备：

（1）称量100g细度为200～400目的凹凸棒石粘土放入800～1000ml蒸馏水中，用浓度为lmol/L的50～100ml盐酸在80～100℃中处理1～3小时，同时搅拌2～4小时制备悬浮液；将处理后的悬浮液加入5～10mL的复合活性剂，滴加NaOH溶液调整悬浮液的pH值至6～8，再搅拌2～4小时，静止10小时后，分离出改性凹凸棒石粘土悬浮液；所述复合活性剂包括有机化合物和非离子型表面活性剂，所述有机化合物和非离子型表面活性剂的体积比为1:1～1:2

（2）向上述分离出的改性凹凸棒石粘土悬浮液中加入10～20g纳米碳粉，搅拌10～30min后，离心，过滤回收固体物；

（3）将步骤（2）回收的固体物烘干，研细，即得所述改性凹土/纳米碳粉复合导电粉料。

上述有机化合物为有机聚硅氧烷或有机羧酸（如硬脂酸，已二酸等），优选环氧基聚硅氧烷或硬脂酸。非离子型表面活性剂选用烷基酚聚氧乙烯醚型活性剂（OP-10）、失水山梨醇脂肪酸酯型活性剂（S80）或吐温-20型活性剂，优选烷基酚聚氧乙烯醚型活性剂。

其中，硅烷偶联剂优选乙烯基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-环氧丙基醚基三甲氧基硅烷，最优选取乙烯基三甲氧基硅烷；所述醇基溶液为乙醇、甲醇、异丙醇溶液。

本发明还提供了上述醇基导电涂料在涂覆塑料表面的应用，包括以下步骤：

（1）将ABS塑料板为基材，用砂纸轻微打磨，并用乙醇擦洗基材表面，清洗干净后，在烘箱中烘干待用；

（2）将所述醇基导电涂料采用等速提拉涂膜装置在ABS塑料板表面包裹有机膜，处理的塑料板在涂膜溶液中的停留时间为1min，反复涂膜2～4次，提拉速度为27～35cm/min，即可。

其中，步骤（1）中清洗优选在超声清洗机中清洗30～60分钟，塑料板在烘箱中优选30～50℃烘干。

本发明相比现有技术具有以下优点：

（1）本发明利用锂基膨润土具有优良的特性，促使硅烷偶联剂与醇和水形成的溶液粘度增大，并在改性凹土/纳米碳粉复合导电粉料表面形成溶剂化薄膜及立体网络结构以支撑和阻止颗粒下沉，保证溶液中导电粉料的均匀性和稳定性，长时间放置如三个月，该导电涂料依然保持稳定和无沉降现象，保证了该导电涂料的导电性能。

（2）本发明将凹土采用纳米碳粉进行改进制备改性凹土/纳米碳粉复合导电粉料，通过量子隧道效应能够有效提高粉末导电性能，同时在保证优异导电性能的前提下，能有效降低纳米碳粉的用量，降低了生产成本。 

（3）本发明利用硅烷偶联剂与过氧化苯甲酰固化剂在塑料表面有效形成有机膜，提高塑料表面涂层的粘结力，长时间使用无涂层脱落现象，且该涂层的硬度可以达到铅笔硬度1H级别，使得塑料表面的涂层具有非常好的耐磨性能，提高了塑料的使用寿命，且该涂层还具有防雾效果，拓展了塑料产品应用的范围。

