CN116285626A - 一种水性防静电着色涂料、其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水性防静电着色涂料、其制备方法与应用。所述水性防静电着色涂料的原料包括水性脂肪族聚氨酯树脂、改性珠光粉、磺化处理的金属性单壁碳纳米管、交联剂、增稠剂、助剂和稀释剂等，其中改性珠光粉为表面结合有聚苯胺纳米球和苯胺低聚物的珠光粉。本发明的水性抗静电涂料的着色效果好、导电性优良，并具有稳定性高、耐溶剂性和抗腐蚀性好等优点，适于在电子、半导体、精密机械等多个领域广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种水性防静电着色涂料，具体涉及一种水性防静电着色涂料及其制备方法和应用，属于涂料技术领域。
背景技术
对于电子、半导体、精密机械等多个领域的产品包装和储运工具而言，防静电处理已经成为一个必不可少的加工工序。而且随着行业的不断发展，新的需求也不断出现。以电子器件的塑料承载托盘为例，大型电子产品组装工厂不仅要求对不同托盘做颜色区分，同时还要求托盘具有优良防静电功能。
目前用于对塑料制品进行着色的工艺主要有两种，其中一种是在塑料制品的原料挤出过程中添加色母，但由于挤出工艺要求一定的原料储备和洗机过程，造成了成本较高，灵活性差；另一种是在塑料制品成型后进行染料涂覆，缺点是遮盖力不足，区分效果有限。而且，这两种方式均无法赋予塑料制品抗静电功能。
为实现对已成型塑料制品的防静电处理，包括本申请人在内的诸多研究者提出了多种解决方案，其中一种主要的解决方案是以抗静电涂料涂覆塑料制品，以形成抗静电涂层。现有的抗静电涂料主要是通过在涂料的基础组分中添加碳纳米管、石墨烯、金属纳米线或其他导电材料形成，例如可以参阅本申请人此前申请的专利CN105153448B、CN104893538B、CN1 13717627B。然而现有的这些抗静电涂料一般难以同时实现对塑料制品的着色。
通过在抗静电涂料中添加颜料，可能会使抗静电涂料兼具防静电和着色功能，而业界也基于此设想，尝试了多种方案，但结果或是出现了抗静电性能下降的问题，或是出现了着色不均的问题，或是出现了抗静电涂层与基底结合力变弱的问题，因此这些方案均不具实用性。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种水性防静电着色涂料及其制备方法与应用，以克服现有技术中的不足。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明的一个方面提供了一种水性防静电着色涂料，其原料包括按照质量百分比计算的如下组分：15～30％水性脂肪族聚氨酯树脂、1～10％改性珠光粉、1～10％磺化处理的金属性单壁碳纳米管、0.1～5％交联剂、1～5％增稠剂、0.1～10％助剂和25～80％稀释剂；其中，所述改性珠光粉为表面结合有聚苯胺纳米球和苯胺低聚物的珠光粉。
进一步的，所述水性防静电着色涂料中所有组分的含量之和为100wt％。
在一个实施例中，所述改性珠光粉的制备方法包括：
将苯胺溶解于极性有机溶剂，形成浓度为3～8wt％的苯胺溶液；
将珠光粉分散于所述苯胺溶液中，形成混合液，其中珠光粉的含量为30～100g/L；
以酸性试剂将所述混合液的pH值调节至1～4，之后加入氧化剂，在40～60℃反应6～12h，之后从反应混合物中分离获得改性珠光粉。
其中，从所述反应混合物中分离获得改性珠光粉的方式可以是离心、过滤等方式。以及，在分离出改性珠光粉后，优选对其进行清洗、干燥处理，以去除游离的苯胺单体、苯胺低聚物、聚苯胺纳米球和其他杂质。这些操作均是本领域常见的，此处不再赘述。
在一个实施例中，所述珠光粉包括云母钛珠光粉。
在一个实施例中，所述极性有机溶剂包括N，N-二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺或N-甲基呲咯烷酮中的一种或多种的组合，且不限于此。
在一个实施例中，所述引发剂包括过硫酸铵。
在一个实施例中，所述引发剂与苯胺的摩尔比为1∶1左右。
在一个实施例中，所述酸性试剂包括盐酸。
在一个实施例中，所述磺化处理的金属性单壁碳纳米管的长度为5～15μm、直径为1～2nm。
在一个实施例中，所述水性脂肪族聚氨酯树脂包括脂肪族聚氨酯分散液或乳液等，且不限于此。
