CN103740252A

CN103740252A - 一种抗静电聚氨酯水性涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN103740252A
Application number: CN201310700027.7A
Authority: CN
Inventors: 袁进松; 梁浩; 谢芳; 强那; 陈日云
Original assignee: AODA KOALA PAINT (HUIZHOU) Co Ltd
Current assignee: AODA KOALA PAINT (HUIZHOU) Co Ltd
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2033-12-17
Also published as: CN103740252B

Abstract

本发明属于一种高分子复合材料及其制备方法技术领域，特别涉及到一种抗静电聚氨酯水性涂料及其制备方法。按重量份计，包括以下组成成分，碳纳米管1.0～5.0份，导电炭黑0.1～1.0份，水性含羟基丙烯酸分散体45～55份，亲水性脂肪族聚异氰酸酯15～20份，水15～20份，润湿剂0.1～0.3份，消泡剂0.01～1.0份，流平剂0.1～1.0份。该方法的所得到的聚氨酯水性涂料具有良好的抗静电性能，可以应用于一些电子设备和元件，有效防止静电聚集。

Description

一种抗静电聚氨酯水性涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于一种高分子复合材料及其制备方法技术领域，特别涉及到一种抗静电聚氨酯水性涂料及其制备方法。

背景技术

高分子材料大多是优良的电绝缘材料，其表面电阻率ρ_s(10¹⁴～10¹⁷Ω)和体积电阻率ρ_v(10¹⁵～10¹⁸Ω·m)很大，具有良好的电绝缘性能，但在一般的工业生产和产品应用中，经常会出现摩擦和剥离的过程，易积聚大量静电，从而妨碍了生产过程和产品质量，带来静电危害，如导致精密仪器失真、电子元件报废、失火和发生爆炸等事故。抗静电涂料的使用，能够传导高分子材料表面的电荷，消除积累的电荷，从而达到抗静电的良好效果。

目前大量使用的抗静电涂料一般为添加型涂料，即在不导电的基料树脂中添加一定的导电填料实现导电的功能，只有导电填料的体积分数达到一定的程度才能形成导电网络或通路，体现出导电的性质。常用的导电填料有：金属粉末(银粉、铜粉、镍粉等)、半导体金属氧化物(氧化锡、氧化铁、氧化锌)和防静电助剂等。其中金属粉末密度大，形成导电通路需要较大的体积分数，表层易氧化，会降低甚至失去导电性，而且耐腐蚀性差，从而影响涂层的其他性能。而抗静电剂主要是表面活性剂，在添加时，一部分抗静电剂渗透到树脂表面，亲水基吸收空气中的水份，形成极薄的水溶性导电层，从而使静电荷可以沿导电层迅速逸散。但添加抗静电剂的涂层耐温性、耐水性、耐油性、耐腐蚀性、耐久性差，抗静电性能不稳定。

碳纳米管的导电性能优于铜，可均匀分散在聚合物基体中形成导电通道，从而制成导电或抗静电材料。此外，碳纳米管强度极高、弹性模量也高，具有优良的耐磨与抗疲劳腐蚀、耐高热性能，通过与高分子材料复合，还可赋予材料新的性能。导电炭黑是具有低电阻或高电阻性能的炭黑，可赋予制品导电或防静电作用，同时具有价格低廉，性能稳定的优点。

双组分聚氨酯涂料具有成膜温度低、附着力强、耐磨性好、硬度大以及耐化学品、耐候性好等优越性能，广泛作为工业防护、木器家具和汽车涂料。而水性双组分聚氨酯涂料将双组分溶剂型聚氨酯涂料的高性能和水性涂料的低VOC含量相结合，是环保功能涂料的开发趋势。

申请号为CN201010281940.4的中国专利公开了“溶剂型双组分碳纳米管聚氨酯纳米复合涂料的制备方法”，该专利利用原位聚合法采用适合于工业生产的工艺制备溶剂型双组分碳纳米管聚氨酯纳米复合涂料，但有机溶剂的使用造成了相应的环保问题。申请号为CN200710046904.8的中国专利申请公开了“一种含碳纳米管水性聚氨酯导电涂料及其制备方法”，该专利采用通过自乳化法制备含碳纳米管的水性聚氨酯分散体，高速搅拌制得所述导电涂料，所使用的单一碳纳米管导电填料成本较高，另外涉及含碳纳米管的水性聚氨酯分散体的制备，方法较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种以碳纳米管和导电炭黑为复配抗静电填料，水性聚氨酯抗静电涂料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下，其中所述原料份数除特殊说明，均为质量份数：

所述的碳纳米管为粒径50～200nm，长度5～20μm的碳纳米管。所述的导电炭黑平均粒径为5～20nm。所述的水性含羟基丙烯酸分散体固含量40～50%，-OH重量百分含量1～5%（可以为Bayhydrol XP系列2457、2470、2546、2542、2695）；所述的亲水性脂肪族聚异氰酸酯是HDI三聚体，-NCO重量百分含量18～25%（可以为Bayhydur XP系列2451、2547、2655）；所述的润湿剂为二辛基磺基琥珀酸钠盐；消泡剂为BYK025；流平剂为BYK-333。

所述的制备方法包括以下步骤，

步骤1将1.0～5.0份碳纳米管放入浓H₂SO₄和HNO₃的混合液（体积比为3:1）中，在超声波振荡和机械搅拌作用下，处理2～6h，然后用大量去离子水洗涤至中性。

步骤2将45～55份水性含羟基丙烯酸分散体加入锥体磨中，中速研磨下加入步骤1所得到的1.0～5.0份碳纳米管，0.1～1.0份导电炭黑，0.1～0.3份润湿剂，0.01～1.0份消泡剂，0.1～1.0份流平剂，15～20份水，分散20～30分钟。

步骤3加入15～20亲水性脂肪族聚异氰酸酯，分散10～20分钟，得到含碳纳米管的水性聚氨酯抗静电涂料。

本发明的有益效果为：本发明使用碳纳米管和导电炭黑复配为抗静电填料，分散于水性聚氨酯乳液中，制备具有抗静电性能的涂料，操作工艺简单，复配填料的使用在保证抗静电性能的同时降低了成本。功能填料的添加量少，产品的稳定性好，无污染，环境友好，可用于电子、建筑、汽车等方面。

具体实施方式

实施例1：

1、将1.5份碳纳米管放入浓H₂SO₄和HNO₃的混合液（体积比为3:1）中，在超声波振荡和机械搅拌作用下，处理2.5h，然后用大量去离子水洗涤至中性。

2、将45份水性含羟基丙烯酸分散体（Bayhydrol XP系列2457）加入锥体磨中，中速研磨下加入步骤1所得到的1.0份碳纳米管，0.2份导电炭黑，0.1份润湿剂，0.03份消泡剂，0.2份流平剂，15份水，分散20分钟。

3、加入16份亲水性脂肪族聚异氰酸酯（Bayhydur XP系列2451），分散10分钟，得到含碳纳米管的水性聚氨酯抗静电涂料。

实施例2：

1、将2.0份碳纳米管放入浓H₂SO₄和HNO₃的混合液（体积比为3:1）中，在超声波振荡和机械搅拌作用下，处理4h，然后用大量去离子水洗涤至中性。

2、将50份水性含羟基丙烯酸分散体（Bayhydrol XP系列2470）加入锥体磨中，中速研磨下加入步骤1所得到的2.0份碳纳米管，0.3份导电炭黑，0.15份润湿剂，0.02份消泡剂，0.1份流平剂，17份水，分散25分钟。

3、加入17份亲水性脂肪族聚异氰酸酯（Bayhydur XP系列2547），分散10分钟，得到含碳纳米管的水性聚氨酯抗静电涂料。

实施例3：

1、将4.0份碳纳米管放入浓H₂SO₄和HNO₃的混合液（体积比为3:1）中，在超声波振荡和机械搅拌作用下，处理5h，然后用大量去离子水洗涤至中性。

2、将48份水性含羟基丙烯酸分散体（Bayhydrol XP系列2546）加入锥体磨中，中速研磨下加入步骤1所得到的4.0份碳纳米管，0.5份导电炭黑，0.3份润湿剂，0.05份消泡剂，0.5份流平剂，20份水，分散30分钟。

3、加入20份亲水性脂肪族聚异氰酸酯（Bayhydur XP系列2451），分散20分钟，得到含碳纳米管的水性聚氨酯抗静电涂料。

实施例4：

1、将3.0份碳纳米管放入浓H₂SO₄和HNO₃的混合液（体积比为3:1）中，在超声波振荡和机械搅拌作用下，处理6h，然后用大量去离子水洗涤至中性。

2、将55份水性含羟基丙烯酸分散体（Bayhydrol XP系列2695）加入锥体磨中，中速研磨下加入步骤1所得到的3.0份碳纳米管，0.8份导电炭黑，0.2份润湿剂，1.0份消泡剂，1.0份流平剂，18份水，分散20分钟。

