CN109423096A - 一种水性多功能导电涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水性多功能导电涂料，属于涂料技术领域。所述水性多功能导电涂料，以重量份数计，由以下组分组成：50‑60份的水性丙烯酸乳液，10‑15份的聚异腈酸酯树脂；5‑10份的石墨烯分散液；2‑3份的分散剂，2‑6份的环保助溶剂，0.1‑0.2份的中和剂、0.2‑0.5份的消泡剂、0.4‑0.6份的流平剂、0.3‑0.5份的基材润湿剂，5‑10份的去离子水、0.5‑1.0份的增稠剂；10‑15份的颜料；其中所述分散剂为TEGO 760W和BYK‑190的混合物。本发明所述水性多功能导电涂料，与传统的溶剂型涂料相比，减少了有机挥发物的排放，是环保型的导电涂料，且其在耐磨性、防腐性、耐老化、耐高温、耐低温等性能方面有显著的提高，尤其是其电导率可以达到10～15s/m。
Description
技术领域
本发明涉及一种水性多功能导电涂料及其制备方法，属于涂料技术领域。
背景技术
导电涂料是涂于高电阻率的高分子材料上,使之具有传导电流和排除积累静电荷能力的特种涂料,可涂覆于任何形状基材的表面或内部。导电涂料按组成及导电机理可分为两大类:结构型(亦称本征型)导电涂料与复合型(亦称添加型)导电涂料。结构型导电涂料的导电材料是高聚物自身。复合型导电涂料的导电材料是在绝缘高聚物中添加的导电物质(金属、石墨等),利用导电物质的导电作用,使高聚物具有导电性能。
诸如中国专利文献CN105462447A公开了一种石墨烯导电涂料，按质量分数计，所述涂料包括石墨烯4～8份、环氧丙烯酸树脂4～8份、聚氨酯丙烯酸酯2～3份、聚乙烯蜡1～2份、乙醇4～20份。上述技术中所述石墨烯导电涂料具有导电/导热性能好、涂料成分简单的优点。然而上述技术是采用乙醇作为溶剂制备石墨烯导电涂料的，而乙醇作为有机溶剂一方面价格较高，导致石墨烯导电涂料的价格高，另一方面乙醇极易挥发，在制备及存储过程中，乙醇大量挥发对环境和施工人员的伤害较大,随着人们对环境质量和资源的重视,水性环保型导电涂料是未来发展的必然趋势。然而，由于石墨烯作为有机导电材料，如果直接将其加入到水性环保涂料中，石墨烯在水性环保涂料中会存在分散严重不均匀的问题，而石墨烯分散不均匀则会影响导电涂料的导电性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中直接将石墨烯加入到水性环保涂料中，会存在石墨烯分散严重不均匀的问题，而石墨烯分散不均匀则会影响导电涂料的导电性能，导致水性导电涂料导电性能差；进而提供一种具有优良导电性能的水性多功能导电涂料。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种水性多功能导电涂料。所述水性多功能导电涂料，以重量份数计，由以下组分组成：50-60份的水性丙烯酸乳液，10-15份的聚异腈酸酯树脂；5-10份的石墨烯分散液；2-3份的分散剂，2-6份的环保助溶剂，0.1-0.2份的中和剂、0.2-0.5份的消泡剂、0.4-0.6份的流平剂、0.3-0.5份的基材润湿剂，5-10份的去离子水、0.5-1.0份的增稠剂；10-15份的颜料；其中所述分散剂为TEGO 760 W和BYK-190的混合物。
优选地，所述水性多功能导电涂料，以重量份数计，由以下组分组成：57份的水性丙烯酸乳液，13份的聚异腈酸酯树脂；9份的石墨烯分散液；2.5份的分散剂，4份的环保助溶剂，0.15份的中和剂、0.2份的消泡剂、0.4份的流平剂、0.4份的基材润湿剂，8份的去离子水、0.5份的增稠剂；13份的颜料；其中所述分散剂为TEGO 760 W或BYK-190的混合物。
优选地，所述分散剂中，所述TEGO760 W和BYK-190添加量的质量比为(3～5)：(2～4)。
优选地，所述水性丙烯酸乳液为丙烯酸分散体A2743；所述的聚异腈酸酯树脂为N 3900。
优选地，所述石墨烯分散液为Times Graph TM石墨烯分散液。
优选地，所述环保助溶剂为丙二醇丁醚、丙二醇甲醚中的一种或两种；所述中和剂为德谦DMAE胺、二甲基乙醇胺、AMP-95中的一种或两种。
