CN105017929B - 一种低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料 - Google Patents
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Abstract
一种低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料，该涂料由甲组分和乙组分共同构成，其中甲组分中含有环氧树脂、环氧活性稀释剂、消泡剂、偶联剂、润湿分散剂、改性碳系导电填料、填料及聚酰胺蜡，乙组分是腰果壳油改性酚醛胺类固化剂，使用时按重量配比甲组分:乙组分＝100:[10～40]进行勾兑混合均匀即可制备出低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料，改性碳系导电填料由碳系导电填料和水性处理液按配制比例而得，碳系导电填料含有乙炔黑、导电石墨粉和碳纳米管，水性处理液含有水、十二烷基苯磺酸钠、BYK‑3550和EFKA‑4310，本发明的涂料在固化形成的涂膜上具有优异的导静电性能，满足多个行业关于导静电涂料的需求。
Description
技术领域
本发明属于涂料技术领域，尤其是一种低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料。
背景技术
导静电涂料主要用以消除静电放电产生的灾害或静电引力导致的各类生产障碍。国家标准GB/T 12158-2006《防止静电事故通用导则》中将体积电阻小于或等于106Ω·m及表面电阻等于或小于107Ω的固体表面定义为静电导体，将体积电阻大于106Ω·m、小于1010Ω·m的物料表面及表面电阻大于107Ω、小于1011Ω定义为静电亚导体。
根据行业不同，导静电涂料的具体指标有所不同，如国家信息产业部行业标准SJ/T11294-2003《防静电地坪涂料通用规范》根据地坪涂料的表面电阻和体积电阻范围分为导静电型{5×104～1×106Ω}和经典耗散型{1×106～1×109Ω}；国家标准GB 6950-2001《轻质油品安全静止电导率》中指出石油储罐导静电涂料的表面电阻率为105～109Ω。
环氧碳系导静电涂料是一种优异的导静电涂料，得到了广泛的应用，然而由于碳系导电材料具有较高的比表面积，吸油量较大，制备成的碳系导静电涂料难以兼顾涂料的高固体分和涂层的低电阻。
文献报道：分散剂对碳纳米管导静电涂料性能的影响[J].上海涂料，2015，(第2期)，采用1％十八醇和2％Disponer 983复配时,含碳纳米管涂膜导静电性最优,表面电阻率达到1×108Ω。
水性导静电涂料的制备及性能研究[J].涂料工业,2015,(第3期):当碳纳米管含量为0.1％～0.2％、导电硫酸钡含量为20％左右时,涂层的导静电性在106以上。
CNT/mica导静电防腐蚀涂料的研制[J].广东化工,2012,(第5期).介绍以碳纳米管复合导电云母(CNT/mica)为填料、水性环氧树脂为基体制备了导静电防腐蚀涂料，涂层的体积电阻在107Ω·m。
以上报道虽采用碳纳米管作为导电材料但涂层的电阻仍在106以上。
专利ZL201210041804.7公开了一种耐甲醇汽油导静电防腐涂料，在环氧中加入碳纳米管与导电填料得到涂层的表面电阻为108～1011Ω。
专利ZL200510025368.4公开了导静电型环氧树脂地坪涂料及其涂装工艺，其底漆采用导电石墨粉剂，表面电阻和体积电阻达到103～104Ω，其甲组分中仍含有15％～25％的溶剂。
公开号为CN159477A的高固体份防静电环氧地坪涂料的表面电阻达105～107，其甲组分固含量为78％～83％，仍含有较多的有机挥发物VOCs。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明公开了一种低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料，该涂料固化形成的涂膜具有优异的导静电性能，满足多个行业关于导静电涂料的需求。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料，该涂料由甲组分和乙组分共同构成，其中甲组分中含有环氧树脂、环氧活性稀释剂、消泡剂、偶联剂、润湿分散剂、改性碳系导电填料、填料及聚酰胺蜡，乙组分是腰果壳油改性酚醛胺类固化剂，本发明的特征是：
环氧树脂或是E51，或是NPEF-170，要求E51或是NPEF-170的分子量介于200～500，环氧当量介于200±50g/mol，环氧值介于0.4～0.67；
环氧活性稀释剂是植物油改性环氧活性稀释剂、丁基缩水甘油醚、叔碳酸缩水甘油醚、1，6-己二醇二缩水甘油醚、C12-14缩水甘油醚中的任一种，要求环氧活性稀释剂的环氧当量介于300～800g/mol之间；
消泡剂是BYK-A530、BYK-066N、BYK-141中的任一种，或是其任两种的混合物，或是其三种的混合物；
偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷中的任一种，或是其任两种的混合物，或是其三种的混合物；
