CN101353547A - 一种高弹水性导电纳米涂料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水性涂料技术领域，特别涉及一种高弹水性导电纳米涂料，按重量百分比计，包括以下组份：水性树脂10～50％，碳系导电剂5～20％，成膜助剂1～10％，水20～60％，具有良好的弹性、柔韧性、附着力、耐磨性、耐水性和导电性能，同时本发明以水作为溶剂，不添加有机溶剂和各种有毒性的溶剂，使用不会造成环境污染，是一种环境友好型的产品。

Description

一种高弹水性导电纳米涂料

技术领域：

本发明涉及水性涂料技术领域，特别涉及一种高弹水性导电纳米涂料。

背景技术：

导电涂料是指涂覆在非导电基材上，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器性能要求的提高，导电涂料的应用范围也越来越广阔。

鉴于塑料等高分子材料、表面、体积电阻率较高，在使用中，其本身存在的一个缺陷是非常易于产生静电，此缺陷对电子材料使用而言，无疑是致命的，因此在对静电极为敏感的电子元器件、模块、精密仪器等的使用和包装上受到了限制。随着电子工业的迅猛发展，电磁波干扰形成了公害，导致无屏蔽保护的电子仪器设备使用过程中出现误操作、受干扰、机密信息泄密等问题。众所周知，以高分子材料为外壳的各种电子产品的电磁波干扰日趋严重，各个领域对高分子材料的导电性能也提出了新的要求。

尽管市场上已经有导电高分子材料，水性和油性防静电(导电)涂料出现，但导电高分子材料种类少，制造成本高、制备工艺复杂以及难控制，并且此类高分子聚合物在一般的有机溶剂中溶解困难，难以用普通方法施工；而水性导电涂料其采用的是价格昂贵的稀有的金属或者金属氧化物作为导电材料，致使产品价格居高不下；有机溶剂类防静电(导电)涂料尽管在性能和价格上也不错，但是随着对环境要求越来越严格，有机溶剂对环境污染和对人身的毒害也较大；因此这些产品在应用上受到了限制。

随着大规模、超大规模集成电路的发展，光通信应用日益普及，光电子、微电子行业超常规发展迫切要求市场能提供一种既能对环境友好、又能使其在高分子材料使用过程中得到静电防护，施工方便简单，稳定性高，防静电效果好而且持久，价格性能比优异的产品。如中国专利CN100383201C，其公开了导电涂料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，但其一方面韧性和柔性差，不具备缓冲功效；另一方面导电剂的粒径不够小，单位体积内的粒子数较少，电阻率较高，导电性能较差。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种韧性和柔性好，具备缓冲功效，导电性能好的高弹水性导电纳米涂料。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高弹水性导电纳米涂料，按重量百分比计，包括以下组份：

