CN1203144C - 水性抗静电涂料 - Google Patents
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Abstract
一种水性抗静电涂料由1-60份重量的导电物质和40-99份重量的成膜物质构成，所述导电物质是水溶性聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺，所述成膜物质是2，4-甲苯二异氰酸酯交联改性聚乙烯醇；所述水溶性聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺由聚苯乙烯磺酸、苯胺、过硫酸铵在水溶液进行氧化聚合反应得到；所述2，4-甲苯二异氰酸酯改性聚乙烯醇通过用2，4-甲苯二异氰酸酯对聚乙烯醇进行改性反应得到；本发明的环保型涂料以水为溶剂、附着力优良、物理机械性能良好、耐有机溶剂、耐腐蚀、具有较好耐水性、稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及涂料领域，更详细地是水性抗静电涂料。
本发明还涉及所述涂料的制备方法。
背景技术
抗静电涂料是涂于非导电体基材上，使之具有一定的传导电流和消除静电荷能力的功能性涂料。抗静电涂料与电镀、真空溅射等其它获得导电层的技术手段相比，具有设备简单、施工方便、成本低廉、应用范围广等诸多优点，尤其适合各种复杂形状表面的涂覆。
目前抗静电涂料主要是添加型，所采用的导电添加剂主要有两类：一类是抗静电剂，另一类是各种导电填料。抗静电剂多为极性或离子型的低分子表面活性剂，如烷基磺酸盐、季铵盐型、硬脂酰胺丙基二甲基-β-羟乙基铵二氢磷酸盐等。它们只能赋予材料较低的导电性能，电导率一般小于10-7S/cm，使用寿命短，抗静电剂会不断地迁移至表面被消耗掉。导电性受环境如温度、湿度、摩擦等因素的影响大。导电填料包括导电炭黑、石墨、炭纤维及金属或者金属氧化物粉末等，这些导电填料与聚合物结构的差异较大，分散性较差，很难形成均相体系，从而影响其导电性以及附着力、冲击强度等物理机械性能。
聚苯胺用于抗静电涂料方面的研究还不多。德国Zipperling Kessler公司把聚苯胺作为导电填料以纳米尺寸(约70nm)分散于其他聚合物中研制出聚苯胺抗静电涂料，电导率为10-9～10-1S/cm，硬度为2B～4H，当厚度为0.3～5μm时为绿色透明物质(《Synthetic Metals》，1998，93：143)。鲁照玲以功能质子酸掺杂的聚苯胺为导电填料，以漆酚醛与酚醛的复合树脂为基体，以二甲苯/正丁醇为溶剂，制备了可用作抗静电的油罐涂料，电导率为10-8S/cm，附着力为4～5级(《材料保护》，1998，31(2)：12)。上述两种聚苯胺抗静电涂料均为溶剂型，不仅需要价格较贵的有机溶剂，而且会造成环境的污染。
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提出一种以水为溶剂、附着力优良、物理机械性能良好、耐有机溶剂、耐腐蚀、具有较好耐水性、稳定性的环保型水性抗静电涂料。
本发明的水性抗静电涂料由1-60份重量的导电物质和40-99份重量的成膜物质构成，所述导电物质是水溶性聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺，所述成膜物质是2，4-甲苯二异氰酸酯交联改性聚乙烯醇。
所述水溶性聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺由聚苯乙烯磺酸、苯胺、过硫酸铵在水溶液进行氧化聚合反应得到。
所述水溶性聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺更具体的制备方法包括下列步骤：
(1)、将摩尔磺化度大于80％的聚苯乙烯磺酸溶于水，加入苯胺，在6～30℃下加入过硫酸铵水溶液；
(2)、0.5～7小时后过滤，沉淀滤液，用水溶解洗涤沉淀物，再次沉淀并过滤，干燥沉淀物得到产物；
上述原料的重量份数组成如下：
苯胺 60～100
过硫酸铵 40～280
聚苯乙烯磺酸 100～800
水 4000～8000。