润湿分散剂是DISPERBYK-110、DISPERBYK-161、BYK-220S、BYK-3550、EFKA-4310、EFKA-5010、EFKA-5044、EFKA-5065中的任一种，或是其任两种的混合物，或是其三种的混合物；
改性碳系导电填料由碳系导电填料和水性处理液按配制比例而得，所述碳系导电填料由乙炔黑、导电石墨粉和碳纳米管组成，所述碳系导电填料按重量配比是：乙炔黑:导电石墨粉:碳纳米管＝1:[0.2～2.0]:[0.05～0.5]，根据上述重量配比将所述碳系导电填料中的各组分分别加入到所述水性处理液中，所述水性处理液由水、十二烷基苯磺酸钠、BYK-3550和EFKA-4310组成，所述水性处理液按重量配比是：水:十二烷基苯磺酸钠:BYK-3550:EFKA-4310＝100：[0.1～5]：[1～10]：[1～10]，所述配制比例是：所述碳系导静电填料:所述水性处理液＝1：[1～10]，搅拌均匀后砂磨至细度≤40μm并在温度小于150℃条件下加热烘干即可制备出改性碳系导电填料，要求改性碳系导电填料的含水量≤0.5％；
填料是滑石粉、磷酸锌、高岭土中的任一种，或是其任两种的混合物，或是其三种的混合物；
腰果壳油改性酚醛胺类固化剂，要求其胺值介于200～350mg KOH/g，活泼氢当量介于50～250，粘度＜3000cP；
在100重量份的甲组分中：环氧树脂占25～60份、环氧活性稀释剂占5～30份、消泡剂占0.1～1.5份、偶联剂占0.5～2.0份、润湿分散剂占0.2～3.0份、改性碳系导电填料占8～30份、填料占0～30份、聚酰胺蜡占0.2～2.0；
根据上述甲组分的配比，将环氧树脂、环氧活性稀释剂、消泡剂、偶联剂一同加入到分散罐中，在温度20～40℃和线速度3～10m/s条件下搅拌5～20min，之后将改性碳系导电填料、填料、聚酰胺蜡一同加入到分散罐中并在上述温度和线速度条件下分散均匀，最后将润湿分散剂加入到分散罐中并升温至55～80℃，在线速度3～10m/s条件下分散均匀并保温0.5～4h，即可制备出甲组分；
使用时，按重量配比甲组分:乙组分＝100:[10～40]进行勾兑混合均匀即可制备出低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料。
根据所述水性处理液的重量配比，将水、十二烷基苯磺酸钠、BYK-3550和EFKA-4310加入到分散罐中，在温度20～40℃和线速度3～10m/s条件下分散搅拌5～20min即可制备出所述水性处理液。
改性碳系导电填料的具体制备过程是：根据所述碳系导电填料的重量配比，将碳纳米管加入到装有所述水性处理液的分散罐中，在温度20～40℃和线速度3～10m/s条件下分散搅拌5～20min，再将乙炔黑、导电石墨粉分别加入到分散罐中并在温度20～40℃和线速度8～25m/s条件下分散搅拌30min～1h，之后将上述分散均匀的物料进行砂磨并研磨至细度≤40μm，在温度小于150℃条件下加热烘干制备出改性碳系导电填料，烘干的改性碳系导电填料的含水量≤0.5％。
由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：
1、本发明的低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料具有优异的屏蔽性能、良好的结合力和柔韧性、优异的耐机械损伤性能。
2、本发明的低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料具有优异的导电性能，其中体积电导率介于103～108Ω·m，表面电阻介于103～109Ω，能应用于需要使用防静电涂料的场所，如石油产品储罐或接触可燃介质的石化、药品制造、煤炭等行业，也可应用于有导静电需求的计算机、精密机械、光学仪器、电讯等行业。
3、本发明的低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料的混合粘度小于4000cP，非常便于施工，可满足一般无气喷涂施工要求。
4、本发明的低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料是一种无溶剂涂料，可大幅降低涂料生产、施工、固化过程中的VOCs挥发，是一种环境友好型涂料。
具体实施方式
本发明是一种低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料，本发明的重点在于改性碳系导电填料的制备，正是通过改性碳系导电填料的添加，才使低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料固化形成的涂膜具有优异的导静电性能，满足多个行业关于导静电涂料的需求。
