CN1730571A - 一种水性导电涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种水性导电涂料及其制备方法。本发明的导电涂料是以混合价金属氧化物作为导电剂，具体由乳液、导电剂、颜填料、助剂和水配制而成。利用本发明制备出的水性导电涂料，其表面电阻率为100Ωcm～102Ωcm。该涂料不仅具有良好的导电性，而且具有屏蔽电磁波、吸波等功效，因此，在电子工业、油罐内壁、航空航天、电致发热、电磁屏蔽和建筑取暖等诸多领域具有广阔的应用前景。

Description

一种水性导电涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体涉及一种水性导电涂料及其制备方法。
背景技术
导电涂料是指涂敷在非导电基材上，使之具有传导电流和排除积累静电荷能力的一类功能涂料。导电涂料是一种专用涂料，随着工业技术的发展及对各种电气性能要求的提高，导电涂料的应用范围也越来越广阔。
现有的导电涂料，绝大多数为溶剂型涂料，主要由树脂、稀释剂、添加剂以及导电填料等组成。常用的树脂有环氧树脂、聚氨酯、酚醛树脂、丙烯酸树脂等。导电填料一般是银、铜、镍等金属粉末，碳黑、石墨及氧化物等非金属粉末。银粉的导电性优良，但价格昂贵，难以普遍采用。镍系涂料价格适中，屏蔽效果好，抗氧化能力比铜强，但镍系涂料在低频区的屏蔽效果远不如铜系涂料。铜系涂料导电性和电磁屏蔽效果好，但抗氧化性差。碳黑、石墨作为导电填料，其耐候性好，但导电性较差，电磁屏蔽效果不好。其他氧化物类导电填料导电性很难达到要求。总的来说，传统的导电涂料制备技术主要存在两个不足，其一是导电剂不够理想。这主要表现在导电效果不好或者导电性能不稳定或者价格昂贵；其二是现有的导电涂料几乎均以有机物作为溶剂，对环境污染严重。因此，探索环保高效的导电涂料是一类非常有意义的课题。
发明内容
本发明的目的是提出一种节约成本，同时用水代替有机溶剂，保护环境的水性导电涂料及其制备方法。
本发明提出的一种水性导电涂料，以混合价金属氧化物作为导电剂，水作为溶剂，辅以乳液、助剂配制而成。各组份的重量百分比为：
组份                                重量百分比(wt％)
乳液                                15～30
混合价金属氧化物导电剂              60～75
颜填料                              0～20
成膜助剂                            2～8
增稠剂                              1～8
其它助剂                            1～9.2
水                                  1～20
以上各组份重量之和满足100％。
本发明中，所述乳液可以采用水性氟碳乳液、硅丙乳液、纯丙乳液、苯丙乳液或醋丙乳液等中的一种。根据对导电涂料耐候性等要求的不同，选择合适的乳液。
本发明中，所述导电剂可以采用混合价钛氧化物(TiOx)、混合价钨氧化物(WOx)、混合价钼氧化物(MoOx)或混合价锡氧化物(SnOx)之一至二种。
本发明中，所述颜填料可以采用钛白粉、立德粉、硅灰石粉、高岭土、重钙、轻钙、云母粉、沉淀硫酸钡、滑石粉或氧化锌之一至三种。
本发明中，所述成膜助剂可以采用醇类、酯醇类、醇醚类或醇醚酯类之一种，酯醇类有十二酯醇等。
本发明中，所述增稠剂可以采用聚丙烯酸盐增稠剂、纤维素增稠剂或聚氨酯缔合型增稠剂中的一种。
本发明中，所述其它助剂为制备水性涂料常规润湿分散剂、消泡剂、防腐剂、防霉剂、抗冻剂、流平剂、pH调节剂等。例如：防腐剂可以采用LXE防腐剂、LFM防腐剂、M-8防腐剂等中的一至二种；防霉剂可以采用防霉杀菌剂系列中的Troy186防腐剂等；润湿分散剂可以采用诺普科的SN-5040、SN-5034、NP-10等中的一种；消泡剂可以采用NXZ消泡剂、188A消泡剂、SN-327消泡剂、CF-245消泡剂、CF-247消泡剂等中的一种；抗冻剂可以是丙二醇或者乙二醇之一种；流平剂可以采用SN-WET992、SN-WET990、SN-WETL等中的一种；pH调节剂可以采用氨水、盐酸或AMP-95多种能助剂等中的一种。