优选地，所述消泡剂为法国先创的941PL与BYK-028两种混合物；所述流平剂为法国先创的PW-336、TEGO-4100中的一种或两种；所述的基材润湿剂为BYK-346；所述增稠剂为Borchi Gel 0620。
进一步地，本发明还提供了所述水性多功能导电涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照所述原料配比，将配方中50％的水，分散剂，颜料，石墨烯分散液依次加入第一备料锅中，混合均匀，然后研磨至细度＜20微米，再向其中加入水性丙烯酸乳液，混合均匀；
(2)按照所述原料配比，再将环保助溶剂、中和剂、剩余50％水的混合物依次加入第二备料锅中，搅拌混合均匀，再向其中依次加入消泡剂、流平剂、基材润湿剂，搅拌混合均匀；
(3)将所述步骤(1)中的混合溶液加入所述步骤(2)的混合溶液中，搅拌混合均匀；
(4)按照所述原料配比，向所述步骤(3)中依次加入增稠剂、水，搅拌混合均匀，并调整粘度至80-90KU；
(5)按照所述原料配比，将所述聚异腈酸酯树脂加入到步骤(4)中，搅拌混合均匀得到本发明所述多功能导电涂料。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明所述水性多功能导电涂料，通过选择石墨烯分散液代替现有技术中常用的石墨烯，配合特定量和特定种类的TEGO 760 W和BYK-190混合分散剂，可以将石墨烯均匀分散于水性丙烯酸乳液中，再加上其它特定量的添加剂，从而可以制得导电性能优异的水性多功能导电涂料。本发明所述水性多功能导电涂料，与传统的溶剂型涂料相比，减少了有机挥发物的排放，是环保型的导电涂料，且其在耐磨性、防腐性、耐老化、耐高温、耐低温等性能方面有显著的提高，尤其是其电导率可以达到10～15s/m。
(2)本发明所述水性多功能导电涂料，进一步优选限定所述组分的重量份数为57份的水性丙烯酸乳液，13份的聚异腈酸酯树脂；9份的石墨烯分散液；2.5份的分散剂，4份的环保助溶剂，0.15份的中和剂、0.2份的消泡剂、0.4份的流平剂、0.4份的基材润湿剂，8份的去离子水、0.5份的增稠剂；13份的颜料，在上述优选计量下，制备得到的水性多功能导电涂料，具有更加优异的性能。经测试，其耐磨次数可以达到800次、耐盐雾性可以达到520h、耐老化性可以达到850h、耐高温性可以达到200h、耐低温可以达到200h，尤其是导电性能可以高达15S/m，具有优异的导电性能。
(3)本发明所述水性多功能导电涂料，进一步地选择所述水性丙烯酸乳液为丙烯酸分散体A2743；所述聚异腈酸酯树脂为N 3900，所述石墨烯分散液为TimesGraph TM石墨烯分散液时，配合特定的TEGO 760 W和BYK-190分散剂，制备得到的水性多功能导电涂料，其耐磨性可以高达590～800次、耐盐雾性可达320～520h、耐老化性可以达660～850h、耐高温性可以达180～250h、耐低温性可以达180～250h，尤其是其导电性能可以达10～15S/m，具有优异的导电性能。
(4)本发明所述水性多功能导电涂料的制备方法，首先将一定量的水、分散剂、颜料和石墨烯分散液混合均匀，同时控制混合液中固体颗粒的细度小于20微米，然后再向其中加入水性丙烯酸乳液，混合均匀这样更便于石墨烯在水性丙烯酸乳液的混合溶液中分散的更加均匀；再将剩余水、环保助溶剂、中和剂、消泡剂、流平剂、基材润湿剂混合均匀；然后再将上述两种混合溶液混合均匀，这种加入顺序能够进一步保证石墨烯在混合溶液中的均匀分散；最后再加入增稠剂和水，将黏度调整至合适黏度，可以进一步保证石墨烯在该特定黏度下依然可以保持分散均匀状态；选择最后加入增稠剂，可以避免出现增稠剂过早加入导致石墨烯分散不均匀的问题；待使用时，将聚异腈酸酯树脂加入上述混合溶液中，从而可以使水性丙烯酸乳液进行固化，进而得到水性导电涂层。采用上述方法制备得到的水性导电涂料，具有导电性能优异、耐候性好等优点。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明作进一步具体描述，但不局限于此。
下述实施例中所述化合物采用如下市售型号产品：
分散剂为TEGO 760 W和BYK-190中的一种或两种；
水性丙烯酸乳液为丙烯酸分散体A2743；