水性树脂              10～50％

碳系导电剂            5～20％

成膜助剂              1～10％

去离子水        20～60％，

其中所述的水性树脂为水性聚氨酯氟硅改性树脂、水性聚氨酯氟碳改性树脂、水性丙烯酸树脂、乳液中的任意两种或两种以上混合树脂；

所述的乳液为Flex SC138弹性乳液、Primal 2438弹性乳液、纯丙乳液中的任意一种，根据对导电涂料耐候性等要求的不同，选择合适的乳液；

所述的碳系导电剂为碳纳米管、纳米级导电炭黑、石墨中的一种或者它们的混合物。

一种高弹水性导电纳米涂料，按重量百分比计，包括以下组份：

水性树脂          10～50％

碳系导电剂        5～20％

成膜助剂          1～8％

水                20～60％

颜填料            0～10％

消泡剂            0～5％

分散剂            0～5％

其它助剂          0～5％，

其中所述的颜填料为钛白粉、立德粉、硅灰石粉、高岭土、重钙、轻钙、云母粉、沉淀硫酸钡、滑石粉或者氧化锌中的任意一种或多种。

一种高弹水性导电纳米涂料，按重量百分比计，包括以下组份：

水性树脂            20～38％

碳系导电剂          10～20％

成膜助剂            1～8％

去离子水            20～60％

颜填料              3～8％

消泡剂              0.1～3％

分散剂              2～4％

其它助剂            2～5％。

一种高弹水性导电纳米涂料，按重量百分比计，包括以下组份：

水性树脂              37％

碳系导电剂            12％

成膜助剂              2％

去离子水              38.94％

颜填料                3％

消泡剂                0.5％

分散剂                0.8％

其它助剂              5.76％。

所述的成膜助剂为TEXANOL成膜助剂、十二酯醇成膜助剂、Dowanol pph成膜助剂、Coasol B成膜助剂中的任意一种；

所述的分散剂包括湿润分散剂，湿润分散剂为SN-5040润湿分散剂、SN-5034润湿分散剂、Tamol 731润湿分散剂中的一种，包括分散剂分散剂为Pigment DisperserA、BYK-182、Hydropalat 3040、SN-5040中的一种或两种；

所述消泡剂为Foamaster 8034，HX-5042，BYK-036，Foamaster111中的一种或两种；

所述的其它助剂包括防腐剂、防霉剂、抗冻剂、PH调节剂、增稠剂等；

所述的防腐剂为Parmetol A 26防腐剂；

所述的防霉剂为HX-6050防霉杀菌剂、TN-EM02防霉杀菌剂、X-12防霉杀菌剂等中的一种；

所述的抗冻剂为丙二醇防冻剂或者乙二醇防冻剂；

所述的PH调节剂为氨水、盐酸、乙醇胺或AMP-95多种能助剂等中的一种；

所述的增稠剂为聚氨酯类增稠剂、WT-106聚氨酯类增稠剂、纤维素增稠剂、Primal RM-1020PR增稠剂中的一种。

一种高弹水性导电纳米涂料的制备方法为，

第一步，将成膜助剂、去离子水质量的40～60％、水性树脂依次加入搅拌缸中，用高速分散机以450～800转/分钟的搅拌速度进行充分搅拌，搅拌10～20分钟；

第二步，向缸中边搅拌边依次加入分散剂、成膜助剂、消泡剂质量的40～60％和其它助剂中的防腐剂、防霉杀菌剂、分散剂、防冻剂，再以1200～2000转/分钟搅拌速度高速充分搅拌，搅拌20～35分钟；

第三步，将碳系导电剂和颜填料加入搅拌缸中，进行砂磨，使颜填料和碳系导电剂充分研磨，至粒径达到5um以下；

第四步，将乳液加入到研磨后的体系中，并慢速搅拌；加入剩下的消泡剂和水；

第五步，加入其它助剂中的pH调剂剂和增稠剂调整体系的pH值到8，并调整体系至合适的黏度；

第六步，用400～600目的过滤网过滤，即得到水性高弹导电纳米涂料。

本发明有益效果为：本发明按重量百分比计，包括以下组份：水性树脂10～50％，碳系导电剂5～20％，成膜助剂1～10％，水20～60％，涂料中加入10～50％水性树脂，所述水性树脂为水性聚氨酯氟硅改性树脂、水性聚氨酯氟碳改性树脂、水性丙烯酸树脂、乳液中的任意两种或两种以上混合树脂，导电剂和颜填料用量减少，使得漆膜具有非常好的弹性、柔韧性、附着力、耐磨性、耐水性和缓冲功效；采用5～20％的碳纳米管、纳米级导电炭黑、石墨中的一种或者它们的混合物为碳系导电剂，粒径均为纳米级，碳系导电剂具有比表面积大、重量轻，良好的金属或半导体导电性导电性，较高的机械强度，较强的微波吸收能力，从而使漆膜具有优良的导电性能；使得碳系导电剂用量为重量百分比为5～20％，就可以达到对应漆膜的电阻率大小范围为10^-2～10^1.5；本发明用于高聚物发泡材，其具有高弹性，对高聚物发泡材(PE、PS、PU或者EVA等)进行涂覆后，不影响发泡材的弹性和其他物理机械性能，使用效果好；本发明的水性高弹导电纳米涂料制备工艺简单，涂膜后稳定性好，用在发泡材料等弹性体上，赋予发泡材料导电防静电功能，同时不改变发泡材料的弹性；本发明以水作为溶剂，不添加有机溶剂和各种有毒性的溶剂，使用不会造成环境污染，是一种环境友好型的产品；使用本发明制造的产品不但具有导电防静电功能，而且具有屏蔽电磁波、吸收微波功能。

