CN105348967B

CN105348967B - 一种碳系水性高导电涂料及其应用

Info

Publication number: CN105348967B
Application number: CN201510885704.6A
Authority: CN
Inventors: 魏峰; 刘歌; 王瑛; 董仕晋; 刘冬雪
Original assignee: Shenyang Research Institute of Chemical Industry Co Ltd; Sinochem Corp
Current assignee: Shenyang Research Institute of Chemical Industry Co Ltd; Sinochem Corp
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2018-05-22
Anticipated expiration: 2035-12-04
Also published as: CN105348967A

Abstract

本发明属于高分子及导电涂料技术领域，具体涉及一种碳系水性高导电涂料及其应用。涂料各成分按质量(重量)百分比计，碳系导电材料23％～33％，分散剂7％～10％，粘合剂乳液和其它助剂3.6％～33.6％，余量为溶剂。本发明所的导电涂料可涂覆在各类纺织品基材上，应用于电磁屏蔽及抗静电领域。本发明导电涂料采用特殊的导电炭黑、特殊的石墨粉以及特殊的分散剂按特定比例混合加工而成，具有极佳的导电性能，明显优于市售的用导电炭黑和石墨粉制造的导电涂料。

Description

一种碳系水性高导电涂料及其应用

技术领域

本发明属于高分子及导电涂料技术领域，具体涉及一种碳系水性高导电涂料及其应用。

背景技术

导电涂料由于导电性好、成本低、原料无毒或低毒、与基材结合牢度高、使用方便，而逐步替代部分金属电路，在智能纺织品、光伏产业、印刷电路、生物传感器、电磁屏蔽材料、ID卡、RFID天线等领域广泛应用。现有的导电涂料中金属系导电涂料和碳系导电涂料应用最广，其中金属系导电涂料需要添加银、镍、铜等金属导电材料，虽然导电性比较好，但是成本高，应用受到限制，特别是镍、铜导电涂料在施工和使用过程中存在重金属污染，不能应用在与人体密切接触的场合；碳系导电涂料使用安全，可以应用在与人体接触的场合，这类导电涂料使用的导电材料包括导电炭黑、石墨、碳纳米管、石墨烯、碳纤维等。

德国吉赫兹HSF-54水性碳防辐射涂料是一种性能较好的水性碳导电涂料，水性环保，导电性好(表面电阻15Ω/sq，导电涂层厚50μm)，深受用户喜爱，但是导电性与金属导电涂料相比仍有明显差距。

市售的Acheson423SS、CH-8等导电碳浆具有优异的导电性能，可以在PET薄膜上及纺织品基材上印刷，表面电阻可达10～25Ω/sq(导电涂层厚25.4μm)，但是这类产品含有大量有机溶剂，VOC超过420g/L，使用范围受到限制，而且导电性与金属导电涂料相比仍有明显差距。

《化工新型材料》2007,35(11):65-7中研制了一种以丙烯酸酯类树脂为基料的改性碳纤维体系导电涂料，固化后表面电阻达到1.02Ω/sq(涂膜厚度为150μm)，相当于6Ω/sq(涂膜厚度为25.4μm)，导电性与金属导电涂料相比仍有明显差距，而且碳纤维较长，涂料不能用丝网印刷，使用不方便。

《电子元件与材料》2003,22(8):35-37中研制了一种导电涂料，配方中鳞片石墨与导电炭黑Cabot XC72R的比例为6:4，墨水需要研磨四次，其表面电阻仅为12Ω/sq，但是导电性与金属导电涂料相比仍有明显差距。

到目前为止，尚未见到以导电炭黑和石墨为导电材料制备的水性高导电涂料报道(表面电阻低于1Ω/sq，导电涂层厚度25.4μm)。

为了克服上述缺点，需要对碳系导电涂料配方进行改进，以大幅度提高导电性能。本发明制备的水性碳导电涂料，以廉价的导电炭黑和石墨粉为导电材料，导电性极佳，表面电阻低于1Ω/sq/25.4μm，与金属导电涂料接近，不需添加昂贵的石墨烯和碳纳米管，成本低廉，应用前景广阔。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种碳系水性高导电涂料及其应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种碳系水性高导电涂料，涂料各成分按质量(重量)百分比计，碳系导电材料23％～33％，分散剂7％～10％，粘合剂乳液3％～22％、其它助剂0.6％～11.6％，余量为溶剂。

优选，涂料各成分按质量(重量)百分比计，碳系导电材料23％～33％，分散剂7％～10％，粘合剂乳液3％～22％，消泡剂0.1％～0.6％，保湿剂0.5％～3％，pH调节剂0％～3％，交联剂0-2％，柔软剂0％～2％，流变调节剂0％～1％，余量为溶剂。