本发明中，导电剂的添加量为60～75wt％，对应漆膜的电阻率大小范围为100Ωcm～102Ωcm。当导电剂的添加量小于60％时，由于导电剂的添加量太少，无法形成导电网络，因此，达不到导电效果；当导电剂的添加量大于75％时，漆膜的物理性能受到影响，不能够形成良好的漆膜。本发明可以根据实际需要，通过调整混合价金属氧化物的添加量，来控制漆膜的电阻率。
本发明中，将两种或多种不同导电粉体混合使用，可以调节出不同的颜色，并具有良好的导电性。另外，导电剂的粒径越小，获得的漆膜外观越光滑平整，耐磨擦抗冲击力也越好，同时还可以降低涂料贮存过程中的沉降率，提高涂料的综合性能。该涂料不仅可以用作导电涂料，而且具有吸波和电磁辐射防护等效用。
本发明的导电机理为：加入的混合价氧化物粉体在整个涂层中形成立体的导电网络，电子易通过导电网络和隧道效应自由移动。涂层电阻是由两部分组成的，一部分是本征电阻，另一部分是接触电阻。导电剂的粒径越小，单位体积内的粒子数越多，接触机率增多，形成的导电网络的可能性也增大，因此，电阻率也随之减小。
本发明提出一种水性导电涂料的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将60-80％的水倒入搅拌缸中，向其中加入成膜助剂、其他助剂，充分搅拌，搅拌速率为1000转/分-1400转/分，搅拌15-35分钟；
(2)将颜填料、导电剂加入到步骤(1)的混合体系中，充分搅拌；
(3)将步骤(2)中得到的混合体系进行砂磨，使颜填料和导电剂充分分散；
(4)将乳液加入到步骤(3)中得到的体系中，并慢速搅拌，控制pH值在6.0～7.0；
(5)向步骤(4)中加入增稠剂和剩余的水，调节体系至合适的黏度；
(6)过筛去除杂质，得到成品水性导电涂料，其中，筛的目数可以是50～300目。
利用本发明的制备方法制备出的导电涂料，导电性能好、成本低；导电涂料具有导电性能持久稳定，漆膜细腻，耐磨、耐冲击、耐酸碱、耐温变等特点。
本发明具有如下优点：
1、本发明以混合价金属氧化物粉体作为导电剂，具有原料来源广，供应充足，价格便宜且导电效果好等优点。
2、本发明的导电涂料制备工艺简单，涂层平整度好，耐擦洗、耐候性优良。
3、本发明制备出的导电涂料不仅导电性能优异，而且其耐酸碱、耐温变性能优异。
4、本发明以水作为溶剂，不仅降低了成本，更重要的是对环境友好。
5、利用本发明制备出的产品具有导电、屏蔽电磁波、吸波等功效。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
该导电涂料的基本配方为：
    原料名称     用量/g
    氟碳乳液十二酯醇成膜助剂丙二醇抗冻剂Troy186防霉杀菌剂LXE防腐剂钛混合价氧化物导电剂滑石粉     182.420.20.3601
    SN-5040润湿分散剂SN-WET992流平剂NXZ消泡剂纤维素增稠剂pH调节剂     0.450.150.3580.05
    水     7.15
将60-80％的水倒入搅拌缸中，再向其中依次加入润湿剂、分散剂、防霉剂、防霉剂和部分消泡剂(消泡剂也可以一次性加入)，用分散机充分搅拌，搅拌速率为1200转/分钟，搅拌25分钟；然后将颜填料、导电剂加入其中，进行砂磨，使颜填料和导电剂充分分散至细度达到30μm以下；将乳液加入到研磨后的体系中，并慢速搅拌；加入pH调节剂调节体系的pH值到6.5，并加入剩余的消泡剂；加入增稠剂和剩余的水，调节体系至合适的黏度；用250目过筛去除杂质，即得成品水性导电涂料。
当混合价钛氧化物添加量为60wt％时，漆膜的电阻率为10Ω·cm。
其余条件不变，当导电剂采用钨混合价氧化物时，漆膜的电阻率为30Ω·cm。
实施例2
该导电涂料的基本配方为：
    原料名称   用量/g
    纯丙乳液十二酯醇成膜助剂Troy186防霉杀菌剂LFM防腐剂丙二醇抗冻剂SN-5040润湿分散剂SN-WET990流平剂NXZ消泡剂钼混合价氧化物导电剂钛白粉聚丙烯酸盐增稠剂pH调节剂     1620.300.201.50.450.150.3070220.05
    水     5.0
按照实施例1提供的方法，配制成导电涂料成品。当混合价钼氧化物导电剂的添加量为70wt％，漆膜的电阻率为10Ω·cm。
