CN109294411A - 一种透明水性azo抗静电涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种透明水性AZO抗静电涂料及其制备方法。所述AZO抗静电涂料采用如下方法制备：首先在常温常压下，将去离子水、AZO纳米导电粉体、CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)和T‑80(吐温80)混合均匀，将混匀的物料进行高速研磨分散得到水性抗静电AZO浆料A；用适量的去离子水稀释水性聚酯树脂并加入成膜助剂充分搅拌均匀得到成膜基质B；然后将水性抗静电AZO浆料A和成膜基质B充分混合搅拌均匀得到水性AZO抗静电涂料。本发明采用CTAB和T‑80复合分散剂，提高了涂料的分散稳定性。

Description

一种透明水性AZO抗静电涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种功能性涂料，特别是涉及一种环保型透明水性AZO(改性氧化锌)抗静电涂料及其制备方法及其应用。
背景技术
高分子薄膜材料具有良好的加工性和电绝缘性，被广泛用于工业生产和日常生活的各个领域，但由于其表面电阻率较高(通常为1012-1030Ω·cm2)，在使用过程中容易积累静电，当静电积累到一定程度时会导致静电吸尘、电击电震，甚至火灾、爆炸等不良后果，造成重大损失。解决该问题的有效方法之一是使用导电涂料，赋予高分子材料表面导电性。目前导电涂料中的导电填料主要有碳系粉末、金属粉末和金属氧化物粉末等。其中，以碳系粉末为主导电涂料的导电性、耐腐蚀性好，但由于其颜色深限制了其应用范围。而金属粉末导电性好，但价格昂贵，且易被氧化，不适合大规模量产使用。碳系、金属粉末等传统的抗静电导电材料难以适应耐久、高效、全天候、色调浅亮的需要。因此，开发新的性价比高的导电粉是近年来研究的重点。金属氧化物导电粉末如ITO(掺锡氧化铟)、 AZO(掺杂氧化锌)、ATO(掺锑氧化锡)等具有半导体特性的材料，由于独特的稳定性和广泛的应用领域而得到迅速发展，国内在这方面的研究也相当活跃。 ITO材料是现阶段最重要的透明导电氧化物材料，ITO透明导电氧化物材料主要以薄膜形式应用，ITO导电薄膜应用广泛，是二十世纪几项大型技术之一。但铟是一种稀缺资源，导致ITO价格较贵。AZO具有透明导电性、价格低的优点，性价比高，适合规模化使用。因此最具应用前景的是AZO，由于具有优异的导电性和透明性且不受气候和使用环境的限制，已经得到推广。
AZO(掺杂氧化锌)与传统的抗静电材料相比具有显著的优势，主要表现为良好的导电性、浅色透明性、良好的耐候性和稳定性等，是一种极具发展潜力的新型多功能透明抗静电及导电材料。特别是纳米级AZO，在小型化、集成化电子器件和半导体领域得到广泛的应用。纳米级AZO透明抗静电薄膜材料与传统的透明抗静电材料相比具有明显的优势：(1)AZO薄膜在可见光范围内既具有高的透光性又能显示出准金属特性的导电性能，在许多应用条件下能达到对制品的颜色和透明度的要求，而炭黑、金属粉末等传统的抗静电薄膜材料则不可避免低影响最终制品的表观质量；(2)AZO透明抗静电膜具有良好的化学稳定性、热稳定性及耐候性，并且与基材的附着性好，机械强度高，不受气候和使用环境的限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种涂覆在PET表面上能够使得PET薄膜的表面电阻率降低至106～108Ω/□，具有优异的抗静电性能的水性AZO抗静电涂料。
本发明还提供了这种涂料的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。
一种透明水性AZO抗静电涂料，包含以下质量份计的原料：
优选的，一种透明水性AZO抗静电涂料，包含以下质量份计的原料：
所述的AZO抗静电浆料的固含在5～30％之间。其中，所述的固体物为纳米导电粉体，其粒径为10～30nm，粉体的体积电阻率为1～100Ω·cm。
所述的水性树脂为聚氨酯和聚酯树脂。
所述的成膜助剂为消泡剂、流平剂、防水剂、抗氧化剂中的一种或多种的组合。