在一个实施例中，所述交联剂包括氮丙啶、聚碳化二亚胺、氨基树脂中的任意一种或多种的组合，且不限于此。
在一个实施例中，所述增稠剂选自聚氨酯型增稠剂，如Rheovis PU1331(DSX3100)、Rheovis PU1291(DSX3801)、Rheovis PU1191(DSX3291)等，且不限于此。
在一个实施例中，所述助剂包括流平剂、助溶剂、润湿剂中的任意一种或多种的组合，且不限于此。
例如，所述流平剂可以为聚醚改性有机硅或者聚酯改性有机硅水性树脂流平剂、氟类表面活性剂，优选为BYK331、BYK333、BYK378、FSN100，且不限于此。
所述助溶剂可以为乙二醇、丙三醇、异丙醇、N-甲基呲咯烷酮、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃等的任意一种和组合，且不限于此。
所述润湿剂可以为水性润湿剂，优选为BYK191、BYK192、BYK193、BYK180、BYK181、BYK183、BYK194等，且不限于此。
在一个实施例中，所述稀释剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、乙二醇、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、丙二醇、丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯中任意两种以上的组合，且不限于此。
本发明的另一个方面提供了一种制备所述水性防静电着色涂料的方法，其包括：
将苯胺溶解于极性有机溶剂，形成浓度为3～8wt％的苯胺溶液；
将珠光粉分散于所述苯胺溶液中，形成混合液，其中珠光粉的含量为30～100g/L；
以酸性试剂将所述混合液的pH值调节至1～4，之后加入氧化剂，在40～60℃反应6～12h，之后从反应混合物中分离获得改性珠光粉；
将水性脂肪族聚氨酯树脂、改性珠光粉、磺化处理的金属性单壁碳纳米管、交联剂、增稠剂、助剂和稀释剂均匀混合，制得水性防静电着色涂料。
本发明中，通过使适量的苯胺在珠光粉表面原位聚合形成聚苯胺纳米球和苯胺低聚物，从而在珠光粉表面形成高低起伏且不连续的聚合物层，实现了对珠光粉的改性，不仅使珠光粉与涂层中的聚氨酯等主要成膜组分具有更高相容性、分散更为均匀，而且相较于在珠光粉表面包覆连续聚苯胺层等方式，还有效避免了对珠光粉表面过度遮盖引起的着色效果下降等缺陷，只需少量添加，即可达到优良着色效果，并在涂层内铺展形成更为均匀、致密的屏蔽结构，赋予涂层更好的抗老化性能，特别是，这种改性珠光粉还能通过表面的修饰层与磺化处理的金属性单壁碳纳米管更好的结合，一方面可以作为碳纳米管的辅助分散剂，使碳纳米管在涂层中保持良好分散性，并提高碳纳米管与聚氨酯等主要成膜组分的结合强度，另一方面还与碳纳米管协同，在涂层中构建了兼具导电和力学增强功能的网络结构，从而最终使涂层呈现出着色效果均匀、导电性优良、稳定性高、耐溶剂性和抗老化性能好、综合力学性能良好等优点。
本发明的再一个方面提供了一种防静电着色涂层，其由所述水性防静电着色涂料形成。
本发明的又一个方面提供了所述水性防静电着色涂料在制备防静电结构中的用途。
例如，本发明的一个实施例提供了一种防静电膜，包括基底膜以及所述的防静电着色涂层，所述防静电着色涂层覆盖于基底膜表面。所述基底膜的材质包括但不限于包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺(PI)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等聚酯材料，或聚醚砜(PES)、纤维素酯、聚氯乙烯(PVC)、苯并环丁烯(BCB)或丙烯酸树脂中的任意一种或两种以上的组合。
较之现有技术，本发明至少具有如下优点：
(1)提供的水性防静电着色涂料为水性体系，安全环保，稳定性好，利于长期存储和运输，使用便利，粘度可控，易于通过刮涂、刷涂、喷涂等多种方式形成均匀涂层，施工简便。
(2)提供的水性防静电着色涂料在形成涂层后，不仅具有优良的抗静电性能和优异着色性能，同时还具有稳定性高、耐溶剂性和耐腐蚀性好、使用寿命长等优点。
附图说明
图1是实施例1中一种表面覆盖有防静电着色涂层的PET薄膜的照片；
图2是对比例1中一种表面覆盖有防静电着色涂层的PET薄膜的照片；