所述碳系导电材料为导电炭黑和石墨粉的混合物，且导电炭黑与石墨粉的重量比为1：1.8～2.2；所述导电炭黑的碘吸收值(iodine adsorpion)＞490mg/g；DBP吸收值(DBPadsorption)340-460ml/100g；含硫量(Sulfur content)＜0.5％；电阻(Electricresistancenc)＜1.5Ω·m；干燥失重(Loss by drying)＜0.8％；pH值(PH Value)7.5-9.5；表观比容14cm³/g；

石墨粉纯度≥99.9％，粒度500目。

例如天津金秋实化工有限公司的T-90导电炭黑。

石墨粉为纯度≥99.9％的国产石墨粉，粒度500目(D90＜24μm)，例如青岛岩海碳材料有限公司和青岛南墅宏达石墨制品有限公司的500目石墨粉(纯度≥99.9％)。

所述分散剂为含有颜料亲和基团的共聚物，例如DISPERBYK-192。

所述消泡剂为聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇的乙二醇溶液中的一种或多种。

所述保湿剂为尿素、乙二醇、丙二醇或丙三醇。

所述pH调节剂为氨水、氢氧化钠、三乙胺、二甲基乙胺、AMP-95、N-羟乙基-N′-甲基-1,3-丙二胺、N-甲基二异丙胺、硫酸铵、乙酸、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠中的一种或多种。

所述柔软剂为聚硅氧烷微乳液、氨基聚硅氧烷乳液或微乳液、聚醚改性聚硅氧烷乳液、环氧改性聚硅氧烷、羧基改性聚硅氧烷中的一种或多种；粘合剂乳液包括聚丙烯酸酯乳液、聚苯乙烯-丙烯酸酯乳液以及有机硅改性的聚丙烯酸酯乳液；流变调节剂为合成树脂、天然杂多糖、交联聚丙烯酸盐、纤维素衍生物、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种；溶剂为蒸馏水、高纯水、纯净水、去离子水中的一种或多种

所述消泡剂为聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇的乙二醇溶液中的一种或多种。聚二甲基硅氧烷的市售牌号包括Evonik的TEGO FOAMEX 810等，2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇的乙二醇溶液的市售牌号包括Surfynol 104E等，均有很好的消泡性能。

所述保湿剂为尿素、乙二醇、丙二醇、丙三醇等。

所述柔软剂为聚硅氧烷微乳液、氨基聚硅氧烷乳液或微乳液、聚醚改性聚硅氧烷乳液、环氧改性聚硅氧烷、羧基改性聚硅氧烷中的一种或多种。例如PRINTOFIX SOFTENERSFT liq就是聚硅氧烷微乳液，性能非常好。

粘合剂乳液包括聚丙烯酸酯乳液、聚苯乙烯-丙烯酸酯乳液以及其它类型的聚丙烯酸酯乳液。

所述流变调节剂为合成树脂、天然杂多糖、有机酸改性异多糖体、交联聚丙烯酸盐、纤维素衍生物、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。推荐使用交联聚丙烯酸盐、聚乙烯醇、水溶性丙烯酸树脂、黄原胶、PEG聚糖、纤维素衍生物、聚乙烯吡咯烷酮。水溶性丙烯酸树脂包括PRINTOGEN RM liq等。

所述溶剂为蒸馏水、高纯水、纯净水、去离子水中的一种或多种。

碳系水性高导电涂料的制备方法：

(1)制备导电浆料：按照上述比例在反应器中加入水和分散剂，搅拌混合至分散剂完全溶解，溶解后加入导电炭黑，混合均匀；然后再加入石墨粉，在800～1600r.p.m转速下混合15～30分钟，得到糊状混合物；将糊状混合物移入立式砂磨机进行研磨，按照糊状混合物与氧化锆珠体积比为1：0.6～1.0的比例量加入氧化锆珠，调整转速至1380～2880r.p.m研磨3～6小时，研磨期间加入消泡剂来消除泡沫；过滤出料，得到黑色导电浆料；

(2)制备高导电涂料：按上述比例将高分子乳液、流变调节剂剂、柔软剂、交联剂和pH调节剂分别加入反应器中，800～2000r.p.m转速下混合30～60分钟，制得粘合剂组分；加入上述研磨后的黑色导电浆料，800～1400r.p.m分散10～30分钟即制得高导电水性涂料。

所述导电涂料直接涂覆在纺织品基材上，作为抗静电和/或电磁屏蔽领域的导电涂层纺织品。

本发明所具有的优点：

本发明导电涂料采用特殊的导电炭黑、特殊的石墨粉以及特殊的分散剂按特定比例混合加工而成，具有极佳的导电性能，明显优于市售的用导电炭黑和石墨粉制造的导电涂料。具体体现在：

