CN105038512A - 一种水性耐磨导电涂料组合物 - Google Patents

Abstract

一种水性耐磨导电涂料组合物包含导电粒子、钒改性导电填料、水溶性树脂、固化剂和水，以导电涂料组合物的总重量为基准，所述导电粒子的含量为2-26重量％，所述钒改性导电填料的含量为13-40重量％，所述水性树脂的含量为5-60重量％，所述固化剂的含量为0.1-8重量％，水的含量为20-70重量％。本发明还提供了所述导电涂料组合物的制备方法。在本发明提供的导电涂料组合物具有很高的耐磨度，并且对底材的腐蚀性弱，因此本发明的导电涂料组合物在使用时不会造成底材爆裂，而且水溶性树脂和水对人体和环境基本无刺激性，因此本发明提供的导电涂料组合物还具有环保的特性。

Description

一种水性耐磨导电涂料组合物

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种水性耐磨导电涂料组合物。

背景技术

随着信息、家电、电子、军事以及航空技术的发展，电磁波辐射的危害性受到人们的高度重视。电磁波辐射不仅影响人体的身体健康，同时还干扰电子设备的正常使用功能。如何有效地防止电磁波辐射的干扰日益受到人们的重视。目前高电阻率的塑料底材的大量使用使得防止电磁辐射干扰尤其重要。

常用的防止电磁辐射的方法为在底材的表面形成导电层，使底材具有传导电流和排除积累静电荷的能力，从而起到防止电磁辐射干扰的作用。可以通过真空溅射、电镀、涂导电涂料等方式在底材的表面形成导电层。与真空溅射和电镀方式相比，导电涂料具有施工方便、设备简单、成本低廉、应用范围广等诸多优点，尤其适用于各种复杂形状表面的涂覆。

例如，CN1441014A公开了一种环保型纳米导电涂料组合物，其特征在于，以导电涂料组合物总重量计，该导电涂料组合物含有5-80％的成膜树脂，2-80％的纳米导电粒子，10-90％的溶剂，1-20％的金属粒子固定剂和0.01-15％的纳米粒子的表面改性剂，其中成膜树脂选自下面树脂中的一种或几种：氨基树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯和环氧树脂，所选用氨基树脂的分子量范围为8000-100000，丙烯酸树脂的分子量为10000-100000，聚氨酯粘度为100-1500厘泊，环氧树脂的粘度为100-1200厘泊；所使用的溶剂为二元酸酯，所述二元酸酯是戊二酸酯、己二酸酯及琥珀酸二酯中至少两种的合成物；如CN101096470B公开了一种导电涂料组合物，所述涂料的原料为导电粒子、树脂和溶剂，其中，所述树脂为醇溶性树脂，所述溶剂为醇溶剂，所述涂料虽然对底材的腐蚀性较弱、在一定程度上能够避免对底材的扰曲或爆裂，但是效果还有待提高，并且其耐磨性不好；CN103194108A公开了一种耐磨导电涂料及其制备方法，其成分包含了10～55％钒改性导电填料、6～35％高分子聚合物、0.1～0.8％偶联剂、0.3～1.2％增塑剂、0.2～3％增稠剂、其余为溶剂，各成分重量之和为100％。

虽然导电涂料的研究已经有多，但是其环保性和耐磨性仍需要进一步的研究。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的导电涂料组合物对底材的腐蚀性强、容易造成底材扰曲或爆裂的缺点，提供一种对底材的腐蚀性弱、不会造成底材扰曲或爆裂并且环保、耐磨的导电涂料组合物。

本发明的发明人发现，造成对底材的腐蚀性强，在导电涂料组合物的使用过程中容易造成底材扰曲或爆裂的原因是现有导电涂料组合物中，所使用的成膜树脂为油溶性树脂，油溶性树脂需要使用酯类溶剂，油溶性树脂和酯类强溶剂对底材的腐蚀性强，因此容易造成底材扰曲或爆裂。

本发明提供的导电涂料组合物含有导电粒子、钒改性导电填料、水溶性树脂、固化剂和水，能够显著降低涂料对底材的腐蚀能力并且具有较高的耐磨性。

本发明还提供了一种导电涂料组合物的制备方法，该方法包括将配方量的导电粒子、钒改性导电填料、水溶性树脂、固化剂和溶剂混合。

在本发明提供的导电涂料组合物中，所使用的树脂和溶剂分别为水溶性树脂和水，由于水溶性树脂和水对底材的腐蚀性很弱，因此本发明的导电涂料组合物在使用时不会造成底材扰曲或爆裂。而且水溶性树脂和水对人体和环境无刺激性，本发明提供的导电涂料组合物还具有环保安全的特性。