第(2)所述的过滤可以采用减压抽滤等方式；
所述沉淀可以用丙酮等。
在上述条件下制备的聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺具有较好的导电性能，很容易用水溶解，得到均匀稳定的墨绿色溶液，静置一年以上不会产生沉淀。
所述2，4-甲苯二异氰酸酯改性聚乙烯醇通过用2，4-甲苯二异氰酸酯对聚乙烯醇进行改性反应得到。
所述2，4-甲苯二异氰酸酯改性聚乙烯醇更具体的制备方法包括：
30～70℃下在聚乙烯醇水溶液中加入2，4-甲苯二异氰酸酯，反应1～3小时，即得到2，4-甲苯二异氰酸酯改性聚乙烯醇水溶液；上述原料的重量份数组成如下：
聚乙烯醇 20～100
2，4-甲苯二异氰酸酯 5～30
水 900～950。
上述导电物质与成膜物质混合后，导电物质在成膜物质中均匀分散、电导率为10-8～10-2S/cm的抗静电功能涂料。
本发明的涂料可以根据性能和使用要求再添加其他助剂，如消泡剂、增塑剂、抗氧剂、紫外线吸收剂等。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)以高分子酸掺杂聚苯胺为导电物质，经2，4-甲苯二异氰酸酯交联改性的聚乙烯醇为成膜物质，两者可形成良好的均匀复合，无低分子抗静电剂的渗出现象和无机导电填料分散不均现象。
(2)本发明的涂料具有良好的抗静电功能，聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺用量为1％，电导率就可以达到10-8S/cm，比不含聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺的2，4-甲苯二异氰酸酯改性的聚乙烯醇电导率10-12S/cm提高4个数量级；漆膜对玻璃、马口铁、混凝土等均具有良好的附着力、优良的物理机械性能、耐有机溶剂、耐腐蚀、较好的耐水性能以及良好的稳定性。
(3)溶剂为水，节约能源、资源，无公害，无污染，来源丰富、价廉、取材方便。一方面有利于环境保护，符合全球绿色化学概念的发展趋势；另一方面也能带来更大的经济效益。
(4)本发明生产过程简单易行，不需要特殊设备，具有良好的应用前景。可用于各种生产或存放易燃易爆化工产品的厂房和仓库、电子电气产品厂房、玻璃、混凝土制品及建筑物等的防静电涂料。
具体实施方式
实施例1
聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺的合成
取30g聚苯乙烯磺酸样品(摩尔磺化度为85％)用600ml水溶解，加入10ml苯胺，充分搅拌使之混合均匀；取20g过硫酸铵用400ml水溶解，加入反应体系，用冰浴控温在14℃左右。4小时减压抽滤，丙酮沉淀滤液，沉淀物用水溶解，再一次用丙酮沉淀，沉淀物经抽滤分离后，放入真空烘箱在60℃下干燥至恒重，即得到聚苯乙烯磺酸掺杂的聚苯胺。在此条件下制备的聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺的电导率为0.16S/cm，很容易用水溶解。
2，4-甲苯二异氰酸酯改性聚乙烯醇的制备
50g聚乙烯醇加入950ml水中，溶解后得到聚乙烯醇水溶液。将温度控制为50℃加入15ml的2，4-甲苯二异氰酸酯，反应2小时，即得到2，4-甲苯二异氰酸酯交联改性聚乙烯醇水溶液，成膜后具有良好的耐水性能。
水性抗静电涂料的制备
将聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺用水溶解，按固体物配比10/90(重量比)加入改性聚乙烯醇水溶液即得合格产品，漆膜呈墨绿色半透明状，电导率为1.10×10-7S/cm，对玻璃、马口铁、混凝土的附着力均为1级，铅笔硬度为3H，涂在马口铁上的漆膜的冲击强度大于490N.cm。漆膜在空气中放置六个月或用汽油、煤油等在室温下浸泡一个月外观及性能无明显变化；在水中浸泡15天，漆膜发生轻微的溶胀，烘干后漆膜外观无明显变化，电导率为9.82×10-8S/cm，附着力为2级，铅笔硬度为3H，涂在马口铁上的漆膜的冲击强度大于473N.cm，显示了较好的耐水性能。
实施例2