(1)导电性能好：仅使用导电炭黑、石墨粉作为导电材料，表面电阻＜1Ω/sq(导电涂层厚度25.4μm)。

(2)可印刷性能好：可用常规的丝网印刷方式在纺织品表面印刷，使用方便，便于大规模生产。

(3)安全环保：导电涂料用水作溶剂，VOC≈0，不受新环保法限制；不添加铜、镍等重金属，可在与人体接触的场合使用。

(4)原料成本低：不添加任何昂贵的石墨烯、碳纳米管等昂贵的纳米碳导电材料，原料来源丰富，成本低。

附图说明

图1为采用本发明导电涂层样品横截面扫描电镜照片。

图2为采用本发明导电涂料的粒度分布测量结果。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的阐述，但是本发明绝非仅限于此。

部分原料规格：

制备实施例

实施例1

水性高导电涂料配方1：

高导电涂料的制备方法如下：

(1)制备导电浆料：按照上述比例在反应器中加入水和分散剂，搅拌混合至分散剂完全溶解为止，加入导电炭黑，混合均匀；然后加入石墨粉，在1400r.p.m转速下混合30分钟，得到糊状混合物。将糊状混合物移入立式砂磨机进行研磨，按照糊状混合物与氧化锆珠体积比为1：0.8的比例量加入氧化锆珠，氧化锆珠直径1～1.2毫米，调整转速至1380r.p.m研磨6小时，研磨期间加入消泡剂来消除泡沫。过滤出料，得到黑色导电浆料。

(2)制备高导电涂料：按上述比例将高分子乳液、流变调节剂剂、柔软剂交联剂和pH调节剂分别加入反应器中，1600r.p.m转速下混合60分钟，制得粘合剂组分；再按上述比例加入研磨后的黑色导电浆料，1400r.p.m分散10分钟即制得高导电涂料。

该高导电涂料的pH＝8.5～9.5，粘度为5000～5200mPa.s(粘度计Brookfield DV-I Prime，5#转子，60r.p.m，25℃)，按实施例9的方法测试导电性能和电磁屏蔽性能。(参见图1和图2)

从图1可知，由于纺织品基材不平整对导电涂层均匀性造成一定影响，但是导电涂层平均厚度仍控制在约25.4μm。

从图2可知，高导电涂料的粒度分布可见两个主峰，最右面的主峰是石墨粉，粒度约9μm，左面矮一些的主峰是导电炭黑，粒度约2μm，这样的粒度分布可获得良好的导电性。

实施例2

水性高导电涂料配方2：

高导电涂料的制备方法如下：

(1)制备导电浆料：按照上述比例在反应器中加入水和分散剂，搅拌混合至分散剂完全溶解为止，分批加入导电炭黑，混合均匀；然后分批加入石墨粉，在800r.p.m转速下混合15分钟，得到糊状混合物。将糊状混合物移入立式砂磨机进行研磨，按照糊状混合物与氧化锆珠体积比为1：0.6的比例量加入氧化锆珠，氧化锆珠直径1～1.2毫米，调整转速至2880r.p.m研磨3小时，研磨期间加入消泡剂来消除泡沫。过滤出料，得到黑色导电浆料。

(2)制备高导电涂料：按上述比例将高分子乳液、流变调节剂剂、柔软剂交联剂和pH调节剂分别加入反应器中，800r.p.m转速下混合30分钟，制得粘合剂组分；再按上述比例加入研磨后的黑色导电浆料，1200r.p.m分散10分钟即制得高导电涂料。

该高导电涂料的pH＝8.5～9.5，粘度为3200～3500mPa.s(粘度计Brookfield DV-I Prime，5#转子，60r.p.m，25℃)，按实施例9的方法测试导电性能和电磁屏蔽性能。

实施例3

水性高导电涂料配方3：

高导电涂料的制备方法如下：

(1)制备导电浆料：按照上述比例在反应器中加入水和分散剂，搅拌混合至分散剂完全溶解为止，分批加入导电炭黑，混合均匀；然后分批加入石墨粉，在1600r.p.m转速下混合30分钟，得到糊状混合物。将糊状混合物移入立式砂磨机进行研磨，按照糊状混合物与氧化锆珠体积比为1：1的比例量加入氧化锆珠，氧化锆珠直径1～1.2毫米，调整转速至1380r.p.m研磨6小时，研磨期间加入消泡剂来消除泡沫。过滤出料，得到黑色导电浆料。