具体实施方式：

为了更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的阐述。

实施例1

一种高弹水性导电纳米涂料，包括以下组份(单位为g)：

水性聚氨酯氟硅改性树脂           12.0

Flex SC 138弹性乳液              25.0

去离子水                         38.94

Parmetol A 26防腐剂              0.10

HX-6050防霉杀菌剂                0.20

Pigment Disperser A分散剂        0.60

SN-5040润湿分散剂                0.20

乙二醇防冻剂                     5.20

TEXANOL成膜助剂                  2.0

Foamaster 8034消泡剂             0.50

碳纳米管                         4.0

导电碳黑                         8.0

滑石粉                        3.0

聚氨酯类增稠剂                0.16

25％氨水                      0.10，

其中水性树脂为水性聚氨酯氟硅改性树脂12.0g和Flex SC 138弹性乳液25.0g，一共37.0g；碳系导电剂为碳纳米管4.0g，导电碳黑8.0g，一共12g；3.0g的滑石粉作为颜填料；分散剂为PigmentDisperser A分散剂0.60g，SN-5040润湿分散剂0.20g，一共0.8g，其它助剂中的防腐剂为Parmetol A 26防腐剂0.10g，防霉剂为HX-6050防霉杀菌剂0.20g、抗冻剂为乙二醇防冻剂5.20、PH调节剂为25％氨水0.10g，增稠剂为聚氨酯类增稠剂0.16g，其它助剂一共为5.76g。

其制备方法为：将水性聚氨酯氟硅改性树脂，去离子水质量的50％，倒入搅拌缸中，用高速分散机以600转/分钟搅拌速度充分搅拌，搅拌10分钟；再向缸中边搅拌边依次加入防腐剂、防霉杀菌剂、分散剂、润湿分散剂、防冻剂、成膜助剂、消泡剂质量的50％，再以1200转/分钟搅拌速度充分搅拌，搅拌30分钟；然后将碳纳米管、导电碳黑、滑石粉加入其中，进行砂磨，使颜填料和导电材料充分研磨，至细度达到5um以下；再将Flex SC 138弹性乳液加入到研磨后的体系中，并慢速搅拌；加入剩下的消泡剂和去离子水；加入25％氨水和聚氨酯类增稠剂调整体系的PH值到8.0，并调整体系至合适的黏度，最后用400目的过滤网过滤，即得到水性高弹导电纳米涂料。

当导电材料加入量为12％时，漆膜电阻率为10^1.5Ω·cm.而且漆膜不改变基材发泡材料的弹性。

表1为本实施例的基本技术性能指标测定参数表

表1

序号	项目	指标
			1	涂料外观	黑色均匀液体，无机械杂质
2	粘度	20S(涂100ml 25℃)
			3	固含	15％
4	干燥时间	烘干：≤30min(60℃)自干：≤4h(25℃)
			5	漆膜外观	略带黑色，半透明-透明
6	附着力	100/100
			7	柔韧性	1mm
8	耐水性	72h无异常
			9	透光率	60％
10	表面电阻率	101-101.5
			11	体积电阻率	10-1-100
12	静电压衰减期	≤0.5S
			13	涂料稳定性	≥1个月(60℃)