所述的聚异腈酸酯树脂为N 3900；
所述石墨烯分散液为Times Graph TM石墨烯分散液；
所述环保助溶剂为丙二醇丁醚、丙二醇甲醚中的一种或两种；
所述中和剂为德谦DMAE胺、二甲基乙醇胺、AMP-95中的一种或两种；
所述消泡剂为法国先创的941PL与BYK-028两种混合物；
所述流平剂为法国先创的PW-336、TEGO-4100中的一种或两种；
所述的基材润湿剂为BYK-346；
所述增稠剂为Borchi Gel 0620。
实施例1
本实施例中，所述水性多功能导电涂料，由以下重量份数的组分组成：51份的水性丙烯酸乳液，10份的聚异腈酸酯树脂；5.2份的石墨烯分散液；2.7份的分散剂，2份的丙二醇丁醚，0.11份的德谦DMAE胺、0.2份的消泡剂、0.4份的TEGO-4100、0.3份的基材润湿剂，5份的去离子水、0.5份的增稠剂；10份的颜料；其中所述分散剂为TEGO 760 W和BYK-190，所述TEGO760 W和BYK-190添加量的质量比为3:2。
实施例2
本实施例中，所述水性多功能导电涂料，由以下重量份数的组分组成：50份的水性丙烯酸乳液，10份的聚异腈酸酯树脂；5份的石墨烯分散液；2份的分散剂，2份的丙二醇甲醚，0.1份的二甲基乙醇胺、0.2份的消泡剂、0.4份的TEGO-4100、0.3份的基材润湿剂，5份的去离子水、0.5份的增稠剂；10份的钛白粉；其中所述分散剂为TEGO 760 W和BYK-190，所述TEGO760 W和BYK-190添加量的质量比为3:4。
实施例3
本实施例中，所述水性多功能导电涂料，由以下重量份数的组分组成：55份的水性丙烯酸乳液，10份的聚异腈酸酯树脂；5份的石墨烯分散液；3份的分散剂，4份的丙二醇丁醚，0.2份的二甲基乙醇胺、0.3份的消泡剂、0.5份的PW-336、0.5份的基材润湿剂，10份的去离子水、1份的增稠剂；15份的钛白粉；其中所述分散剂为TEGO 760 W和BYK-190，所述TEGO760 W和BYK-190添加量的质量比为5:2。
实施例4
本实施例中，所述水性多功能导电涂料，由以下重量份数的组分组成：60份的水性丙烯酸乳液，14份的聚异腈酸酯树脂；8份的石墨烯分散液；3份的分散剂，5.7份的丙二醇丁醚，0.2份的AMP-95、0.45份的消泡剂、0.6份的TEGO-4100、0.5份的基材润湿剂，10份的去离子水、1份的增稠剂；15份的钛白粉；其中所述分散剂为TEGO 760 W和BYK-190，所述TEGO760W和BYK-190添加量的质量比为5:4。
实施例5
本实施例中，所述水性多功能导电涂料，由以下重量份数的组分组成：57份的水性丙烯酸乳液，13份的聚异腈酸酯树脂；9份的石墨烯分散液；2.5份的分散剂，4份的丙二醇甲醚，0.15份的AMP-95、0.2份的消泡剂、0.4份的PW-336、0.4份的基材润湿剂，8份的去离子水、0.5份的增稠剂；13份的钛白粉；其中所述分散剂为TEGO 760 W和BYK-190，所述TEGO760W和BYK-190添加量的质量比为3:3。
实施例6
本实施例中，所述水性多功能导电涂料，由以下重量份数的组分组成：60份的水性丙烯酸乳液，15份的聚异腈酸酯树脂；10份的石墨烯分散液；3份的分散剂，6份的丙二醇甲醚，0.2份的德谦DMAE胺、0.5份的消泡剂、0.6份的PW-336、0.5份的基材润湿剂，10份的去离子水、1.0份的增稠剂；15份的钛白粉；其中所述分散剂为TEGO 760 W和BYK-190，所述TEGO760 W和BYK-190添加量的质量比为4:3。
对比例1：将实施例1中聚异腈酸酯树脂石墨烯分散液全部换成现有技术中常用的片层厚度不大于3nm的单层石墨烯；
对比例2：将实施例3中的石墨烯分散液全部换成现有技术中常用的多层石墨烯；
对比例3：将实施例1中的聚异腈酸酯树脂成分全部换成水性丙烯酸乳液，其余成分不变；
对比例:4：将实施例2中的水性丙烯酸乳液成分全部换成聚异腈酸酯树脂，其余成分不变；
对比例5：将实施例5中的分散剂成分全部换成760 W，其余成分不变。
对比例6：将实施例5中的分散剂成分全部换成BYK-190，其余成分不变。
对比例7：实施例5中的分散剂成分全部换成BYK-194，其余成分不变。