实施例3：
导电涂料的基本配方为：
    原料名称     用量/g
    醋丙乳液十二酯醇成膜助剂丙二醇抗冻剂Troy186防霉杀菌剂M-8防腐剂SN-5034润湿分散剂SN-WET992流平剂CF-247消泡剂钨混合价氧化物导电剂聚氨酯缔合型增稠剂pH调节剂     162.520.20.20.450.150.3751.20.05
    水     4
按照实施例1提供的方法，配制成导电涂料成品。当钨混合价氧化物导电剂的添加量为75wt％，漆膜的电阻率为8Ω·cm。
其余条件不变，当导电剂采用钼混合价氧化物时，漆膜的电阻率为5Ω·cm。
实施例4：
导电涂料的基本配方为：
    原料名称     用量/g
    苯丙乳液TEXANOL成膜助剂丙二醇抗冻剂Troy186防霉杀菌剂LXE防腐剂SN-5040润湿分散剂SN-WETL流平剂     16220.20.20.40.1
    SN-345消泡剂锡混合价氧化物导电剂钛白粉滑石粉高岭土纤维素增稠剂pH调节剂     0.3750.5011.50.05
    水     2.8
按照实施例1提供的方法，配制成导电涂料成品。当锡混合价氧化物导电剂的添加量为75wt％，漆膜的电阻率为200Ω·cm。
实施例5：
该导电涂料的基本配方为：
    原料名称     用量/g
    氟碳乳液TEXANOL成膜助剂丙二醇抗冻剂Troy186防霉杀菌剂LFM防腐剂NP-10润湿分散剂SN-WET992流平剂SN-327消泡剂钛混合价氧化物导电剂钨混合价氧化物导电剂纤维素增稠剂pH调节剂     162.520.20.20.50.10.2545301.50.05
    水     3.5
按照实施例1提供的方法，配制成导电涂料成品。混合价金属氧化物导电剂总的添加量为75wt％，漆膜的电阻率为6Ω·cm。

Claims (7)

1、一种水性导电涂料，其特征在于以混合价金属氧化物作为导电剂，水作为溶剂，辅以乳液、助剂配制而成，各组份的重量百分比为：
组份                      重量百分比wt％
乳液                      15～30
混合价金属氧化物导电剂    60～75
颜填料                    0～20
成膜助剂                  2～8
增稠剂                    1～8
其它助剂                  1～9.2
水                        1～20
以上各组份重量之和满足    100％。
2、根据权利要求1所述的水性导电涂料，其特征在于所述乳液为水性氟碳乳液、硅丙乳液、纯丙乳液、苯丙乳液或醋丙乳液中的一种。
3、根据权利要求1所述的水性导电涂料，其特征在于所述导电剂为混合价钛氧化物、混合价钨氧化物、混合价钼氧化物或混合价锡氧化物之一至二种。
4、根据权利要求1所述的水性导电涂料，其特征在于所述颜填料为钛白粉、立德粉、硅灰石粉、高岭土、重钙、轻钙、云母粉、沉淀硫酸钡、滑石粉或氧化锌之一至三种。
5、根据权利要求1所述的水性导电涂料，其特征在于所述成膜助剂为醇类、酯醇类、醇醚类或醇醚酯类之一种。
6、根据权利要求1所述的水性导电涂料，其特征在于所述增稠剂为聚丙烯酸盐增稠剂、纤维素增稠剂或聚氨酯缔合型增稠剂中的一种。
7、一种如权利要求1所述的水性导电涂料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)将60-70％的水倒入搅拌缸中，再向其中加入助剂、成膜助剂和部分消泡剂，充分搅拌，搅拌速率为1000转/分-1400转/分，搅拌15-35分钟；
(2)将颜填料、导电剂加入到步骤(1)的混合体系中，充分搅拌；
(3)将步骤(2)中得到的混合体系进行砂磨，使颜填料和导电剂充分分散；
(4)将乳液加入到步骤(3)中得到的体系中，并慢速搅拌，控制pH值在6.0～7.0；
(5)向步骤(4)中加入增稠剂和剩余的水，调节体系至合适的黏度；
(6)过筛去除杂质，得到成品水性导电涂料，其中，筛的目数可以是50～300目。
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