具体实施方式

本发明提供的导电涂料组合物含有导电粒子、钒改性导电填料、水溶性树脂、固化剂和水。

以导电涂料组合物的总重量为基准，所述导电粒子的含量为2-26重量％，如5重量％、8重量％、10重量％、12重量％、15重量％、18重量％、20重量％、23重量％或25重量％，水溶性树脂的含量为5-60重量％，如10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％或55重量％，所述钒改性导电填料的含量为13-40重量％，如15重量％，18重量％、20重量％、24重量％、28重量％、30重量％、32重量％、36重量％或38重量％，所述固化剂的含量为0.1-8重量％，如0.5重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％或7重量％，水的含量为20-70重量％，如25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％或65重量％，优选为，所述导电粒子的含量为10-20重量％，钒改性导电填料的含量为18-30重量％，水溶性树脂的含量为20-40重量％，所述固化剂的含量为2-5重量％，水的含量为30-50重量％。

根据本发明提供的导电涂料组合物，所述树脂为水溶性树脂。所述水溶性树脂选自水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、有机硅树脂或醇酸树脂中的任意一种或者至少两种的混合物，优选环氧树脂、有机硅树脂或水性丙烯酸树脂中的任意一种或者至少两种的混合物。所述水溶性树脂可以商购得到。

所述导电粒子优选为下列金属粒子中的一种或几种：银、铜、银铜合金、镍和钛。导电粒子的平均粒子直径为0.1-40微米，如0.5微米、1微米、5微米、10微米、15微米、20微米、25微米、30微米、35微米或38微米，优选为0.5-25微米，更优选为1-10微米。

所述导电粒子更优选包括球状导电粒子和片状导电粒子，以导电粒子的重量为基准，球状导电粒子的含量为30-70重量％，如35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、60重量％或65重量％，片状导电粒子的含量为70-30重量％，如35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、60重量％或65重量％，优选为，球状导电粒子的含量为40-60重量％，片状导电粒子的含量为60-40重量％，所述球状粒子的平均粒子直径为0.1-3微米，片状粒子的平均粒子直径为大于3微米小于等于40微米。球状导电粒子可以增加所述导电涂料组合物在底材上的附着力，而片状导电粒子能够起到降低所述导电涂料组合物的电阻的作用。因此，当导电粒子同时包括球状导电粒子和片状导电粒子时，所述导电涂料组合物可以具有良好的导电性和附着力。

所述钒改性导电填料选自表面渗钒镍粉、表面渗钒铜粉、表面镀钒镍粉、表面镀钒铜粉、钒包铜粉和钒包镍粉中的任一种或至少两种的混合物。所述渗钒和镀钒的厚度为2-8微米，如3微米、4微米、4.5微米、5微米、6微米、6.5微米、7微米或7.5微米。

所述固化剂在涂料组合物中的含量为0.1-8重量％，如如0.5重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、4.5重量％、5重量％、5.5重量％、6重量％、7重量％或7.5重量％，所述固化剂选自Bayhydur2487、VestanatB1358/100或ComonateAQ-130中的任意一种或者至少两种的混合物。所述固化剂可以商购获得，如VestanatB1358/100购自德固赛公司。

所述导电涂料组合物还可以含有本领域的一些常规助剂，以提高导电涂料组合物的分散稳定性、存储性能和在底材上的附着力。所述助剂的种类包括润湿分散剂、防沉剂、偶联剂和附着力促进剂，以导电涂料组合物的总重量为基准，润湿分散剂的含量优选为0.1-5重量％，如0.5重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％或4.5重量％，,优选为0.5-3重量％；防沉剂的含量优选为0.1-8重量％，如0.5重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、4.5重量％、5重量％、5.5重量％、6重量％、7重量％或7.5重量％，优选为0.5-5重量％；偶联剂的含量优选为0.1-8重量％，如0.5重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、4.5重量％、5重量％、5.5重量％、6重量％、7重量％或7.5重量％，更优选为0.5-5重量％；附着力促进剂的含量优选为0.1-8重量％，如0.5重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、4.5重量％、5重量％、5.5重量％、6重量％、7重量％或7.5重量％，优选为0.5-5重量％。