(2)制备高导电涂料：按上述比例将高分子乳液、流变调节剂剂、柔软剂交联剂和pH调节剂分别加入反应器中，8000r.p.m转速下混合30分钟，制得粘合剂组分；再按上述比例加入研磨后的黑色导电浆料，1400r.p.m分散10分钟即制得高导电涂料。

该高导电涂料的pH＝8.5～9.5，粘度为5500～5700mPa.s(粘度计Brookfield DV-I Prime，5#转子，60r.p.m，25℃)，按实施例9的方法测试导电性能和电磁屏蔽性能。

实施例4

水性高导电涂料配方4：

高导电涂料的制备方法如下：

(1)制备导电浆料：按照上述比例在反应器中加入水和分散剂，搅拌混合至分散剂完全溶解为止，分批加入导电炭黑，混合均匀；然后分批加入石墨粉，在800r.p.m转速下混合15分钟，得到糊状混合物。将糊状混合物移入立式砂磨机进行研磨，按照糊状混合物与氧化锆珠体积比为1：0.8的比例量加入氧化锆珠，氧化锆珠直径1～1.2毫米，调整转速至2880r.p.m研磨3小时，研磨期间加入消泡剂来消除泡沫。过滤出料，得到黑色导电浆料。

(2)制备高导电涂料：按上述比例将高分子乳液、流变调节剂剂、柔软剂交联剂和pH调节剂分别加入反应器中，2000r.p.m转速下混合30分钟，制得粘合剂组分；再按上述比例加入研磨后的黑色导电浆料，1400r.p.m分散30分钟即制得高导电涂料。

该高导电涂料的pH＝8.5～9.5，粘度为3600～3800mPa.s(粘度计Brookfield DV-I Prime，5#转子，60r.p.m，25℃)，按实施例9的方法测试导电性能和电磁屏蔽性能。

实施例5

水性高导电涂料配方5：

高导电涂料的制备方法如下：

(2)制备高导电涂料：按上述比例将高分子乳液、流变调节剂剂、柔软剂交联剂和pH调节剂分别加入反应器中，2000r.p.m转速下混合30分钟，制得粘合剂组分；再按上述比例加入研磨后的黑色导电浆料，1400r.p.m分散10分钟即制得高导电涂料。

该高导电涂料的pH＝8.5～9.5，粘度为4300～4500mPa.s(粘度计Brookfield DV-I Prime，5#转子，60r.p.m，25℃)，按实施例9的方法测试导电性能和电磁屏蔽性能。

实施例6

水性高导电涂料配方6：

高导电涂料的制备方法如下：

(1)制备导电浆料：按照上述比例在反应器中加入水和分散剂，搅拌混合至分散剂完全溶解为止，分批加入导电炭黑，混合均匀；然后分批加入石墨粉，在1000r.p.m转速下混合20分钟，得到糊状混合物。将糊状混合物移入立式砂磨机进行研磨，按照糊状混合物与氧化锆珠体积比为1：0.8的比例量加入氧化锆珠，氧化锆珠直径1～1.2毫米，调整转速至2880r.p.m研磨4小时，研磨期间加入消泡剂来消除泡沫。过滤出料，得到黑色导电浆料。

(2)制备高导电涂料：按上述比例将高分子乳液、流变调节剂剂、柔软剂交联剂和pH调节剂分别加入反应器中，2000r.p.m转速下混合40分钟，制得粘合剂组分；再按上述比例加入研磨后的黑色导电浆料，1400r.p.m分散15分钟即制得高导电涂料。

该高导电涂料的pH＝8.5～9.5，粘度为4000～4200mPa.s(粘度计Brookfield DV-I Prime，5#转子，60r.p.m，25℃)，按实施例9的方法测试导电性能和电磁屏蔽性能。

实施例7

水性高导电涂料配方7：

高导电涂料的制备方法如下：

(1)制备导电浆料：按照上述比例在反应器中加入水和分散剂，搅拌混合至分散剂完全溶解为止，分批加入导电炭黑，混合均匀；然后分批加入石墨粉，在800r.p.m转速下混合15分钟，得到糊状混合物。将糊状混合物移入立式砂磨机进行研磨，按照糊状混合物与氧化锆珠体积比为1：0.6的比例量加入氧化锆珠，氧化锆珠直径1～1.2毫米，调整转速至1380r.p.m研磨5小时，研磨期间加入消泡剂来消除泡沫。过滤出料，得到黑色导电浆料。

(2)制备高导电涂料：按上述比例将高分子乳液、流变调节剂剂、柔软剂交联剂和pH调节剂分别加入反应器中，2000r.p.m转速下混合60分钟，制得粘合剂组分；再按上述比例加入研磨后的黑色导电浆料，1400r.p.m分散10分钟即制得高导电涂料。