导电物质与成膜物质的制备同实施例1，将聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺和改性聚乙烯醇按固体物重量比50/50共混。所得漆膜呈墨绿色，电导率为4.70×10-3S/cm，对玻璃、马口铁、混凝土的附着力均为2级，铅笔硬度为2H，涂在马口铁上的漆膜的冲击强度为450.8N.cm。经1mol/L HCl和3.5％NaCl浸渍实验表明，漆膜具有良好的防腐蚀性能。
实施例3
导电物质与成膜物质的制备同实施例1，将聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺和改性聚乙烯醇按固体物重量比1/99共混。所得漆膜呈浅绿色透明状，电导率为1.31×10-8S/cm，对玻璃、马口铁、混凝土的附着力均为0级，铅笔硬度为4H，涂在马口铁上的漆膜的冲击强度大于490N.cm。
实施例4
导电物质与成膜物质的制备同实施例1，将聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺固体物直接加入到步骤二制备的2，4-甲苯二异氰酸酯改性聚乙烯醇水溶液中，固体物重量比为1/99，充分搅拌溶解，混合均匀。所得漆膜的外观及性能与按实例3制得的漆膜没有差别。
Claims (6)
1、一种水性抗静电涂料，其特征在于由1-60份重量的导电物质和40-99份重量的成膜物质构成，所述导电物质是水溶性聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺，所述成膜物质是2，4-甲苯二异氰酸酯交联改性聚乙烯醇。
2、根据权利要求1所述的水性抗静电涂料，其特征在于所述水溶性聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺由聚苯乙烯磺酸、苯胺、过硫酸铵在水溶液进行氧化聚合反应得到。
3、根据权利要求1或2所述的水性抗静电涂料，其特征在于所述2，4-甲苯二异氰酸酯改性聚乙烯醇通过用2，4-甲苯二异氰酸酯对聚乙烯醇进行改性反应得到。
4、根据权利要求1或2所述的水性抗静电涂料，其特征在于所述水溶性聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺通过下列步骤制备得到：
(1)、将摩尔磺化度大于80％的聚苯乙烯磺酸溶于水，加入苯胺，在6～30℃下加入过硫酸铵水溶液；
(2)、0.5～7小时后过滤，沉淀滤液，用水溶解洗涤沉淀物，再次沉淀并过滤，干燥沉淀物得到产物；
上述原料的重量份数组成如下：
苯胺 60～100
过硫酸铵 40～280
聚苯乙烯磺酸 100～800
水 4000～8000。
5、根据权利要求1或2所述的水性抗静电涂料，其特征在于所述2，4-甲苯二异氰酸酯改性聚乙烯醇通过下列方法制备得到：30～70℃下在聚乙烯醇水溶液中加入2，4-甲苯二异氰酸酯，反应1～3小时，即得到2，4-甲苯二异氰酸酯改性聚乙烯醇水溶液；上述原料的重量份数组成如下：
聚乙烯醇 20～100
2，4-甲苯二异氰酸酯 5～30
水 900～950。
6、根据权利要求1或2所述的水性抗静电涂料，其特征在于所述水溶性聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺通过下列步骤制备得到：
(1)、将摩尔磺化度大于80％的聚苯乙烯磺酸溶于水，加入苯胺，在6～30℃下加入过硫酸铵水溶液；
(2)、0.5～7小时后过滤，沉淀滤液，用水溶解洗涤沉淀物，再次沉淀并过滤，干燥沉淀物得到产物；
上述原料的重量份数组成如下：
苯胺 60～100
过硫酸铵 40～280
聚苯乙烯磺酸 100～800
水 4000～8000；
所述2，4-甲苯二异氰酸酯改性聚乙烯醇通过下列步骤制备得到：30～70℃下在聚乙烯醇水溶液中加入2，4-甲苯二异氰酸酯，反应1～3小时，即得到2，4-甲苯二异氰酸酯改性聚乙烯醇水溶液；上述原料重量份数组成如下：
聚乙烯醇 20～100
2，4-甲苯二异氰酸酯 5～30
水 900～950。
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