本实施例耐水性的测试是用本实施例涂覆的漆膜干燥(60℃下干燥30min或者室温干燥24h)，然后浸泡到水里三天，漆膜没有明显的异常；

本实施例涂料稳定性的测试是用本实施例涂覆好的样品放到60℃的烤箱一个月，涂料无明显的异常。

实施例2

一种高弹水性导电纳米涂料，包括以下组份(单位为g)：

水性聚氨酯氟硅改性树脂               10.0

水溶性丙烯酸树脂                     35.0

去离子水                             30.7

Parmetol A26防腐剂                   0.10

TN-EM02防霉杀菌剂                    0.20

BYK-182分散剂                        0.50

SN-5040润湿分散剂                    0.20

丙二醇防冻剂                         3.50

十二酯醇成膜助剂                     2.0

HX-5042消泡剂                        0.50

碳纳米管                             5.0

导电纳米石墨                         8.0

碳酸轻钙                             4.0

WT-106聚氨酯类增稠剂                 0.20

5％的盐酸PH调节剂                    0.10

其中水性树脂为水性聚氨酯氟硅改性树脂10.0g，水溶性丙烯酸树脂35.0g，一共45.0g；碳系导电剂为碳纳米管5.0g，导电纳米石墨8.0g，一共13.0g；4.0g的碳酸轻钙作为颜填料；分散剂为BYK-182分散剂0.50g，SN-5040润湿分散剂0.20g，一共0.7.0g，其它助剂中的防腐剂为Parmetol A26防腐剂0.10g，防霉剂为TN-EM02防霉杀菌剂0.2g、抗冻剂为丙二醇防冻剂2.0、PH调节剂为5％的盐酸0.1g，增稠剂为WT-106聚氨酯类增稠剂0.2g，其它助剂一共为2.60g。

制备步骤与实施例1相同，这里不再赘述。

表2为本实施例的基本技术性能指标测定参数表

表2

序号	项目	指标
			1	涂料外观	黑色均匀液体，无机械杂质
2	粘度	21S(涂100ml 25℃)
			3	固含	14.5％
4	干燥时间	烘干：≤30min(60℃)自干：≤4h(25℃)
			5	漆膜外观	略带黑色，半透明-透明
6	附着力	100/100
			7	柔韧性	1.1mm
8	耐水性	72h无异常
			9	透光率	65％
10	表面电阻率	100-101
			11	体积电阻率	10-1-100
12	静电压衰减期	≤0.5S

13

涂料稳定性

≥1个月(60℃)

本实施例耐水性的测试是用本实施例涂覆的漆膜干燥(60℃下干燥30min或者室温干燥24h)，然后浸泡到水里三天，漆膜没有明显的异常；

本实施例涂料稳定性的测试是用本实施例涂覆好的样品放到60℃的烤箱一个月，涂料无明显的异常。

实施例3

水性聚氨酯氟碳改性树脂            11.0

Primal 2438弹性乳液               32.0

去离子水                          31.35

Parmetol A 26防腐剂               0.10

X-12防霉杀菌剂                    0.15

Hydropalat 3040分散剂             0.30

SN-5040润湿分散剂                 0.50

乙二醇防冻剂                      3.0

Dowanol pph成膜助剂               1.5

Foamaster 8034消泡剂              0.50

碳纳米管                          8.0

导电碳黑                          7.0

滑石粉                            4.0

Modicol VD-S增稠剂                0.50

25％氨水                          0.10，

其中水性树脂为水性聚氨酯氟碳改性树脂11.0g，Primal 2438弹性乳液32.0g，一共43.0g；碳系导电剂为碳纳米管8.0g，导电碳黑7.0g，一共15.0g；4.0g的滑石粉作为颜填料；分散剂为Hydropalat3040分散剂0.30g，SN-5040润湿分散剂0.50g，一共0.8g，其它助剂中的防腐剂为Parmetol A 26防腐剂0.10g，防霉剂为X-12防霉杀菌剂0.15g、抗冻剂为乙二醇防冻剂3.0、PH调节剂为25％氨水0.1g，增稠剂为Modicol VD-S增稠剂0.5g，其它助剂一共为3.85g。

制备步骤与实施例1相同，这里不再赘述。

表3为本实施例的基本技术性能指标测定参数表

表3

序号	项目	指标
			1	涂料外观	黑色均匀液体，无机械杂质
2	粘度	20S(涂100ml 25℃)
			3	固含	16％
4	干燥时间	烘干：≤30min(60℃)自干：≤4h(25℃)
			5	漆膜外观	略带黑色，半透明-透明
6	附着力	100/100
			7	柔韧性	1.2mm
8	耐水性	72h无异常
			9	透光率	62％
10	表面电阻率	100-101
			11	体积电阻率	10-1-100

12	静电压衰减期	≤0.5S
			13	涂料稳定性	≥1个月(60℃)