上述各种助剂都可以商购得到，例如，所述润湿分散剂的例子包括德谦的DP983和BYK的104S；所述的防沉剂为有机改性的硼润土、聚酰胺防沉蜡浆、气相二氧化硅中的一种或几种，可以购自德固萨公司和ROCKWOOD公司；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂，可以购自肯尼奇公司和南京翔飞公司；所述附着力促进剂为附着力促进树脂，如德固萨公司的LTW树脂。

本发明提供的导电涂料组合物的制备方法包括将配方量的导电粒子、钒改性导电填料、水溶性树脂、固化剂和水混合，所述混合在混合机中进行或在超声辅助下混合。

所述制备方法还包括加入助剂并混合，所述助剂的种类包括润湿分散剂、防沉剂、偶联剂和附着力促进剂。所述各助剂的用量使得在制得的导电涂料组合物中，以导电涂料组合物的总重量为基准，润湿分散剂的含量优选为0.1-5重量％，更优选为0.5-3重量％；防沉剂的含量优选为0.1-8重量％，更优选为0.5-5重量％；偶联剂的含量优选为0.1-8重量％，更优选为0.5-5重量％；附着力促进剂的含量优选为0.1-8重量％，更优选为0.5-5重量％。

优选情况下，在2000-4000转/分钟的搅拌速度下，先将树脂和助剂混合，然后再往得到的混合物中加入导电粒子和溶剂并混合均匀。

以下通过实施例来更详细地描述本发明。

实施例1

该实施例用于说明本发明提供的导电涂料组合物。

将15重量份环氧树脂、5重量份有机改性的硼润土防沉剂818(ElementisSpecialties公司生产)、2重量份润湿分散剂(DP983，德谦公司生产)、2重量份单烷氧钛酸酯偶联剂T204(南京翔飞公司生产)混合，以3000转/分钟的速度搅拌30分钟。然后向得到的混合物中加入16重量份的平均粒子直径为1微米的球状导电银粉(SA-1，昆明理工恒达)和10重量份的平均粒子直径为10微米的片状导电银粉(PA-1D，昆明理工恒达)，13重量份的表面渗钒镍粉(渗钒层度为5微米)，2重量份固化剂Bayhydur2487，再加入50重量份的水，以3000转/分钟的速度搅拌4小时，得到导电涂料组合物S1。

实施例2

该实施例用于说明本发明提供的导电涂料组合物。

将25重量份的水性聚氨酯树脂、、50重量份的平均粒子直径为1微米的球状导电银粉(宁夏东方特种材料)、8重量份的固化剂VestanatB1358/100，40重量份的钒包铜粉和25重量份的水混合，以2000转/分钟的速度搅拌3.5小时，得到导电涂料组合物S2。

实施例3

该实施例用于说明本发明提供的导电涂料组合物。

将35重量份的水性丙烯酸树脂、6重量份的附着力促进剂(LTW树脂，德固萨)、4重量份的有机改性的硼润土防沉剂818(ElementisSpecialties)和2重量份的润湿分散剂(BYK160分散剂，BYK公司生产)混合，以3500转/分钟的速度搅拌30分钟。然后向得到的混合物中加入13重量份的平均粒子直径为0.5微米的球状导电银粉(SA-2，昆明理工恒达)和20重量份的平均粒子直径为5微米的片状导电银粉(FERRO)，20重量份的表面镀钒镍粉(镀钒厚度为3微米)，0.1重量份的固化剂ComonateAQ-130，再加入20重量份的水，以4000转/分钟的速度搅拌4小时，得到导电涂料组合物S3。

实施例4

该实施例用于说明本发明提供的导电涂料组合物。

将30重量份的有机硅树脂和醇酸树脂混合物、3.5重量份的防沉剂(流变添加剂CLAYTONAPA，ROCKWOOD公司生产)、2重量份的分散剂(DP983，德谦公司生产)和1.5重量份单烷氧钛酸酯偶联剂T204(南京翔飞公司生产)混合，以4000转/分钟的速度搅拌30分钟。然后向得到的混合物中加入5重量份的平均粒子直径为1微米的球状导电银粉(SA-2，昆明理工恒达)和10重量份的平均粒子直径为20微米的片状导电银包铜合金粉(银含量为20重量％，银包铜，昆明理工恒达)，1重量份的固化剂VestanatB1358/100和ComonateAQ-130的混合物，35重量份的表面镀钒铜粉(镀钒厚度为8微米)，再加入48重量份的水，以3000转/分钟的速度搅拌5小时，得到导电涂料组合物S4。