该高导电涂料的pH＝8.5～9.5，粘度为3500～3800mPa.s(粘度计Brookfield DV-I Prime，5#转子，60r.p.m，25℃)，按实施例9的方法测试导电性能和电磁屏蔽性能。

实施例8

水性高导电涂料配方8：

高导电涂料的制备方法如下：

(1)制备导电浆料：按照上述比例在反应器中加入水和分散剂，搅拌混合至分散剂完全溶解为止，分批加入导电炭黑，混合均匀；然后分批加入石墨粉，在800r.p.m转速下混合15分钟，得到糊状混合物。将糊状混合物移入立式砂磨机进行研磨，按照糊状混合物与氧化锆珠体积比为1：1的比例量加入氧化锆珠，氧化锆珠直径1～1.2毫米，调整转速至2880r.p.m研磨3小时，研磨期间加入消泡剂来消除泡沫。过滤出料，得到黑色导电浆料。

(2)制备高导电涂料：按上述比例将高分子乳液、流变调节剂剂、柔软剂交联剂和pH调节剂分别加入反应器中，2000r.p.m转速下混合60分钟，制得粘合剂组分；再按上述比例加入研磨后的黑色导电浆料，1400r.p.m分散30分钟即制得高导电涂料。

该高导电涂料的pH＝8.5～9.5，粘度为4200～4500mPa.s(粘度计Brookfield DV-I Prime，5#转子，60r.p.m，25℃)，按实施例9的方法测试导电性能和电磁屏蔽性能。

对比例1

水性导电涂料配方(1)：

导电涂料的制备方法如下：

(1)制备导电浆料：按照上述比例在反应器中加入水和分散剂，搅拌混合至分散剂完全溶解为止，分批加入导电炭黑，混合均匀；然后分批加入石墨粉，在1600r.p.m转速下混合30分钟，得到糊状混合物。将糊状混合物移入立式砂磨机进行研磨，按照糊状混合物与氧化锆珠体积比为1：0.8的比例量加入氧化锆珠，氧化锆珠直径1～1.2毫米，调整转速至1380r.p.m研磨6小时，研磨期间加入消泡剂来消除泡沫。过滤出料，得到黑色导电浆料。

(2)制备导电涂料：按上述比例将高分子乳液、流变调节剂剂、柔软剂交联剂和pH调节剂分别加入反应器中，1600r.p.m转速下混合30分钟，制得粘合剂组分；再按上述比例加入研磨后的黑色导电浆料，1400r.p.m分散30分钟即制得导电涂料。

该导电涂料的pH＝8.5～9.5，粘度为8000～8500mPa.s(粘度计Brookfield DV-IPrime，5#转子，60r.p.m，25℃)，按实施例9的方法测试导电性能和电磁屏蔽性能。

对比例2

水性导电涂料配方(2)：

导电涂料的制备方法如下：

(2)制备导电涂料：按上述比例将高分子乳液、流变调节剂剂、柔软剂交联剂和pH调节剂分别加入反应器中，2000r.p.m转速下混合30分钟，制得粘合剂组分；再按上述比例加入研磨后的黑色导电浆料，1400r.p.m分散20分钟即制得导电涂料。

该导电涂料的pH＝8.5～9.5，粘度为7500～8000mPa.s(粘度计Brookfield DV-IPrime，5#转子，60r.p.m，25℃)，按实施例9的方法测试导电性能和电磁屏蔽性能。

对比例3

水性导电涂料配方(3)：

导电涂料的制备方法如下：

(2)制备导电涂料：按上述比例将高分子乳液、流变调节剂剂、柔软剂交联剂和pH调节剂分别加入反应器中，800r.p.m转速下混合60分钟，制得粘合剂组分；再按上述比例加入研磨后的黑色导电浆料，800r.p.m分散30分钟即制得导电涂料。

该导电涂料的pH＝8.5～9.5，粘度为3800～4000mPa.s(粘度计Brookfield DV-IPrime，5#转子，60r.p.m，25℃)，按实施例9的方法测试导电性能和电磁屏蔽性能。

对比例4

水性导电涂料配方(4)：

导电涂料的制备方法如下：

(1)制备导电浆料：按照上述比例在反应器中加入水和分散剂，搅拌混合至分散剂完全溶解为止，分批加入导电炭黑，混合均匀；然后分批加入石墨粉，在800r.p.m转速下混合20分钟，得到糊状混合物。将糊状混合物移入立式砂磨机进行研磨，按照糊状混合物与氧化锆珠体积比为1：0.6的比例量加入氧化锆珠，氧化锆珠直径1～1.2毫米，调整转速至2880r.p.m研磨3小时，研磨期间加入消泡剂来消除泡沫。过滤出料，得到黑色导电浆料。