图3是实施例2中一种表面覆盖有防静电着色涂层的PET薄膜的照片。
具体实施方式
以下结合若干实施例对本发明的技术方案做更为详尽地解释说明。若非特别说明，如下各实施例中所使用的原料、相应的加工设备等都可以从市场途径获取，而采用的测试方法及测试设备也均是业界常用的。
例如，如下实施例1-实施例5及对比例1-对比例4中部分原料的部分来源为：
珠光粉：上海云珠颜料科技有限公司，型号为YZ3005；
磺化处理的金属性单壁碳纳米管：是以金属性单壁碳纳米管(江苏先丰纳米材料科技有限公司)为原料，参照文献1的方法制得；
水性脂肪族聚氨酯树脂，广州市瑞麟新材料有限公司R7501；
增稠剂，Rheovis PU1331(DSX3100)；
助剂，以助剂总重计算包含：5wt％流平剂BYK331、90wt％二甲基乙酰胺、5wt％水性润湿剂BYK191。
实施例1-实施例4及对比例1-对比例3所提供的水性防静电着色涂料(如下简称防静电涂料)的配方分别如下表1所示(下表中所列百分比含量均为质量百分比含量)。
表1 实施例1-4及对比例1-3的防静电涂料的配方
注：聚苯胺改性珠光粉是以上述珠光粉为原料，参照文献2制得。
改性珠光粉1的制备方法如下：先将苯胺溶解于N，N-二甲基乙酰胺，形成浓度为3wt％左右的苯胺溶液；再将珠光粉均匀分散于上述苯胺溶液中形成混合液，其中珠光粉的含量分别为30g/L左右；之后以盐酸将所述混合液的pH值调节至1左右，其后加入过硫酸铵，使过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1∶1左右，在60℃左右反应6h左右，然后从反应混合物中离心分离出改性珠光粉，并先后以N-甲基呲咯烷酮、去离子水分别清洗2～3次，最后在50～60℃烘箱中烘干备用。
改性珠光粉2的制备方法如下：先将苯胺溶解于二甲基甲酰胺，形成浓度为5wt％左右的苯胺溶液；再将珠光粉均匀分散于上述苯胺溶液中形成混合液，其中珠光粉的含量分别为50g/L左右；之后以盐酸将所述混合液的pH值调节至2左右，其后加入过硫酸铵，使过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1∶1左右，在40℃左右反应10h左右，然后从反应混合物中离心分离出改性珠光粉，并先后以N-甲基呲咯烷酮、去离子水分别清洗2～3次，最后在50～60℃烘箱中烘干备用。
改性珠光粉3的制备方法如下：先将苯胺溶解于N-甲基呲咯烷酮，形成浓度为8wt％左右的苯胺溶液；之后将珠光粉均匀分散于上述苯胺溶液中形成混合液，其中珠光粉的含量为100g/L左右；然后以盐酸分别将所述混合液的pH值调节至4左右，其后加入过硫酸铵，使过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1∶1左右，在50℃左右反应12h左右，最后从反应混合物中离心分离出改性珠光粉，并先后以N-甲基呲咯烷酮、去离子水分别清洗2～3次，然后在50～60℃烘箱中烘干备用。
实施例1-实施例4中水性防静电着色涂料的制备方法包括：将水性脂肪族聚氨酯树脂和部分稀释剂混合，并以1500r/min左右的转速持续搅拌，之后依次加入改性珠光粉、磺化处理的金属性单壁碳纳米管、交联剂、增稠剂、助剂，最后加入其余稀释剂，再以3000r/min左右的转速高速剪切分散30min左右，制得水性防静电着色涂料。
对比例1-对比例3中抗静电涂料的制备方法可以参考实施例1-实施例4的方法实施。
以上的各防静电涂料在使用时，可以通过刮涂、喷涂、旋涂、印刷等方式涂布在基底上，并在80～120℃烘烤5～15min，从而形成防静电着色涂层。
例如，图1、图3示出的防静电膜是通过将实施例1、实施例2的抗静电涂料分别喷涂在市售PET膜上，然后在100℃左右烘烤8min左右获得。图2示出的一种防静电膜是通过将对比例1的抗静电涂料喷涂在市售PET膜上，然后在100℃左右烘烤8min左右获得。图1-图3所示防静电膜的厚度基本相同。
在相同测试条件下对实施例1-实施例4及对比例1-对比例3所获各涂料样品及其漆膜的性能进行测试，结果如下表2。
表2 实施例1-4及对比例1-3中各抗静电涂料及其漆膜的性能测试结果
注：上表所列测试数据为对多批次样品进行测试后的平均值。