实施例5

该实施例用于说明本发明提供的导电涂料组合物。

将20重量份的水性聚氨酯树脂和水性丙烯酸树脂混合物、4重量份的气相二氧化硅防沉剂(A-200，德固萨公司生产)和2重量份的分散剂(904S分散剂，德谦公司生产)和2重量份单烷氧钛酸酯偶联剂T204(南京翔飞公司生产)混合，以3500转/分钟的速度搅拌30分钟。然后向得到的混合物中加入15重量份的平均粒子直径为1微米的球状导电银粉(SA-1，昆明理工恒达)和10份重量的平均粒子直径为5微米的片状导电银粉(FERRO)，3重量份的固化剂VestanatB1358/100，35重量份的表面渗钒铜粉(渗钒厚度为2微米)，再加入42重量份的水，以4000转/分钟的速度搅拌4小时，得到导电涂料组合物S5。

性能测试：

由实施例1-5制备的导电涂料组合物D1-D5分别用乙醇以体积比1∶1稀释，然后喷涂在聚对苯二甲酸乙二酯底材上，在空气中干燥5分钟，之后在70℃下干燥10分钟，得到厚度为12.5微米的涂层。然后用下面的方法分别测定涂层的薄层电阻率、附着力和耐磨性，所述耐磨性为将对比例的涂料耐磨度设为1测得的相对耐磨性，测定结果如表1所示。

薄层电阻率的测定方法：GB/T16906-1997

附着力的测定方法：ASTMD3359

剪切强度测试方法：ASTMD412

表1

从表1所示的测定结果可以看出，由本发明提供的导电涂料组合物得到的涂层具有较低的薄层电阻率和较高的附着力，并且其耐磨性显著。同时，本发明提供的导电涂料组合物所使用的树脂和溶剂分别为水性树脂和水，对底材的腐蚀性很弱，因此本发明的导电涂料组合物在使用时不会造成底材扰曲或爆裂。

对比例1

将15重量份B-67树脂(罗门哈斯公司生产)、5重量份有机改性的硼润土防沉剂818(ElementisSpecialties公司生产)、2重量份润湿分散剂(DP983，德谦公司生产)、2重量份单烷氧钛酸酯偶联剂T204(南京翔飞公司生产)混合，以3000转/分钟的速度搅拌30分钟。然后向得到的混合物中加入16重量份的平均粒子直径为1微米的球状导电银粉(SA-1，昆明理工恒达)和10重量份的平均粒子直径为10微米的片状导电银粉(PA-1D，昆明理工恒达)，再加入50重量份的溶剂(体积比为1∶1的乙醇和异丙醇)，以3000转/分钟的速度搅拌4小时，得到导电涂料组合物D1。

对比例2

将25重量份的的聚乙烯醇缩丁醛树脂(B-79树脂，SolutiaInc.)、50重量份的平均粒子直径为1微米的球状导电银粉(宁夏东方特种材料)和25重量份的溶剂(体积比为1∶1的乙醇和异丙醇)混合，以2000转/分钟的速度搅拌3.5小时，得到导电涂料组合物D2。

对比例3

将35重量份的B-67树脂(罗门哈斯公司生产)、6重量份的附着力促进剂(LTW树脂，德固萨)、4重量份的有机改性的硼润土防沉剂818(ElementisSpecialties)和2重量份的润湿分散剂(BYK160分散剂，BYK公司生产)混合，以3500转/分钟的速度搅拌30分钟。然后向得到的混合物中加入13重量份的平均粒子直径为0.5微米的球状导电银粉(SA-2，昆明理工恒达)和20重量份的平均粒子直径为5微米的片状导电银粉(FERRO)，再加入20重量份的溶剂(体积比为1∶1的乙醇和异丙醇)，以4000转/分钟的速度搅拌4小时，得到导电涂料组合物D3。

对比例4

将30重量份的B-76树脂(SolutiaInc.)、3.5重量份的防沉剂(流变添加剂CLAYTONAPA，ROCKWOOD公司生产)、2重量份的分散剂(DP983，德谦公司生产)和1.5重量份单烷氧钛酸酯偶联剂T204(南京翔飞公司生产)混合，以4000转/分钟的速度搅拌30分钟。然后向得到的混合物中加入5重量份的平均粒子直径为1微米的球状导电银粉(SA-2，昆明理工恒达)和10重量份的平均粒子直径为20微米的片状导电银包铜合金粉(银含量为20重量％，银包铜，昆明理工恒达)，再加入48重量份的溶剂(体积比为1∶1的乙醇和异丙醇)，以3000转/分钟的速度搅拌5小时，得到导电涂料组合物D4。