(2)制备导电涂料：按上述比例将高分子乳液、流变调节剂剂、柔软剂交联剂和pH调节剂分别加入反应器中，2000r.p.m转速下混合30分钟，制得粘合剂组分；再按上述比例加入研磨后的黑色导电浆料，800r.p.m分散15分钟即制得导电涂料。

该导电涂料的pH＝8.5～9.5，粘度为2900～3200mPa.s(粘度计Brookfield DV-IPrime，5#转子，60r.p.m，25℃)，按实施例9的方法测试导电性能和电磁屏蔽性能。

对比例5～17

水性导电涂料配方(5)～(17)：

导电炭黑规格：

编号	导电炭黑规格
		对比例5	卡博特CABOT BP2000
对比例6	卡博特CABOT XC72R
		对比例7	阿克苏诺贝尔Ketjenblack EC-600JD
对比例8	阿克苏诺贝尔Ketjenblack EC-300J
		对比例9	三菱MITSUBISHI 3400B
对比例10	三菱MITSUBISHI 3230B
		对比例11	三菱MITSUBISHI 3050B
对比例12	三菱MITSUBISHI 3030B
		对比例13	特密高TIMCAL ENSACO 350G
对比例14	特密高TIMCAL ENSACO 250G
		对比例15	春大地化学AS-300
对比例16	天津亿博瑞化工F900
		对比例17	天津金秋实化工T-80

导电涂料的制备方法如下：

(1)制备导电浆料：按照上述比例称取各组分；在反应器中加入水和分散剂，搅拌混合至分散剂完全溶解为止，分批加入导电炭黑，混合均匀；然后分批加入石墨粉，在800-1600r.p.m转速下混合30分钟，得到糊状混合物。将糊状混合物移入立式砂磨机进行研磨，按照糊状混合物与氧化锆珠体积比为1：0.8的比例量加入氧化锆珠，氧化锆珠直径1～1.2毫米，调整转速至1380r.p.m研磨6小时，研磨期间加入消泡剂来消除泡沫。过滤出料，得到黑色导电浆料。

(2)制备导电涂料：按上述比例将高分子乳液、流变调节剂剂、柔软剂交联剂和pH调节剂分别加入反应器中，800r.p.m转速下混合60分钟，制得粘合剂；再按上述比例加入研磨后的黑色导电浆料，1400r.p.m分散20分钟即制得导电水性涂料。

该导电涂料的pH＝8.5～9.5，按实施例9的方法测试导电性能。

对比例18～22

水性高导电涂料配方(18)～(24)：

编号	原料名称	规格	用量(克)
				1	导电炭黑	天津金秋实化工T-90	10
2	石墨粉	见下表中石墨粉规格	20
				3	分散剂	德国毕克化学，DISPERBYK-192	9.5
4	消泡剂	Evonik,TEGO FOAMEX 810	0.5
				5	粘合剂乳液	Appretan NI liq	7.02
6	流变调节剂	Printogen RM liq	0.17
				7	柔软剂	Printofix Softener SFT liq	0.35
8	交联剂	Printofix fixing agent ZF liq	0.35
				9	pH调节剂	10％氨水	0.53
10	保湿剂	尿素	1
				11	溶剂	蒸馏水	50.58
	合计		100

石墨粉规格：

导电涂料的制备方法如下：

(1)制备导电浆料：按照上述比例称取各组分；在反应器中加入水和分散剂，搅拌混合至分散剂完全溶解为止，分批加入导电炭黑，混合均匀；然后分批加入石墨粉，在800-16000r.p.m转速下混合30分钟，得到糊状混合物。将糊状混合物移入立式砂磨机进行研磨，按照糊状混合物与氧化锆珠体积比为1：0.8的比例量加入氧化锆珠，氧化锆珠直径1～1.2毫米，调整转速至1380r.p.m研磨6小时，研磨期间加入消泡剂来消除泡沫。过滤出料，得到黑色导电浆料。

(2)制备导电涂料：按上述比例将高分子乳液、流变调节剂剂、柔软剂交联剂和pH调节剂分别加入反应器中，800r.p.m转速下混合60分钟，制得粘合剂；再按上述比例加入研磨后的黑色导电浆料，1400r.p.m分散30分钟即制得导电水性涂料。