上述透明水性AZO抗静电涂料的制备方法，具体步骤如下：
(1)首先在常温常压下，将去离子水、AZO纳米导电粉体、CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)和T-80(吐温80)混合均匀，将混匀的物料进行高速研磨分散得到水性抗静电AZO浆料A；
(2)用适量的去离子水稀释水性聚酯树脂并加入成膜助剂充分搅拌均匀得到成膜基质B；然后将水性抗静电AZO浆料A和成膜基质B充分混合搅拌均匀得到水性AZO抗静电涂料。
步骤(1)中，所述的混合物料的混合比例按重量百分比为70～95％去离子水、5～30％AZO纳米导电粉体、0.2～2％CTAB、0.2～2％T-80。
步骤(1)中，所述的高速研磨分散是将混合料装入卧式砂磨机中用直径 0.1mm的锆珠在2000r/min下研磨分散10-15h。
步骤(2)中，所述的充分搅拌混合均匀是用高速剪切分散盘剪切混合0.5～1h。
所述的AZO抗静电涂料能够保持十二个月以上稳定性，不发生分相不沉降析出。
该水性AZO抗静电涂料为环保型水性涂料，具体为无机纳米粒子和高分子复配体系。本发明采用CTAB和T-80复合分散剂，提高了涂料的分散稳定性。 T-80在AZO粒子界面间容易生成配位键包覆到纳米AZO粒子的表面。同时，由于AZO粒子表面的负电性性质，与阳离子分散剂CTAB产生较强的静电吸引力而吸附于AZO粒子的表面。另一方面，由于T-80对于阳离子分散剂CTAB又具有一定的吸引作用，也大大增强了CTAB在AZO粒子表面的吸附量以及强度。因此，T-80与CTAB两分散剂之间的协同作用，使T-80/CTAB复合分散剂对纳米AZO粒子的表面性产生很大的改变，悬液的Zeta电位大幅增加。
本发明的透明水性AZO抗静电涂料具有以下几个方面的优点：
(1)本发明的实现建立在金属氧化物的半导体特性上，因此兼具良好的透明性和导电性。
(2)本发明的透明水性AZO抗静电涂料是一种无毒、稳定、环境友好的有机/无机复合水性涂料。
(3)本发明的透明水性AZO抗静电涂料原料成本低，加工制备方法简单。
(4)本发明的透明水性AZO抗静电涂料成膜性好，易实现规模化应用，具有更好的环境稳定性和使用寿命。
(5)本发明的透明水性AZO抗静电涂料可以广泛的应用于电子工业抗静电涂层领域。
具体实施方式：
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限制本发明的范围。在不违背本发明的范围内可以做适当的改动和调整。
实施例1
在常温常压下，将95g去离子水、5gAZO纳米导电粉体、0.5gCTAB(十六烷基三甲基溴化铵)和0.5gT-80(吐温80)混合均匀，将混匀的物料进行高速研磨分散10h得到水性抗静电AZO浆料A；用50g去离子水稀释50g水性聚酯树脂并加入0.5g成膜助剂充分搅拌均匀得到成膜基质B；然后将水性抗静电AZO 浆料A和成膜基质B充分混合搅拌均匀得到水性AZO抗静电涂料，样品编号： AZ-1。
实施例2
在常温常压下，将90g去离子水、10gAZO纳米导电粉体、0.5gCTAB(十六烷基三甲基溴化铵)和0.5gT-80(吐温80)混合均匀，将混匀的物料进行高速研磨分散10h得到水性抗静电AZO浆料A；用50g去离子水稀释50g水性聚酯树脂并加入0.5g成膜助剂充分搅拌均匀得到成膜基质B；然后将水性抗静电AZO 浆料A和成膜基质B充分混合搅拌均匀得到水性AZO抗静电涂料，样品编号： AZ-2。
实施例3
在常温常压下，将80g去离子水、20gAZO纳米导电粉体、0.5gCTAB(十六烷基三甲基溴化铵)和0.5gT-80(吐温80)混合均匀，将混匀的物料进行高速研磨分散10h得到水性抗静电AZO浆料A；用50g去离子水稀释50g水性聚酯树脂并加入0.5g成膜助剂充分搅拌均匀得到成膜基质B；然后将水性抗静电AZO 浆料A和成膜基质B充分混合搅拌均匀得到水性AZO抗静电涂料，样品编号： AZ-3。
实施例4
在常温常压下，将80g去离子水、20gAZO纳米导电粉体、0.5gCTAB(十六烷基三甲基溴化铵)混合均匀，将混匀的物料进行高速研磨分散10h得到水性抗静电AZO浆料A；用50g去离子水稀释50g水性聚酯树脂并加入0.5g成膜助剂充分搅拌均匀得到成膜基质B；然后将水性抗静电AZO浆料A和成膜基质B 充分混合搅拌均匀得到水性AZO抗静电涂料，样品编号：AZ-4。