本发明的低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料由甲组分和乙组分共同构成，其中甲组分中含有环氧树脂、环氧活性稀释剂、消泡剂、偶联剂、润湿分散剂、改性碳系导电填料、填料及聚酰胺蜡，乙组分是腰果壳油改性酚醛胺类固化剂。环氧树脂或是E51，或是NPEF-170，要求E51或是NPEF-170的分子量介于200～500，环氧当量介于200±50g/mol，环氧值介于0.4～0.67，环氧树脂中的NPEF-170由台湾南亚生产。环氧活性稀释剂是植物油改性环氧活性稀释剂、丁基缩水甘油醚、叔碳酸缩水甘油醚、1，6-己二醇二缩水甘油醚、C12-14缩水甘油醚中的任一种，要求环氧活性稀释剂的环氧当量介于300～800g/mol之间。消泡剂是BYK-A530、BYK-066N、BYK-141中的任一种，或是其任两种的混合物，或是其三种的混合物，消泡剂中的BYK-A530、BYK-066N、BYK-141均由BYK公司生产。偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷即标号KH-550、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷即标号KH-570中的任一种，或是其任两种的混合物，或是其三种的混合物。润湿分散剂是DISPERBYK-110、DISPERBYK-161、BYK-220S、BYK-3550、EFKA-4310、EFKA-5010、EFKA-5044、EFKA-5065中的任一种，或是其任两种的混合物，或是其三种的混合物。填料是滑石粉、磷酸锌、高岭土中的任一种，或是其任两种的混合物，或是其三种的混合物。腰果壳油改性酚醛胺类固化剂要求其胺值介于200～350mg KOH/g，活泼氢当量介于50～250，粘度＜3000cP。
改性碳系导电填料由碳系导电填料和水性处理液按配制比例而得，所述碳系导电填料由乙炔黑、导电石墨粉和碳纳米管组成，所述碳系导电填料按重量配比是：乙炔黑:导电石墨粉:碳纳米管＝1:[0.2～2.0]:[0.05～0.5]，根据上述重量配比将所述碳系导电填料中的各组分分别加入到所述水性处理液中，所述水性处理液由水、十二烷基苯磺酸钠[起到表面活性剂作用]、BYK-3550[起到润湿分散剂作用]和EFKA-4310[起到润湿分散剂作用]组成，所述水性处理液按重量配比是：水:十二烷基苯磺酸钠:BYK-3550:EFKA-4310＝100：[0.1～5]：[1～10]：[1～10]，所述配制比例是：所述碳系导静电填料:所述水性处理液＝1：[1～10]，搅拌均匀后砂磨至细度≤40μm并在温度小于150℃条件下加热烘干即可制备出改性碳系导电填料，要求改性碳系导电填料的含水量≤0.5％。
根据所述水性处理液的重量配比，将水、十二烷基苯磺酸钠、BYK-3550和EFKA-4310加入到分散罐中，在温度20～40℃和线速度3～10m/s条件下分散搅拌5～20min即可制备出所述水性处理液。
改性碳系导电填料的具体制备过程是：根据所述碳系导电填料的重量配比，将碳纳米管加入到装有所述水性处理液的分散罐中，在温度20～40℃和线速度3～10m/s条件下分散搅拌5～20min，再将乙炔黑、导电石墨粉分别加入到分散罐中并在温度20～40℃和线速度8～25m/s条件下分散搅拌30min～1h，之后将上述分散均匀的物料进行砂磨并研磨至细度≤40μm，在温度小于150℃条件下加热烘干制备出改性碳系导电填料，烘干的改性碳系导电填料的含水量≤0.5％，所述线速度通常是指分散罐外径的线速度。
本发明使用的各原料除改性碳系导电填料属于自制外，其余均可在化工市场购得，并且是市面上公认的销售产品。
下表是根据本发明技术方案而举的三个实施例，三个实施例仅用于说明本发明而不是限制本发明的保护范围。
根据上表三个实施例的配比，将环氧树脂、环氧活性稀释剂、消泡剂、偶联剂一同加入到分散罐中，在温度20～40℃和线速度3～10m/s条件下搅拌5～20min，之后将改性碳系导电填料、填料、聚酰胺蜡一同加入到分散罐中并在上述温度和线速度条件下分散均匀，最后将润湿分散剂加入到分散罐中并升温至55～80℃，在线速度3～10m/s条件下分散均匀并保温0.5～4h，即可制备出甲组分，使用时按上表三个实施例的配比将甲组分和乙组分进行勾兑混合均匀即可制备出低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料。
三个实施例的测试结果见下表。
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 黏度cp | 2500～3200 | 2600～3500 | 2200～3200 |
| 附着力，Mpa | ＞7 | ＞7 | ＞7 |
| 耐冲击性，cm | 50 | 50 | 50 |
| 表面电阻率，Ω·m | 104～105 | 103～104 | 106～107 |
上表测试结果发明本发明具有优良的导电性能、优异的附着力、良好的耐冲击性，较低的VOCs含量。
在本发明中，所述碳系导电填料优选乙炔黑、导电石墨粉和碳纳米管三种几何构型不同的原料相互搭配，便于电子流通，发挥出较为优异的导电效果，其中导电石墨粉属于层状导电材料，碳纳米管属于线状导电材料，乙炔黑的体积较小且含有大量的不饱和键，由线状碳纳米管与层状导电石墨形成导电网络，在导电网络上填充小尺寸强导电性的乙炔黑能大大提高涂料的导电效率。