本实施例耐水性的测试是用本实施例涂覆的漆膜干燥(60℃下干燥30min或者室温干燥24h)，然后浸泡到水里四天，漆膜没有明显的异常；

本实施例涂料稳定性的测试是用本实施例涂覆好的样品放到60℃的烤箱一个月，涂料无明显的异常。

实施例4

水性聚氨酯树脂                      18.0

水性丙烯酸树脂                      20.0

去离子水                            52.55

Parmetol A 26防腐剂                 0.10

HX-6050防霉杀菌剂                   0.20

Pigment Disperser A分散剂           0.50

SN-5034润湿分散剂                   0.30

丙二醇防冻剂                        3.20

Coasol B成膜助剂                    1.50

BYK-036消泡剂                       0.40

碳纳米管                            5.0

导电纳米石墨                        11.0

滑石粉                              3.0

重钙                                1.0

纤维素增稠剂                        1.2

乙醇胺                    0.05

其中水性树脂为水性聚氨酯树脂18.0g，水性丙烯酸树脂20.0g，一共38.0g；碳系导电剂为碳纳米管5.0g，导电纳米石墨11.0g，一共16g；颜填料为3.0g的滑石粉和1.0g的重钙，共4.0g；分散剂为Pigment Disperser A分散剂0.50g，SN-5034润湿分散剂0.30g，一共0.8g，其它助剂中的防腐剂为Parmetol A 26防腐剂0.10g，防霉剂为HX-6050防霉杀菌剂0.20g、抗冻剂为丙二醇防冻剂3.2、PH调节剂为乙醇胺0.05g，增稠剂为纤维素增稠剂1.2g，其它助剂一共为4.75g。

制备步骤与实施例1相同，这里不再赘述。

表4为本实施例的基本技术性能指标测定参数表

表4

序号	项目	指标
			1	涂料外观	黑色均匀液体，无机械杂质
2	粘度	20S(涂100ml 25℃)
			3	固含	14.5％
4	干燥时间	烘干：≤30min(60℃)自干：≤4h(25℃)
			5	漆膜外观	略带黑色，半透明-透明
6	附着力	100/100
			7	柔韧性	1.1mm
8	耐水性	72h无异常

9	透光率	60％
			10	表面电阻率	100-101
11	体积电阻率	10-1-100
			12	静电压衰减期	≤0.5S
13	涂料稳定性	≥1个月(60℃)

本实施例耐水性的测试是用本实施例涂覆的漆膜干燥(60℃下干燥30min或者室温干燥24h)，然后浸泡到水里三天，漆膜没有明显的异常；

本实施例涂料稳定性的测试是用本实施例涂覆好的样品放到65℃的烤箱一个月，涂料无明显的异常。

实施例5

水性聚氨酯氟硅改性树脂               14.0

纯丙乳液                             22.0

去离子水                             53.3

Parmetol A 26防腐剂                  0.10

HX-6050防霉杀菌剂                    0.20

Pigment Disperser A分散剂            0.40

Tamol 731润湿分散剂                  0.50

乙二醇防冻剂                         4.20

TEXANOL成膜助剂                      1.50

Foamaster 111消泡剂                  0.50

碳纳米管                             6.0

导电碳黑                             10.0

滑石粉                                1.0

Primal RM-1020PR增稠剂                0.20

25％氨水                              0.10

其中水性聚氨酯氟硅改性树脂14.0g，纯丙乳液22.0g，一共36.0g；碳系导电剂为碳纳米管6.0g，导电碳黑10.0g，一共16.0g；颜填料为1.0g的滑石粉；分散剂为Pigment Disperser A分散剂0.40g，Tamol 731润湿分散剂0.50g，一共0.9g，其它助剂中的防腐剂为Parmetol A 26防腐剂0.10g，防霉剂为HX-6050防霉杀菌剂0.20g、抗冻剂为乙二醇防冻剂4.20、PH调节剂为25％氨水0.1g，增稠剂为Primal RM-1020PR增稠剂0.2g，其它助剂一共为4.80g。

表5为本实施例的基本技术性能指标测定参数表

表5

序号	项目	指标
			1	涂料外观	黑色均匀液体，无机械杂质
2	粘度	20S(涂100ml 25℃)
			3	固含	15％
4	干燥时间	烘干：≤30min(60℃)自干：≤4h(25℃)
			5	漆膜外观	略带黑色，半透明-透明
6	附着力	100/100
			7	柔韧性	1.1mm
8	耐水性	72h无异常