3、加入20份亲水性脂肪族聚异氰酸酯（Bayhydur XP系列2655），分散15分钟，得到含碳纳米管的水性聚氨酯抗静电涂料。

实施例5：

1、将5.0份碳纳米管放入浓H₂SO₄和HNO₃的混合液（体积比为3:1）中，在超声波振荡和机械搅拌作用下，处理6h，然后用大量去离子水洗涤至中性。

2、将46份水性含羟基丙烯酸分散体（Bayhydrol XP系列2542）加入锥体磨中，中速研磨下加入步骤1所得到的5.0份碳纳米管，0.9份导电炭黑，0.1份润湿剂，0.08份消泡剂，0.7份流平剂，19份水，分散25分钟。

3、加入17份亲水性脂肪族聚异氰酸酯（Bayhydur XP系列2547），分散20分钟，得到含碳纳米管的水性聚氨酯抗静电涂料。

实施例6：

1、将1.0份碳纳米管放入浓H₂SO₄和HNO₃的混合液（体积比为3:1）中，在超声波振荡和机械搅拌作用下，处理4h，然后用大量去离子水洗涤至中性。

2、将53份水性含羟基丙烯酸分散体（Bayhydrol XP系列2470）加入锥体磨中，中速研磨下加入步骤1所得到的1.0份碳纳米管，0.6份导电炭黑，0.15份润湿剂，0.6份消泡剂，0.4份流平剂，19份水，分散20分钟。

实施例7：

1、将3.0份碳纳米管放入浓H₂SO₄和HNO₃的混合液（体积比为3:1）中，在超声波振荡和机械搅拌作用下，处理4h，然后用大量去离子水洗涤至中性。

2、将52份水性含羟基丙烯酸分散体（Bayhydrol XP系列2470）加入锥体磨中，中速研磨下加入步骤1所得到的3.0份碳纳米管，0.7份导电炭黑，0.3份润湿剂，0.25份消泡剂，0.15份流平剂，16份水，分散30分钟。

3、加入18份亲水性脂肪族聚异氰酸酯（Bayhydur XP系列2547），分散10分钟，得到含碳纳米管的水性聚氨酯抗静电涂料。

实施例8：

1、将2.0份碳纳米管放入浓H₂SO₄和HNO₃的混合液（体积比为3:1）中，在超声波振荡和机械搅拌作用下，处理5h，然后用大量去离子水洗涤至中性。

2、将47份水性含羟基丙烯酸分散体（Bayhydrol XP系列2695）加入锥体磨中，中速研磨下加入步骤1所得到的2.0份碳纳米管，0.5份导电炭黑，0.2份润湿剂，0.4份消泡剂，0.5份流平剂，17份水，分散30分钟。

3、加入16份亲水性脂肪族聚异氰酸酯（Bayhydur XP系列2655），分散15分钟，得到含碳纳米管的水性聚氨酯抗静电涂料。

各实施例对应的性能测试数据见表1

表1

上述表面电阻率的测定方法参见《GBT16906-1997石油罐导静电涂料电阻率测定法》。附着力的测定方法参见《GBT9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验》，划格间距2mm。表干时间的测定方法参见《GBT1728-1079漆膜、腻子膜干燥时间测定法》表干中的乙法测定。

Claims

1.一种抗静电聚氨酯水性涂料及其制备方法，其特征在于：按质量份数，包括以下成分：

2.根据权利要求1所述的一种抗静电聚氨酯水性涂料，其特征在于包括下述步骤：

（a）步骤1将1.0～5.0份碳纳米管放入浓H₂SO₄和HNO₃的混合液（体积比为3:1）中，在超声波振荡和机械搅拌作用下，处理2～6h，然后用大量去离子水洗涤至中性；

（b）将45～55份水性含羟基丙烯酸分散体加入锥体磨中，中速研磨下加入步骤1所得到的1.0～5.0份碳纳米管，0.1～1.0份导电炭黑，0.1～0.3份润湿剂，0.01～1.0份消泡剂，0.1～1.0份流平剂，15～20份水，分散20～30分钟；

（c）加入15～20亲水性脂肪族聚异氰酸酯，分散10～20分钟，得到含碳纳米管的水性聚氨酯抗静电涂料。

3.根据权利要求1所述的一种抗静电聚氨酯水性涂料及其制备方法，其特征在于：所述碳纳米管为粒径50～200nm，长度5～20μm的碳纳米管；所述的导电炭黑平均粒径为5～20nm。

4.根据权利要求1所述的一种抗静电聚氨酯水性涂料及其制备方法，其特征在于：所述的水性含羟基丙烯酸分散体固含量40～50%，-OH重量百分含量1～5%；所述的亲水性脂肪族聚异氰酸酯是HDI三聚体，-NCO重量百分含量18～25%；所述的润湿剂为二辛基磺基琥珀酸钠盐；消泡剂为BYK025；流平剂为BYK-333。