该导电涂料的pH＝8.5～9.5，按实施例9的方法测试导电性能。

对比例25～44

水性高导电涂料配方(25)～(44)：

分散剂规格：

编号	分散剂规格
		对比例25	德国毕克化学，DISPERBYK-190
对比例26	德国毕克化学，DISPERBYK-193
		对比例27	德国毕克化学，DISPERBYK-194N
对比例28	德国毕克化学，DISPERBYK-199
		对比例29	德国毕克化学，DISPERBYK-2055
对比例30	德国毕克化学，DISPERBYK-2060
		对比例31	杭州多浩贸易有限公司，分散剂6270
对比例32	杭州多浩贸易有限公司，分散剂6190
		对比例33	AIR PRODUCTS Surfynol 485
对比例34	AIR PRODUCTS Surfynol 465
		对比例35	AIR PRODUCTS Surfynol 440
对比例36	国药集团，聚乙烯醇1750
		对比例37	道康宁超级润湿剂Q2-5211
对比例38	辽宁科隆化工，聚醚600^#
		对比例39	春大地化学，分散剂AS-1207
对比例40	沈阳新奇日化，聚丙烯酸钠M＝8500
		对比例41	国药集团，十二烷基磺酸钠
对比例42	国药集团，十二烷基苯磺酸钠
		对比例43	国药集团，十二烷基硫酸钠
对比例44	国药集团，羟乙基磺酸钠

导电涂料的制备方法如下：

(1)制备导电浆料：按照上述比例称取各组分；在反应器中加入水和分散剂，搅拌混合至分散剂完全溶解为止，分批加入导电炭黑，混合均匀；然后分批加入石墨粉，在12000r.p.m转速下混合30分钟，得到糊状混合物。将糊状混合物移入立式砂磨机进行研磨，按照糊状混合物与氧化锆珠体积比为1：0.8的比例量加入氧化锆珠，氧化锆珠直径1～1.2毫米，调整转速至1380r.p.m研磨6小时，研磨期间加入消泡剂来消除泡沫。过滤出料，得到黑色导电浆料。

(2)制备导电涂料：按上述比例将高分子乳液、流变调节剂剂、柔软剂交联剂和pH调节剂分别加入反应器中，800r.p.m转速下混合60分钟，制得粘合剂浆料；再按上述比例加入研磨后的黑色导电浆料，1400r.p.m分散30分钟即制得导电水性涂料。

该导电涂料的pH＝8.5～9.5，按实施例9的方法测试导电性能。

应用实施例

实施例9

所有导电涂料制作成导电样品，固化交联后测试导电性能。

(1)导电样品制作方法：分别取上述实施例以及对比例导电涂料，采用丝网印刷工艺，用200目丝网印刷，在200mm×100mm的棉布上印制120mm×60mm的长方形涂层，然后在145℃加热固化交联5分钟，分别得到导电样品。

(2)方块电阻测量：

使用RTS-9双电测四探针测试仪测量。

表1 导电涂料的导电性测试结果

本发明导电涂料的印刷涂层表面电阻处于0.3～0.95Ω/sq范围，导电性高，在纺织品上印刷并固化交联后，涂层均匀，表面平整，有光泽，适于用于电磁屏蔽、抗静电等用途(参见图1)。而对比例1、2、3、4导电涂层表面电阻处于5～25Ω/sq范围，导电性差很多。

表2 导电涂料的导电性测试结果

用其它牌号的导电炭黑替代天津金秋实化工T-90，导电涂料的导电性明显下降，印刷涂层表面电阻处于8～120Ω/sq范围，导电性差很多。

表3 导电涂料的导电性测试结果

用其它牌号的石墨粉替代青岛岩海的石墨粉(纯度≥99.9％，粒度500目)，导电涂料的导电性明显下降，印刷涂层表面电阻处于7～150Ω/sq范围，导电性差很多。

表4 导电涂料的导电性测试结果

用其它牌号的分散剂替代德国毕克化学DISPERBYK-192，导电涂料的导电性明显下降，印刷涂层表面电阻处于8～110Ω/sq范围，导电性差很多。

实施例10

测量导电涂料的屏蔽效能。

测试方法：取实施例9中制备的不同导电样品印刷导电涂料的棉布，在23±2℃和50％±5％相对湿度环境条件下放置48小时，按照GB/T25471-2010的测量方法测量屏蔽效能，频率范围30MHz～1.5GHz。空白样品为同等厚度的棉布。

表5 导电涂料的电磁屏蔽测试结果

*德国吉赫兹，碳系水性电磁屏蔽涂料HSF-54，直接在棉布上印刷，38℃烘干；

**日本十条，导电碳浆JELCON CH-8(MOD2)，直接在棉布上印刷，120℃烘15分钟；

***美国埃奇森ACHESON，导电碳浆Electrodag 423SS，直接在棉布上印刷，120℃烘10分钟。

测量结果表明，本发明的导电涂料印刷布样，对中高频电磁波的屏蔽效能42～48dB，屏蔽效果远好于对比例1、2、3、4，表明本发明的导电涂料可应用于电磁屏蔽领域。对比例1、2、3、4导电涂料印刷布样，对中高频电磁波的屏蔽效能28～36dB，与市场上常见的水性碳导电涂料德国吉赫兹HSF-54类似。

表1～5的应用测试数据表明，本发明的水性碳导电涂料具有如下优点：

(1)优异的导电性能：本发明采用导电碳黑T-90、青岛岩海石墨粉(500目99.9％)和BYK-192为主要原材料制备的水性碳导电涂料，导电性远远好于对比例的导电涂料，也好于市售的以导电炭黑和石墨粉为原料的碳系导电涂料。

(2)可印刷性能好：可用常规的丝网印刷方式在纺织品表面印刷，使用非常方便。

(3)有较高的应用价值：本发明的导电涂料对中高频电磁波有显著屏蔽效果，可在电磁屏蔽领域应用。

Claims

1.一种碳系水性高导电涂料，其特征在于：涂料各成分按质量百分比计，碳系导电材料23%~33%，分散剂7%~10%，粘合剂乳液3%~22%，消泡剂0.1%~0.6%，保湿剂0.5%~3%，pH调节剂0%~3%，交联剂0-2%，柔软剂0%~2%，流变调节剂0%~1%，余量为溶剂；

所述碳系导电材料特指导电炭黑和石墨粉的混合物，且导电炭黑与石墨粉的重量比为1：1.8~2.2；所述导电炭黑特指天津金秋实化工有限公司的T-90导电炭黑，主要技术指标为：碘吸收值＞490 mg/g，DBP吸收值340-460 mL/100g，含硫量＜0.5%，电阻＜1.5Ω•m，干燥失重＜0.8%，pH值7.5-9.5，表观比容14cm³/g；所述石墨粉特指青岛岩海碳材料有限公司的石墨粉，主要技术指标为：纯度≥99.9%，粒度500目；

所述分散剂特指DISPERBYK-192，是一种含有颜料亲和基团的共聚物。

2.按照权利要求1所述的碳系水性高导电涂料，其特征在于：所述消泡剂为聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇的乙二醇溶液中的一种或多种。

3.按权利要求1所述的碳系水性高导电涂料，其特征在于：所述保湿剂为尿素、乙二醇、丙二醇或丙三醇。

4.按照权利要求1所述的碳系水性高导电涂料，其特征在于：所述pH调节剂为氨水、氢氧化钠、三乙胺、二甲基乙胺、AMP-95、N-羟乙基-N′-甲基-1,3-丙二胺、N-甲基二异丙胺、硫酸铵、乙酸、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠中的一种或多种。

5.按照权利要求1所述的碳系水性高导电涂料，其特征在于：所述柔软剂为聚硅氧烷微乳液、氨基聚硅氧烷乳液或微乳液、聚醚改性聚硅氧烷乳液、环氧改性聚硅氧烷、羧基改性聚硅氧烷中的一种或多种；粘合剂乳液包括聚丙烯酸酯乳液、聚苯乙烯-丙烯酸酯乳液以及有机硅改性的聚丙烯酸酯乳液；流变调节剂为合成树脂、天然杂多糖、交联聚丙烯酸盐、纤维素衍生物、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种；溶剂为蒸馏水、纯净水、去离子水中的一种或多种。

6.按照权利要求1所述的碳系水性高导电涂料的制备方法，其特征在于：

（1）制备导电浆料：按照上述比例在反应器中加入溶剂和分散剂，搅拌混合至分散剂完全溶解，溶解后加入导电炭黑，混合均匀；然后再加入石墨粉，在800~1600r.p.m转速下混合15～30分钟，得到糊状混合物；将糊状混合物移入立式砂磨机进行研磨，按照糊状混合物与氧化锆珠体积比为1：0.6～1.0的比例量加入氧化锆珠，调整转速至1380～2880r.p.m研磨3～6小时，研磨期间加入消泡剂来消除泡沫；过滤出料，得到黑色导电浆料；

（2）制备高导电涂料：按上述比例将粘合剂乳液、流变调节剂、保湿剂、柔软剂、交联剂和pH调节剂分别加入反应器中，800～2000r.p.m转速下混合30～60分钟，制得粘合剂组分；加入上述研磨后的黑色导电浆料，800～1400r.p.m分散10～30分钟即制得高导电水性涂料。

7.按照权利要求1所述的碳系水性高导电涂料的用途，其特征在于：所述导电涂料直接涂覆在纺织品基材上，作为电磁屏蔽和/或抗静电领域的导电涂层纺织品。