实施例5
在常温常压下，将80g去离子水、20gAZO纳米导电粉体、0.5gT-80(吐温 80)混合均匀，将混匀的物料进行高速研磨分散10h得到水性抗静电AZO浆料 A；用50g去离子水稀释50g水性聚酯树脂并加入0.5g成膜助剂充分搅拌均匀得到成膜基质B；然后将水性抗静电AZO浆料A和成膜基质B充分混合搅拌均匀得到水性AZO抗静电涂料，样品编号：AZ-5。
对比例
在常温常压下，将95g去离子水、5gAZO纳米导电粉体混合均匀，将混匀的物料进行高速研磨分散10h得到水性抗静电AZO浆料A；用50g去离子水稀释50g水性聚酯树脂并加入0.5g成膜助剂充分搅拌均匀得到成膜基质B；然后将水性抗静电AZO浆料A和成膜基质B充分混合搅拌均匀得到水性AZO抗静电涂料，样品编号：AZ-0。
实施例结果如下：
样品 AZ-1 AZ-2 AZ-3 AZ-4 AZ-5 AZ-0
稳定性 稳定 稳定 稳定 半稳定 半稳定 不稳定
透光率 92％ 90％ 87％ 82％ 83％ 68％
抗静电性 10<sup>8</sup>Ω/□ 10<sup>7</sup>Ω/□ 10<sup>6</sup>Ω/□ 10<sup>6</sup>Ω/□ 10<sup>6</sup>Ω/□ 10<sup>8</sup>Ω/□
由上述测试结果可以看到：本发明技术方案制备获得的涂料兼具良好的透明性和导电性。并且具有更好的环境稳定性和使用寿命。

Claims (10)

1.一种透明水性AZO抗静电涂料，包含以下质量份计的原料：
2.根据权利要求1所述的一种透明水性AZO抗静电涂料，其特征在于：包含以下质量份计的原料：
3.根据权利要求1或2所述的一种透明水性AZO抗静电涂料，其特征在于：所述的AZO抗静电浆料的固含在5～30％之间。
4.根据权利要求3所述的一种透明水性AZO抗静电涂料，其特征在于：所述的AZO抗静电浆料固含物为AZO纳米导电粉体，其粒径为10～30nm，粉体的体积电阻率为1～100Ω·cm。
5.根据权利要求1或2所述的一种透明水性AZO抗静电涂料，其特征在于：所述的水性树脂为聚氨酯和聚酯树脂。
6.根据权利要求1或2所述的一种透明水性AZO抗静电涂料，其特征在于：所述的成膜助剂为消泡剂、流平剂、防水剂、抗氧化剂中的一种或多种的组合。
7.根据权利要求1-2任意之一所述透明水性AZO抗静电涂料的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
(1)首先在常温常压下，将去离子水、AZO纳米导电粉体、CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)和T-80(吐温80)混合均匀，将混匀的物料进行高速研磨分散得到水性抗静电AZO浆料A；
(2)用适量的去离子水稀释水性聚酯树脂并加入成膜助剂充分搅拌均匀得到成膜基质B；然后将水性抗静电AZO浆料A和成膜基质B充分混合搅拌均匀得到水性AZO抗静电涂料。
8.根据权利要求7所述透明水性AZO抗静电涂料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的混合物料的混合比例按重量百分比为70～95％去离子水、5～30％AZO纳米导电粉体、0.2～2％CTAB、0.2～2％T-80。
9.根据权利要求7所述透明水性AZO抗静电涂料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的高速研磨分散是将混合料装入卧式砂磨机中用直径0.1mm的锆珠在2000r/min下研磨分散10-15h。
10.根据权利要求7所述透明水性AZO抗静电涂料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的充分搅拌混合均匀是用高速剪切分散盘剪切混合0.5～1h。
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