（4）本发明醇基导电涂料制备工艺简单，稳定性好，易于实现工业化生产。

具体实施方式

    下面结合具体实施例对本发明醇基导电涂料进行详细说明。

实施例1

（1）改性凹土/纳米碳粉复合导电粉料的制备：

a、称量100g细度为200～400目的凹凸棒石粘土放入800ml蒸馏水中，用浓度为lmol/L的50ml盐酸在80℃中处理2小时，同时搅拌2小时制备悬浮液；将处理后的悬浮液加入10mL的有机聚硅氧烷和OP-10复合活性剂，两者体积比为1:1；滴加NaOH溶液调整悬浮液的pH值至6，再用十字搅刀搅拌器以1500转/分搅拌2小时，静止10小时后，分离出改性凹凸棒石粘土悬浮液；

b、向上述分离出的改性凹凸棒石粘土悬浮液中加入10g纳米碳粉，搅拌10min后，将悬浮液在离心机中离心处理3次，每次5分钟，过滤回收固体物；

c、将步骤b回收的固体物在70℃干燥24h，用玛瑙研钵研细，即得所述改性凹土/纳米碳粉复合导电粉料。

（2）将ABS塑料板为基材，用砂纸轻微打磨，并用乙醇擦洗基材表面，清洗干净后，在烘箱中烘干待用。

（3）将50ml乙烯基三甲氧基硅烷放在烧杯中，加入400ml的乙醇溶液和50ml的水溶液，再加入10ml的甲酸作催化剂，催化时间在2h，采用10%的NaOH调节pH值到9，用电动搅拌机搅拌2h，使各相均匀混溶后，将步骤（1）制备的150g改性凹土/纳米碳粉复合导电粉料、20g锂基膨润土放入溶液中，再次用电动搅拌机搅拌2h，将溶液密封好，在超声波清洗剂进行超声振荡1h，最后放置在35℃水浴中反应至凝胶状；

（4）称取质量是凝胶的3倍的四氢呋喃(THF) 放于烧杯中使其溶解，加入50g的过氧化苯甲酰固化剂，采用磁力搅拌机搅拌均匀，再加入凝胶量5g的有机硅消泡剂经真空去泡后即得到涂膜溶液，采用等速提拉涂膜装置在ABS塑料板表面包裹有机膜，处理的塑料板在涂膜溶液中的停留时间为1min，提拉速度为27cm/min，反复涂膜3次，在50℃烘箱内烘干20min，既得表面包覆有机导电膜的塑料板。

实施例2：

（1）按实施例1的方法制备改性凹土/纳米碳粉复合导电粉料。

（2）将ABS塑料板为基材，用砂纸轻微打磨，并用乙醇擦洗基材表面，清洗干净后，在烘箱中烘干待用。

（3）将60mlγ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷放在烧杯中，加入500ml的乙醇溶液和50ml的水溶液，再加入20ml的甲酸作催化剂，催化时间在4h，采用10%的NaOH调节pH值到10，，用电动搅拌机搅拌4h，使各相均匀混溶后，将步骤（1）制备的160g改性凹土/纳米碳粉复合导电粉料、30g钠基膨润土放入溶液中，再次用电动搅拌机搅拌4h，将溶液密封好，在超声波清洗剂进行超声振荡3h，最后放置在50℃水浴中反应至凝胶状；

（4）称取质量是凝胶的4倍的四氢呋喃(THF) 放于烧杯中使其溶解，加入凝胶量的60g的过氧化苯甲酰固化剂，采用磁力搅拌机搅拌均匀，再加入凝胶量8g的有机硅消泡剂经真空去泡后即得到涂膜溶液，采用等速提拉涂膜装置在ABS塑料板表面包裹有机膜，处理的塑料板在涂膜溶液中的停留时间为1min，提拉速度为35cm/min，反复涂膜4次，在40℃烘箱内烘干30min，既得表面包覆有机导电膜的塑料板。

效果实施例

    取实施例一、二制备的表面包裹有机导电膜的塑料板进行导电性能检测，结果如下表所示。 

表1 醇基导电涂料的的性能参数

测试项目	测试结果数据	测试标准
			涂膜外观	平整光滑	GB/T1727—1992
表面电阻率(Ω?cm-1 )	0．11	数字欧姆表
			附着力(划格法)/%	0级	GB/T9286—1988
铅笔硬度	1H	GB/T6739—1996
			固含量/%	42．5	GB/T1725—1979
耐冲击性/cm	50	GB/T1732—1993
			浆料黏度(25℃)/s	35	GB/T1723—1993
漆膜厚度(喷涂)/μm	15	QCC型测厚仪
			耐盐水性	优	GB/T1763—1979
耐有机溶剂性	优	GB/T1734