经过制备过程的改性碳系导电填料，一方面因其吸油量可以得到控制，进而可提高在涂料中的添加量，从而制备出低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料；另一方面采用表面环氧活性稀释剂与润湿分散剂使其具有极佳的分散性能，制备出的低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料在高速分散先可以达到较为理想的分散效果。
Claims (3)
1.一种低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料，该涂料由甲组分和乙组分共同构成，其中甲组分中含有环氧树脂、环氧活性稀释剂、消泡剂、偶联剂、润湿分散剂、改性碳系导电填料、填料及聚酰胺蜡，乙组分是腰果壳油改性酚醛胺类固化剂，其特征是：
环氧树脂或是E51，或是NPEF-170，要求E51或是NPEF-170的分子量介于200～500，环氧当量介于200±50g/mol，环氧值介于0.4～0.67；
环氧活性稀释剂是植物油改性环氧活性稀释剂、丁基缩水甘油醚、叔碳酸缩水甘油醚、1，6-己二醇二缩水甘油醚、C12-14缩水甘油醚中的任一种，要求环氧活性稀释剂的环氧当量介于300～800g/mol之间；
消泡剂是BYK-A530、BYK-066N、BYK-141中的任一种，或是其任两种的混合物，或是其三种的混合物；
偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷中的任一种，或是其任两种的混合物，或是其三种的混合物；
润湿分散剂是DISPERBYK-110、DISPERBYK-161、BYK-220S、BYK-3550、EFKA-4310、EFKA-5010、EFKA-5044、EFKA-5065中的任一种，或是其任两种的混合物，或是其三种的混合物；
改性碳系导电填料由碳系导电填料和水性处理液按配制比例而得，所述碳系导电填料由乙炔黑、导电石墨粉和碳纳米管组成，所述碳系导电填料按重量配比是：乙炔黑:导电石墨粉:碳纳米管＝1:[0.2～2.0]:[0.05～0.5]，根据上述重量配比将所述碳系导电填料中的各组分分别加入到所述水性处理液中，所述水性处理液由水、十二烷基苯磺酸钠、BYK-3550和EFKA-4310组成，所述水性处理液按重量配比是：水:十二烷基苯磺酸钠:BYK-3550:EFKA-4310＝100：[0.1～5]：[1～10]：[1～10]，所述配制比例是：所述碳系导静电填料:所述水性处理液＝1：[1～10]，搅拌均匀后砂磨至细度≤40μm并在温度小于150℃条件下加热烘干即可制备出改性碳系导电填料，要求改性碳系导电填料的含水量≤0.5％；
填料是滑石粉、磷酸锌、高岭土中的任一种，或是其任两种的混合物，或是其三种的混合物；
腰果壳油改性酚醛胺类固化剂，要求其胺值介于200～350mg KOH/g，活泼氢当量介于50～250，粘度＜3000cP；
在100重量份的甲组分中：环氧树脂占25～60份、环氧活性稀释剂占5～30份、消泡剂占0.1～1.5份、偶联剂占0.5～2.0份、润湿分散剂占0.2～3.0份、改性碳系导电填料占8～30份、填料占0～30份、聚酰胺蜡占0.2～2.0；
根据上述甲组分的配比，将环氧树脂、环氧活性稀释剂、消泡剂、偶联剂一同加入到分散罐中，在温度20～40℃和线速度3～10m/s条件下搅拌5～20min，之后将改性碳系导电填料、填料、聚酰胺蜡一同加入到分散罐中并在上述温度和线速度条件下分散均匀，最后将润湿分散剂加入到分散罐中并升温至55～80℃，在线速度3～10m/s条件下分散均匀并保温0.5～4h，即可制备出甲组分；
使用时，按重量配比甲组分:乙组分＝100:[10～40]进行勾兑混合均匀即可制备出低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料。
2.根据权利要求1所述一种低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料，其特征是：根据所述水性处理液的重量配比，将水、十二烷基苯磺酸钠、BYK-3550和EFKA-4310加入到分散罐中，在温度20～40℃和线速度3～10m/s条件下分散搅拌5～20min即可制备出所述水性处理液。
3.根据权利要求1所述一种低电阻率无溶剂环氧碳系导静电涂料，其特征是：改性碳系导电填料的具体制备过程是：根据所述碳系导电填料的重量配比，将碳纳米管加入到装有所述水性处理液的分散罐中，在温度20～40℃和线速度3～10m/s条件下分散搅拌5～20min，再将乙炔黑、导电石墨粉分别加入到分散罐中并在温度20～40℃和线速度8～25m/s条件下分散搅拌30min～1h，之后将上述分散均匀的物料进行砂磨并研磨至细度≤40μm，在温度小于150℃条件下加热烘干制备出改性碳系导电填料，烘干的改性碳系导电填料的含水量≤0.5％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |