CN116042009A - 抗静电剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种改性抗静电剂及其制备方法和应用，所述改性抗静电剂包括以下重量份的原料：石墨3～5份、环氧树脂10～15份、水性聚氨酯20～25份，以水性聚氨酯为成膜树脂，以石墨和环氧树脂得复合材料为导电物质，获得改性抗静电剂，经过特定的工艺处理，使得改性抗静电剂电阻率较之前的更高，更适合，防静电能力更强，应用在水性卷铝上具有广阔市场应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及水性涂料领域，特别涉及一种抗静电剂及其制备方法和应用。
背景技术
静电积累会使很多物品在使用过程中会出现吸尘、电击等现象，尤其在油品储运过程中，更会造成油品污损甚至爆燃事故。为了防止这种情况的发生，抗静电涂料成为了研究的重点。传统的抗静电涂料通常是将各种导电填料在基体树脂中混合制备，耐候、耐腐蚀性能已经逐渐不能满足市场的需求。以油品储罐为例，当前主要使用的环氧类涂料由于液面变化经常会暴露在空气环境中，管壁的涂层会随时间逐渐出现粉化脱落的现象，影响抗静电效果的同时，其中的导电填料金属、石墨或者金属氧化等还会污损油品。并且涂料电阻值过大，影响涂料的上漆率，浪费涂料，污染环境；涂料电阻值太小，容易造成静电设备工作电流过大，静电高压无法提升，不仅浪费涂料，也会出现高压报警故障，影响生产的正常运行。
现有技术中石墨作为导电介质制备树脂基导电复合涂层时，石墨粒子间必须相互接触或距离很近，才会在复合涂层中形成有效地导电网络，且具有迁移特性，作为面漆的导电填料使用时，会迁移到油产品中，造成油品变质，还会导致水性涂料的导电性、附着力和抗渗透性下降。为了降低水性聚氨酯的体积电阻率，在水性聚氨酯基材中添加导电剂是最常用的导电措施，常用的导电材料主要为导电炭黑、石墨、抗静电剂等，碳黑和石墨价格低廉实用性强，并且导电性需求有较大的余地，其表面电阻范围可在102～109Ω，但添加量较大，对塑料基体的力，但添加量较大，对塑料基体的力学性能有较大影响。
综上所述，研发一种具有导电、附着力和抗渗透性的抗静电涂料势在必行。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种改性抗静电剂及其制备方法和应用，旨在提供一种电阻率高、附着力和抗渗透性的抗静电涂料。
为实现上述目的，本发明提出一种改性抗静电剂，应用于水性卷铝涂料上，包括以下重量份的原料：石墨3～5份、环氧树脂10～15、水性聚氨酯20～25份。
本发明进一步提出一种如上所述的改性抗静电剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将石墨磨粉后，边搅拌边加入环氧树脂溶液得混合物A；
S2、将所述混合物A加热反应后，再降温进行第一次超声处理得石墨改性分散液；
S3、向所述石墨改性分散液添加水性聚氨酯，搅拌后进行第二次超声处理得分散液；
S4、将所述分散液烘干后得改性抗静电剂。
可选地，搅拌的转速为1000～2000rpm；和/或，搅拌的时间为1.5～2h；和/或，降温的速率为2～3℃/min。
可选地，在步骤S2中，加热的温度是120～160℃；和/或，加热的时间为2～5h；和/或，降温的温度为25～30℃。
可选地，在步骤S2中，第一次超声处理的功率为25～50khz；和/或，第一次超声处理的时间为20～30min。
可选地，在步骤S3中，第二次超声处理的功率为70～100khz；和/或，第二次超声处理的时间为60～90min。
可选地，在步骤S3中，搅拌的转速为1000～1200rpm/min；和/或，搅拌的时间为10～30min。
可选地，在步骤S4中，烘干的温度为150～200℃。
本发明还提出一种水性涂料，采用如上述任意一项所述的改性抗静电剂制得。
本发明提供的技术方案中，提出一种改性抗静电剂，通过选择适当比例石墨、环氧树脂和水性聚氨酯，以水性聚氨酯为成膜树脂，以石墨和环氧树脂得复合材料为导电物质，获得改性抗静电剂，经过特定的工艺处理，使得改性抗静电剂电阻率较之前的更高，更适合，防静电能力更强，应用在水性卷铝上具有广阔市场应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例的流程图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
静电积累会使很多物品在使用过程中会出现吸尘、电击等现象，尤其在油品储运过程中，更会造成油品污损甚至爆燃事故。为了防止这种情况的发生，抗静电涂料成为了研究的重点。传统的抗静电涂料通常是将各种导电填料在基体树脂中混合制备，耐候、耐腐蚀性能已经逐渐不能满足市场的需求。以油品储罐为例，当前主要使用的环氧类涂料由于液面变化经常会暴露在空气环境中，管壁的涂层会随时间逐渐出现粉化脱落的现象，影响抗静电效果的同时，其中的导电填料金属、石墨或者金属氧化等还会污损油品。并且涂料电阻值过大，影响涂料的上漆率，浪费涂料，污染环境；涂料电阻值太小，容易造成静电设备工作电流过大，静电高压无法提升，不仅浪费涂料，也会出现高压报警故障，影响生产的正常运行。
鉴于此，本发明提出本发明提出一种改性抗静电剂，应用于水性卷铝涂料上，包括以下重量份的原料：石墨3～5份、环氧树脂10～15、水性聚氨酯20～25份。
本发明提供的技术方案中，提出一种改性抗静电剂，通过选择适当比例石墨、环氧树脂和水性聚氨酯，以水性聚氨酯为成膜树脂，以石墨和环氧树脂得复合材料为导电物质，获得改性抗静电剂，经过特定的工艺处理，使得改性抗静电剂电阻率低，应用在水性卷铝上具有广阔市场应用前景。
需要说明的是：环氧树脂具有高强度、耐介质性好、粘接力强和耐热性好等优点，将环氧树脂引入到水性聚氨酯分子链中形成相互交联的网络结构，可以充分发挥两者的优势，有效提高胶膜的粘接强度、拉伸强度、耐水性等优点。
水性聚氨酯是以水作为分散介质的一种胶体，具有相容性好、无任何化学物质污染、易于改性、成本低、操作加工方便等优良性能，水性聚氨酯乳液胶粘剂已成为研究热点。然而目前大多数水性聚氨酯的相对分子质量小，结构未交联，乳液及胶膜的性能仍存在很多不足。因此常通过化学改性改善水性聚氨酯乳液胶粘剂的性能，同时扩大其应用范围。
优选地，石墨3～5份、环氧树脂10～15份、水性聚氨酯20～25份，上述配比下，制备出来的改性抗静电剂的抗静电能力更强，电阻率更高，使得在静电喷涂时候难以产生抗静电作用。
本发明进一步提出一种如上所述的改性抗静电剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将石墨磨粉后，边搅拌边加入环氧树脂溶液得混合物A；
S2、将所述混合物A加热反应后，再降温进行第一次超声处理得石墨改性分散液；
S3、向所述石墨改性分散液添加水性聚氨酯，搅拌后进行第二次超声处理得分散液；
S4、将所述分散液烘干后得改性抗静电剂。
S1、将石墨磨粉后，边搅拌边加入环氧树脂溶液得混合物A。
优选地，在步骤S1中，搅拌的转速为1000～2000rpm；和/或，搅拌的时间为1.5～2h；和/或，搅拌的温度为40～60℃。
需要说明的是：为了使得石墨例子能够均匀分散于树脂中，需要保持一定时间的高速搅拌，搅拌温度需要设置在树脂的环氧固化温度之下，本实施例中设在40～60℃，这样可以避免树脂在搅拌过程中起胶反应。
具体地，本步骤可以通过如下方法操作：将环氧树脂预先溶解在适当的溶剂中，常用溶剂有醚、醇类等。然后将石墨磨成粉加入到溶解好的环氧树脂溶液中，在搅拌的转速为1000～2000rpm下搅拌1.5～2h，搅拌的温度为40～60℃。
S2、将所述混合物A加热反应后，再降温进行第一次超声处理得石墨改性分散液。
优选地，在步骤S2中，加热的温度是120～160℃；和/或，加热的时间为2～5h；和/或，降温速率为2～3℃/min，第一次超声处理的功率为25～50khz；和/或，第一次超声处理的时间为20～30min。
可以理解，本发明上述反应条件，可以只满足其中一个，也可以同时满足多个，作为本发明的优选实施例，上述条件均满足，在适当的温度范围120～160℃下，让环氧树脂和石墨之间充分发生反应，再将降温速率设在2～3℃/min是为了避免过快或过慢降温导致石墨粒子的破坏或者使得树脂固化，这些反应条件是利用环氧树脂的粘合性能，将石墨粉末结合一起，形成一种新的材料，这种材料具有有较高的电导性、高温性能和抗磨损性能。
具体地，本步骤可以通过如下方法操作：将所述混合物A在120～160℃下加热2～5h后，再以2～3℃/min的降温速率降至室温，再进行第一次超声处理，所述超声处理是在功率为25～50khz下处理的20～30min，使得石墨粒子均匀分散于环氧树脂中，得到石墨改性分散液。
S3、向所述石墨改性分散液添加水性聚氨酯，搅拌后进行第二次超声处理得分散液；
优选地，步骤S3中，第二次超声处理的功率为70～100khz；和/或，
第二次超声处理的时间为60～90min，搅拌的转速为1000～1200rpm/min；和/或，搅拌的时间为10～30min。
可以理解，本发明上述反应条件，可以只满足其中一个，也可以同时满足多个，作为本发明的优选实施例，上述条件均满足，有利于抗氧化剂的形成，这是因为环氧树脂加入到水性聚氨酯中后，环氧树脂的环氧基团被打开，这样就在结构中引入了支化点，使其结构变为交联网状，会提高改性抗静电化剂的拉伸强度，避免了因为导电网络中粒子不断迁移，进一步降低了导电性，形成低电阻率。
具体地，本步骤操作如下：向所述石墨改性分散液添加水性聚氨酯，在搅拌的转速为1000～1200rpm/min条件下搅拌10～30min搅拌后进行第二次超声处理得分散液。
S4、将所述分散液中加热烘干得改性抗静电剂。
优选地，在步骤S4中，所述烘干的温度为150～200℃。
上述条件下，设在150～200℃是为了将复合材料置于高温环境中，使得多余树脂蒸发掉，可以得到较为纯净的改性抗静电剂。
本发明还提供一种水性涂料，采用如上述制备方法制备的改性抗静电剂剂制得。
以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
将10g环氧树脂预先溶解在乙醚，然后将3g石墨磨成粉加入到溶解好的环氧树脂溶液中，在搅拌的温度设为60℃，以搅拌的转速为1000rpm下搅拌1.6h得混合液。
(2)将步骤(1)得到的混合液在120℃下加热2～5h后，转入马弗炉后，再以3℃/min的降温速率降至室温，再进行第一次超声处理，所述超声处理是在功率为25khz下处理的20min得石墨改性分散液。
(3)向所述石墨改性分散液添加20g水性聚氨酯，在高速搅拌机下以搅拌的转速为1000rpm/min条件下搅拌25min，搅拌后再将该溶液用超声波分散器在功率为80khz下进行60min的超声处理得分散液。
(4)将步骤(3)所得的分散液在烘箱中以150℃下烘干后得改性抗静电剂。
实施例2
(1)将15g环氧树脂预先溶解在乙醚，然后将5g石墨磨成粉加入到溶解好的环氧树脂溶液中，在搅拌的温度设为55℃，以搅拌的转速为1500rpm下搅拌1.5h得混合液。
(2)将步骤(1)得到的混合液在125℃下加热5h后，转入马弗炉后，再以2℃/min的降温速率降至室温，再进行第一次超声处理，所述超声处理是在功率为30khz下处理的22min得石墨改性分散液。
(3)向所述石墨改性分散液添加25g水性聚氨酯，在高速搅拌机下以搅拌的转速为1100rpm/min条件下搅拌10min，搅拌后再将该溶液用超声波分散器在功率为100khz下进行80min的超声处理得分散液。
(4)将步骤(3)所得的分散液在烘箱中以200℃下烘干后得改性抗静电剂。
实施例3
(1)将13g环氧树脂预先溶解在乙醚，然后将4g石墨磨成粉加入到溶解好的环氧树脂溶液中，在搅拌的温度设为50℃，以搅拌的转速为1200rpm下搅拌1.8h得混合液。
(2)将步骤(1)得到的混合液在135℃下加热2h后，转入马弗炉后，再以3℃/min的降温速率降至室温，再进行第一次超声处理，所述超声处理是在功率为40khz下处理的24min得石墨改性分散液。
(3)向所述石墨改性分散液添加23g水性聚氨酯，在高速搅拌机下以搅拌的转速为1200rpm/min条件下搅拌30min，搅拌后再将该溶液用超声波分散器在功率为70khz下进行60min的超声处理得分散液。
(4)将步骤(3)所得的分散液在烘箱中以150℃下烘干后得改性抗静电剂。
实施例4
(1)将15g环氧树脂预先溶解在乙醚，然后将5g石墨磨成粉加入到溶解好的环氧树脂溶液中，在搅拌的温度设为45℃，以搅拌的转速为2000rpm下搅拌1.7h得混合液。
(2)将步骤(1)得到的混合液在145℃下加热3h后，转入马弗炉后，再以2.5℃/min的降温速率降至室温，再进行第一次超声处理，所述超声处理是在功率为50khz下处理的26min得石墨改性分散液。
(3)向所述石墨改性分散液添加25g水性聚氨酯，在高速搅拌机下以搅拌的转速为1000rpm/min条件下搅拌25min，搅拌后再将该溶液用超声波分散器在功率为90khz下进行70min的超声处理得分散液。
(4)将步骤(3)所得的分散液在烘箱中以180℃下烘干后得改性抗静电剂。
实施例5
(1)将13g环氧树脂预先溶解在乙醚，然后将3g石墨磨成粉加入到溶解好的环氧树脂溶液中，在搅拌的温度设为42℃，以搅拌的转速为1500rpm下搅拌1.9h得混合液。
(2)将步骤(1)得到的混合液在150℃下加热4h后，转入马弗炉后，再以2℃/min的降温速率降至室温，再进行第一次超声处理，所述超声处理是在功率为25khz下处理的28min得石墨改性分散液。
(3)向所述石墨改性分散液添加20g水性聚氨酯，在高速搅拌机下以搅拌的转速为1100rpm/min条件下搅拌20min，搅拌后再将该溶液用超声波分散器在功率为100khz下进行80min的超声处理得分散液。
(4)将步骤(3)所得的分散液在烘箱中以160℃下烘干后得改性抗静电剂。
实施例6
(1)将15g环氧树脂预先溶解在乙醚，然后将4g石墨磨成粉加入到溶解好的环氧树脂溶液中，在搅拌的温度设为60℃，以搅拌的转速为1000rpm下搅拌2h得混合液。
(2)将步骤(1)得到的混合液在160℃下加热5h后，转入马弗炉后，再以3℃/min的降温速率降至室温，再进行第一次超声处理，所述超声处理是在功率为50khz下处理30min得石墨改性分散液。
(3)向所述石墨改性分散液添加25g水性聚氨酯，在高速搅拌机下以搅拌的转速为1200rpm/min条件下搅拌30min，搅拌后再将该溶液用超声波分散器在功率为100khz下进行90min的超声处理得分散液。
(4)将步骤(3)所得的分散液在烘箱中以200℃下烘干后得改性抗静电剂。
对比例1
(1)将10g环氧树脂预先溶解在乙醚，然后将3g石墨磨成粉加入到溶解好的环氧树脂溶液中，在搅拌的温度设为60℃，以搅拌的转速为1000rpm下搅拌1.6h得混合液。
将步骤(1)得到的混合液在120℃下加热2～5h后，转入马弗炉后，再以3℃/min的降温速率降至室温，再进行第一次超声处理，所述超声处理是在功率为25khz下处理的20min得石墨改性分散液。
(3)将步骤(2)所得的石墨改性分散液在烘箱中以150℃下烘干后得抗静电剂。
对比例2
市售的防静电剂
对比例3
(1)将20g环氧树脂预先溶解在乙醚，然后将3g石墨磨成粉加入到溶解好的环氧树脂溶液中，在搅拌的温度设为60℃，以搅拌的转速为1000rpm下搅拌1.6h得混合液。
(2)将步骤(1)得到的混合液在120℃下加热2～5h后，转入马弗炉后，再以3℃/min的降温速率降至室温，再进行第一次超声处理，所述超声处理是在功率为25khz下处理的20min得石墨改性分散液。
(3)向所述石墨改性分散液添加25g水性聚氨酯，在高速搅拌机下以搅拌的转速为1000rpm/min条件下搅拌25min，搅拌后再将该溶液用超声波分散器在功率为80khz下进行60～90min的超声处理得分散液。
(4)将步骤(3)所得的分散液在烘箱中以200℃下烘干后得改性抗静电剂。
将上述实施例1～6制得的改性抗静电剂以及对比例1～3制得的抗静电剂材料按如下方法测试其电化学性能：
将实施例1～6制备得到得改性抗静电剂取1g(或对比例制得的抗静电剂)、水性聚氨酯乳液20g、与分散剂、消泡剂0.8g、乳化剂5g、粘稠调整剂、防腐剂1g、防沉淀剂0.6g，其余溶剂4g分别制备出涂料，再使用喷枪将涂料均匀喷涂于铝材上，室温下干燥后，制得涂层进行性能测试，测试结果如下表1所示：
依照GB/T 15662-1995测试涂层的表面电阻率，依照GB/T1734测试涂层耐酸碱性和耐汽油性，依照GB/T1720测试涂层附着力。
表1各实施例的附着力和耐酸碱性和耐汽油性的性能测试
从表1可以看出，本发明实施例1～6制备改性抗静电剂取材料的具有对铝材的良好的附着力，同时本身制备的涂料符合国家标准要求，耐酸碱性和耐汽油性均提高。对比例1-3与实施例1的制备工艺一样，只是对比例1在制备改性抗静电剂时未添加水性聚氨酯成分，对比例3的石墨、环氧树脂和水性聚氨酯的比例变化了，超出实施例的范围，故制备出的耐酸碱性和耐汽油性稍弱。对比例2是市售的，也符合标准，但是相比较没有实施例效果好。
对各实施例各进行3次测试，测试结果如表2所示：
表2各实施例的表面电阻率
由表2可知：对比例1～3的制备出的涂料电阻率平均低于1.5*109，相比较实施例1～3制得的涂料电阻率低一些，导电率更弱一些，故本发明制备的电阻率更高，电流通过材料的阻碍越小，抗静电效果更好。
综上可知，本发明提供的技术方案中，提出一种改性抗静电剂，通过选择适当比例石墨、环氧树脂和水性聚氨酯，以水性聚氨酯为成膜树脂，以石墨和环氧树脂得复合材料为导电物质，获得改性抗静电剂，经过特定的工艺处理，使得改性抗静电剂电阻率高，防静电能力更强，应用在水性卷铝上具有广阔市场应用前景。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种改性抗静电剂，应用于水性卷铝涂料，其特征在于，包括以下重量份的原料：石墨3～5份、环氧树脂10～15份、水性聚氨酯20～25份。
2.一种如权利要求1所述的改性抗静电剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将石墨磨粉后，边搅拌边加入环氧树脂溶液得混合物A；
S2、将所述混合物A加热反应后，再降温进行第一次超声处理得石墨改性分散液；
S3、向所述石墨改性分散液添加水性聚氨酯，搅拌后进行第二次超声处理得分散液；
S4、将所述分散液烘干后得改性抗静电剂。
3.如权利要求2所述的改性抗静电剂的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，搅拌的转速为1000～2000rpm；和/或，
搅拌的时间为1.5～2h；和/或，
搅拌的温度为40～60℃。
4.如权利要求2所述的改性抗静电剂的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，加热的温度是120～160℃；和/或，
加热的时间为2～5h；和/或，
降温的速率为2～3℃/min。
5.如权利要求2所述的改性抗静电剂的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，第一次超声处理的功率为25～50khz；和/或，
第一次超声处理的时间为20～30min。
6.如权利要求2所述的改性抗静电剂的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，第二次超声处理的功率为70～100khz；和/或，
第二次超声处理的时间为60～90min。
7.如权利要求2所述的改性抗静电剂的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，
搅拌的转速为1000～1200rpm/min；和/或，
搅拌的时间为10～30min。
8.如权利要求2所述的改性抗静电剂的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，烘干的温度为150～200℃。
9.一种水性涂料，其特征在于，所述水性涂料包括如权利要求1所述的改性抗静电剂。
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| CN105505161A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-04-20 | 无锡同创石墨烯应用科技有限公司 | 一种石墨烯改性水性导电涂料组合物及其制备方法 |
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