9	透光率	65％
			10	表面电阻率	100-101
11	体积电阻率	10-1-100
			12	静电压衰减期	≤0.5S
13	涂料稳定性	≥1个月(60℃)

本实施例耐水性的测试是用本实施例涂覆的漆膜干燥(60℃下干燥30min或者室温干燥24h)，然后浸泡到水里三天，漆膜没有明显的异常；

本实施例涂料稳定性的测试是用本实施例涂覆好的样品放到62℃的烤箱一个月，涂料无明显的异常。

上述实施例中对6项项目检测指标均符合国家环保标准，见表6：表6

序号	项目	指标
			1	Pb	＜2ppm
2	Cd	＜2ppm
			3	Hg	＜2ppm
4	Cr6+	＜2ppm
			5	多溴联苯	无
6	多氯联苯	无

当然，以上所述的实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的配方组成、含量及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明申请专利范围内。

Claims (5)

1、一种高弹水性导电纳米涂料，其特征在于：按重量百分比计，包括以下组份：

水性树脂      10～50％

碳系导电剂    5～20％

成膜助剂      1～10％

去离子水      20～60％

其中所述的水性树脂为水性聚氨酯氟硅改性树脂、水性聚氨酯氟碳改性树脂、水性丙烯酸树脂、乳液中的任意两种或两种以上混合树脂；

所述的碳系导电剂为碳纳米管、纳米级导电炭黑、石墨中的一种或者它们的混合物；

所述的成膜助剂为TEXANOL成膜助剂、十二酯醇成膜助剂、Dowanol pph成膜助剂、Coasol B成膜助剂中的任意一种。

2、根据权利要求1所述的一种高弹水性导电纳米涂料，其特征在于：按重量百分比计，包括以下组份：

水性树脂    10～50％

碳系导电剂  5～20％

成膜助剂    1～8％

去离子水    20～60％

颜填料      0～10％

消泡剂    0～5％

分散剂    0～5％

其它助剂  0～5％，

其中所述的颜填料为钛白粉、立德粉、硅灰石粉、高岭土、重钙、轻钙、云母粉、沉淀硫酸钡、滑石粉或者氧化锌中的任意一种或多种。

3、根据权利要求2所述的一种高弹水性导电纳米涂料，其特征在于：按重量百分比计，包括以下组份：

水性树脂    20～38％

碳系导电剂  10～20％

成膜助剂    1～8％

去离子水    20～60％

颜填料      3～8％

消泡剂      0.1～3％

分散剂      2～4％

其它助剂    2～5％。

4、根据权利要求2或3所述的一种高弹水性导电纳米涂料，其特征在于：按重量百分比计，包括以下组份：

水性树脂    37％

碳系导电剂  12％

成膜助剂    2％

去离子水    38.94％

颜填料    3％

消泡剂    0.5％

分散剂    0.8％

其它助剂  5.76％。

5、根据权利要求1～4任意一项所述的一种高弹水性导电纳米涂料，其特征在于：其制备方法为，

第一步，将成膜助剂、去离子水质量的40～60％、水性树脂依次加入搅拌缸中，用高速分散机以450～800转/分钟的搅拌速度进行充分搅拌，搅拌10～20分钟；

第二步，向缸中边搅拌边依次加入分散剂、成膜助剂、消泡剂质量的40～60％和其它助剂中的防腐剂、防霉杀菌剂、分散剂、防冻剂，再以1200～2000转/分钟搅拌速度高速充分搅拌，搅拌20～35分钟；

第三步，将碳系导电剂和颜填料加入搅拌缸中，进行砂磨，使颜填料和碳系导电剂充分研磨，至粒径达到5um以下；

第四步，将乳液加入到研磨后的体系中，并慢速搅拌；加入剩下的消泡剂和水；

第五步，加入其它助剂中的pH调剂剂和增稠剂调整体系的pH值到8，并调整体系至合适的黏度；

第六步，用400～600目的过滤网过滤，即得到水性高弹导电纳米涂料。