参阅图1-图3及表2可知，本发明中通过对珠光粉进行表面改性后，再与磺化金属性单壁碳纳米管共同添加到水性抗静电涂料体系中，使其在应用于对塑料制品等进行表面着色处理时，着色均匀，遮盖力高，并可定制化实现各种颜色，能实现良好区分效果，同时还形成的涂层还呈现出导电性能优良且可调、稳定性高、耐溶剂性及耐腐蚀性好等优点。
本发明的涂料可以应用在防静电保护膜、防静电塑料托盘、无尘室隔板或其他电子、半导体、精密机械设备的包装、运载装置中。
文献1：专利授权公告号CN1271146C。
文献2：“无机片状颜料负载聚苯胺的防腐蚀研究”，《涂料工业》，2014年11月，第44卷第11期，第11-21页。
以上说明所示的实施例，不可解析为限定本发明的设计思想。在本发明的技术领域里持有相同知识者可以将本发明的技术性思想以多样的形态改良变更，这样的改良及变更应理解为属于本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种水性防静电着色涂料，其特征在于，所述水性防静电着色涂料的原料包括按照质量百分比计算的如下组分：15～30％水性脂肪族聚氨酯树脂、1～10％改性珠光粉、1～10％磺化处理的金属性单壁碳纳米管、0.1～5％交联剂、1～5％增稠剂、0.1～10％助剂和25～80％稀释剂；其中，所述改性珠光粉为表面结合有聚苯胺纳米球和苯胺低聚物的珠光粉。
2.根据权利要求1所述的水性防静电着色涂料，其特征在于，所述改性珠光粉的制备方法包括：
将苯胺溶解于极性有机溶剂，形成浓度为3～8wt％的苯胺溶液；
将珠光粉分散于所述苯胺溶液中，形成混合液，其中珠光粉的含量为30～100g/L；
以酸性试剂将所述混合液的pH值调节至1～4，之后加入氧化剂，在40～60℃反应6～12h，之后从反应混合物中分离获得改性珠光粉。
3.根据权利要求2所述的水性防静电着色涂料，其特征在于，所述珠光粉包括云母钛珠光粉。
4.根据权利要求2所述的水性防静电着色涂料，其特征在于，所述极性有机溶剂包括N，N-二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺或N-甲基呲咯烷酮中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求2所述的水性防静电着色涂料，其特征在于，所述引发剂包括过硫酸铵；和/或，所述引发剂与苯胺的摩尔比为1∶1。
6.根据权利要求2所述的水性防静电着色涂料，其特征在于，所述酸性试剂包括盐酸。
7.根据权利要求1所述的水性防静电着色涂料，其特征在于，所述磺化处理的金属性单壁碳纳米管的长度为5～15μm、直径为1～2nm；和/或，所述水性脂肪族聚氨酯树脂包括脂肪族聚氨酯分散液或乳液；和/或，所述交联剂包括氮丙啶、聚碳化二亚胺、氨基树脂中的任意一种或多种的组合；和/或，所述增稠剂选自聚氨酯型增稠剂；和/或，所述助剂包括流平剂、助溶剂、润湿剂中的任意一种或多种的组合；和/或，所述稀释剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、乙二醇、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、丙二醇、丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯中任意两种以上的组合。
8.权利要求1-7中任一项所述水性防静电着色涂料的制备方法，其特征在于包括：
将苯胺溶解于极性有机溶剂，形成浓度为3～8wt％的苯胺溶液；
将珠光粉分散于所述苯胺溶液中，形成混合液，其中珠光粉的含量为30～100g/L；
以酸性试剂将所述混合液的pH值调节至1～4，之后加入氧化剂，在40～60℃反应6～12h，之后从反应混合物中分离获得改性珠光粉；
将水性脂肪族聚氨酯树脂、改性珠光粉、磺化处理的金属性单壁碳纳米管、交联剂、增稠剂、助剂和稀释剂均匀混合，制得水性防静电着色涂料。
9.一种防静电着色涂层，其特征在于，它由权利要求1-7中任一项所述的水性防静电着色涂料形成。
10.一种防静电膜，包括基底膜，其特征在于还包括权利要求9所述的防静电着色涂层，所述防静电着色涂层覆盖于基底膜表面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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