对比例5

将20重量份的聚氨酯树脂(HIND086PU)、5重量份的硝酸纤维素树脂(L1/4a，四川北方硝化棉有限责任公司生产)、4重量份的气相二氧化硅防沉剂(A-200，德固萨公司生产)、2重量份的分散剂(904S分散剂，德谦公司生产)和2重量份单烷氧钛酸酯偶联剂T204(南京翔飞公司生产)混合，以3500转/分钟的速度搅拌30分钟。然后向得到的混合物中加入15重量份的平均粒子直径为1微米的球状导电银粉(SA-1，昆明理工恒达)和10份重量的平均粒子直径为5微米的片状导电银粉(FERRO)，再加入42重量份的溶剂(体积比为1∶1的乙醇和异丙醇)，以4000转/分钟的速度搅拌4小时，得到导电涂料组合物D5。

由对比例1-5制备的导电涂料组合物D1-D5分别用乙醇以体积比1∶1稀释，然后喷涂在聚对苯二甲酸乙二酯底材上，在空气中干燥5分钟，之后在70℃下干燥10分钟，得到厚度为12.5微米的涂层。然后用下面的方法分别测定涂层的薄层电阻率和附着力，测定结果如表2所示。

薄层电阻率的测定方法：GB/T16906-1997

附着力的测定方法：ASTMD3359

表2

对比表1与表2可以看出，本发明的水性导电涂料组合物在性能上相对于醇溶性导电涂料组合物具有很大的提成，耐磨性跟优异，更适宜涂敷在塑料底材上。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种水性耐磨导电涂料组合物，其特征在于，包括导电粒子、钒改性导电填料、水溶性树脂、固化剂和水，所述导电粒子包括球状导电粒子和片状导电粒子，以导电粒子的重量为基准，球状导电粒子的含量为30-70重量％，片状导电粒子的含量为70-30重量％，以导电涂料组合物的总重量为基准，所述导电粒子的含量为2-26重量％，所述钒改性导电填料的含量为13-40重量％，所述水溶性树脂的含量为5-60重量％，所述固化剂的含量为0.1-8重量％，水的含量为20-70重量％。

2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，以导电粒子的重量为基准，球状导电粒子的含量为40-60重量％，片状导电粒子的含量为60-40重量％，以导电涂料组合物的总重量为基准，所述导电粒子的含量为10-20重量％，所述钒改性导电填料的含量为18-30重量％，水溶性树脂的含量为20-40重量％，所述固化剂的含量为2-5重量％，水的含量为30-50重量％。

3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述水溶性树脂选自水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、有机硅树脂或醇酸树脂中的任意一种或者至少两种的混合物，优选环氧树脂、有机硅树脂或水性丙烯酸树脂中的任意一种或者至少两种的混合物。

4.根据权利要求1-3之一所述的组合物，其特征在于，所述导电粒子为银、铜、银铜合金、镍和钛中的任一种或至少两种的混合物；所述导电粒子的平均粒子直径为0.1-40微米。

5.根据权利要求1-4之一所述的组合物，其特征在于，所述钒改性导电填料选自表面渗钒镍粉、表面渗钒铜粉、表面镀钒镍粉、表面镀钒铜粉、钒包铜粉和钒包镍粉中的任一种或至少两种的混合物。

6.根据权利要求1-5之一所述的组合物，其特征在于，所述渗钒和镀钒的厚度为2-8微米。

7.根据权利要求1-6之一所述的组合物，其特征在于，所述固化剂选自Bayhydur2487、VestanatB1358/100或ComonateAQ-130中的任意一种或者至少两种的混合物。

8.根据权利要求1-7之一所述的组合物，其特征在于，该组合物还含有润湿分散剂、防沉剂、偶联剂和附着力促进剂，以导电涂料组合物的总重量为基准，润湿分散剂的含量为0.1-5重量％，防沉剂的含量为0.1-8重量％，偶联剂的含量为0.1-8重量％，附着力促进剂的含量为0.1-8重量％。

9.一种如权利要求1-8之一所述的导电涂料组合物的制备方法，其特征在于，将配方量的导电粒子、钒改性导电填料、水溶性树脂、固化剂和水混合。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，混合原料还包括配方量的润湿分散剂、防沉剂、偶联剂和附着力促进剂。