从上表可以看出，本发明制备的醇基导电涂料具有非常优异的导电性能，表面电阻率只有0.11Ω?cm^-1，说明塑料表面的涂层具有良好的导电特性，完全可以能够满足导电的要求，且该涂层的铅笔硬度达到1H级，说明该涂层具有良好的耐磨性能。

Claims (5)

1. 一种塑料表面涂覆用醇基导电涂料，其特征在于，所述醇基导电涂料通过以下方法制备：

（1）取3～8重量份的硅烷偶联剂放在烧杯中，加入40～50重量份的醇基溶液、5～10重量份的水，再加入1～3重量份的甲酸作催化剂，催化时间为2～4h；再加入稀碱溶液调节pH值到9～10，用电动搅拌机搅拌2～4h，使各相均匀混溶后，将15～20重量份的改性凹土/纳米碳粉复合导电粉料、2～5重量份的锂基膨润土放入溶液中，再次用电动搅拌机搅拌2～4h，将溶液密封好，经超声、水浴反应至凝胶状；

（2）取步骤（1）中制备的凝胶体积3～4倍的四氢呋喃放于烧杯中溶解凝胶，然后加入5～10重量份的过氧化苯甲酰，采用磁力搅拌机搅拌，再加入0.5～1重量份的有机硅消泡剂，经真空去泡后即得到所述醇基导电涂料；

所述改性凹土/纳米碳粉复合导电粉料通过以下步骤制备：

a、称量100g细度为200～400目的凹凸棒石粘土放入800～1000ml蒸馏水中，用浓度为lmol/L的50～100ml盐酸在80～100℃中处理1～3小时，同时搅拌2～4小时制备悬浮液；将处理后的悬浮液加入5～10mL的复合活性剂，滴加NaOH溶液调整悬浮液的pH值至6～8，再搅拌2～4小时，静止10小时后，分离出改性凹凸棒石粘土悬浮液；所述复合活性剂包括有机化合物和非离子型表面活性剂，所述有机化合物和非离子型表面活性剂的体积比为1:1～1:2；所述有机化合物为有机聚硅氧烷或有机羧酸；

b、向上述分离出的改性凹凸棒石粘土悬浮液中加入10～20g纳米碳粉，搅拌10～30min后，离心，过滤回收固体物；

c、将步骤b回收的固体物烘干，研细，即得所述改性凹土/纳米碳粉复合导电粉料。

2. 根据权利要求1所述的醇基导电涂料，其特征在于，所述非离子型表面活性剂选用烷基酚聚氧乙烯醚型活性剂、失水山梨醇脂肪酸酯型活性剂或吐温-20型活性剂。

3. 根据权利要求1所述的醇基导电涂料，其特征在于：所述硅烷偶联剂采用乙烯基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-环氧丙基醚基三甲氧基硅烷；所述醇基溶液为乙醇、甲醇、异丙醇溶液。

4. 根据权利要求3所述的醇基导电涂料，其特征在于：所述硅烷偶联剂采用乙烯基三甲氧基硅烷。

5. 权利要求1所述醇基导电涂料在涂覆塑料表面的应用，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将ABS塑料板为基材，用砂纸轻微打磨，并用乙醇擦洗基材表面，清洗干净后，在烘箱中烘干待用；

（2）将所述醇基导电涂料采用等速提拉涂膜装置在ABS塑料板表面包裹有机膜，处理的塑料板在涂膜溶液中的停留时间为1min，反复涂膜2～4次，提拉速度为27～35cm/min，即可。