性能测试：将实施例1-6以及对比例1-5使用喷涂方法制备样板，并对所形成的漆膜的耐磨性、耐盐雾、耐老化、耐高温、耐低温性能按照国家标准HG/T 4761-2014进行检测，对漆膜的导电性按照国家标准GB/T26004-2010进行检测，结果如表1。
表1性能测定
由上述实验数据可知：(1)石墨烯分散液对导电涂料的导电性能影响很大，采用石墨烯分散液与TEGO Dispers 760 W和DISPER BYK-190分散剂混合溶液相互配合，能够起到协同效果，制备得到的多功能导电涂料具有优异的导电性能等。(2)水性丙烯酸乳液与聚异腈酸酯树脂相互配合使用，可以使导电涂料的耐磨性、防腐性、耐老化、耐高温和耐低温性能具有优异的效果。(3)分散剂选择TEGO Dispers 760 W和DISPER BYK-190的混合物时，这两种分散剂的协同效果，可以对石墨烯分散液起到优异的分散作用，使石墨烯分散液均匀分散于导电涂料中，从而可以起到增加导电涂料的导电性能，此外，分散液与其它特定组分相互作用，使得导电涂料的耐磨性、防腐性、耐老化、耐高温和耐低温性能都有显著提高。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种水性多功能导电涂料，其特征在于，以重量份数计，由以下组分组成：50-60份的水性丙烯酸乳液，10-15份的聚异腈酸酯树脂；5-10份的石墨烯分散液；2-3份的分散剂，2-6份的环保助溶剂，0.1-0.2份的中和剂、0.2-0.5份的消泡剂、0.4-0.6份的流平剂、0.3-0.5份的基材润湿剂，5-10份的去离子水、0.5-1.0份的增稠剂；10-15份的颜料；其中所述分散剂为TEGO 760 W和BYK-190的混合物。
2.根据权利要求1所述水性多功能导电涂料，其特征在于，以重量份数计，由以下组分组成：57份的水性丙烯酸乳液，13份的聚异腈酸酯树脂；9份的石墨烯分散液；2.5份的分散剂，4份的环保助溶剂，0.15份的中和剂、0.2份的消泡剂、0.4份的流平剂、0.4份的基材润湿剂，8份的去离子水、0.5份的增稠剂；13份的颜料；其中所述分散剂为TEGO 760 W和BYK-190的混合物。
3.根据权利要求1或2所述水性多功能导电涂料，其特征在于，所述分散剂中，TEGO 760W和BYK-190添加量的质量比为(3～5)：(2～4)。
4.根据权利要求1～3任一所述水性多功能导电涂料，其特征在于，所述水性丙烯酸乳液为科思创的ACURE 2743；所述聚异腈酸酯树脂为N 3900。
5.根据权利要求1～4任一所述水性多功能导电涂料，其特征在于，所述石墨烯分散液为Times Graph TM石墨烯分散液。
6.根据权利要求1～5任一所述水性多功能导电涂料，其特征在于，所述环保助溶剂为丙二醇丁醚、丙二醇甲醚中的一种或两种；所述中和剂为德谦DMAE胺、二甲基乙醇胺、AMP-95中的一种或两种。
7.根据权利要求1～6任一所述水性多功能导电涂料，其特征在于，所述消泡剂为法国先创的941PL与BYK-028两种混合物；所述流平剂为法国先创的PW-336、TEGO-4100中的一种或两种；所述的基材润湿剂为BYK-346；所述增稠剂为Borchi Gel 0620。
8.权利要求1～7任一所述水性多功能导电涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)按照所述原料配比，将配方中50％的水，分散剂，颜料，石墨烯分散液依次加入第一备料锅中，混合均匀，然后研磨至细度＜20微米，再向其中加入水性丙烯酸乳液，混合均匀；
(2)按照所述原料配比，再将环保助溶剂、中和剂、剩余50％水的混合物依次加入第二备料锅中，搅拌混合均匀，再向其中依次加入消泡剂、流平剂、基材润湿剂，搅拌混合均匀；
(3)将所述步骤(1)中的混合溶液加入所述步骤(2)的混合溶液中，搅拌混合均匀；
(4)按照所述原料配比，向所述步骤(3)中依次加入增稠剂、水，搅拌混合均匀，并调整粘度至80-90KU；
(5)按照所述原料配比，将所述聚异腈酸酯树脂加入到步骤(4)中，搅拌混合均匀得到本发明所述多功能导电涂料。
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