淺色抗靜電涂料的制備及性能檢測

姜衛麗，劉華榮

（哈爾濱化工研究所，黑龍江哈爾濱150020）

抗靜電涂料是導電涂料的一個重要組成部分，抗靜電涂料按照原料和制備方法的不同可分為本征型抗靜電涂料和摻雜型抗靜電涂料。本征型抗靜電涂料是以導電聚合物為成膜物質，目前由于成本高、技術不成熟等原因限制了其使用[1]；摻雜型抗靜電涂料是以絕緣的有機聚合物作為主要成膜物，均勻地摻入導電填料，利用導電填料的導電作用制成抗靜電涂料[2]。

隨著現代科學技術的進步，不僅對抗靜電涂料的性能要求不斷提高，同時對抗靜電涂料的涂裝性能也越來越高。以往的抗靜電涂料多以碳系填料（石墨、炭黑和碳纖維）、金屬系填料（銀、銅、鎳及鐵的合金等）、金屬氧化物等為主要導電填料，大多數顏色較深，品種單一，難以滿足現代涂料裝飾性的要求。

本研究以聚氨酯改性環氧樹脂為成膜物，引入具有特殊性能的淺色納米ATO（摻銻二氧化錫）導電粒子[3～4]，同時加入超分散劑等助劑，制備了可常溫固化的含納米ATO的淺色抗靜電涂料。該涂料不僅具有良好的抗靜電、附著力、彈性、耐候性和穩定性，同時還具有很好的裝飾性，顏色可調，同時因納米ATO的引入，大大地改善了涂料的耐粘污性和耐水性。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

二苯甲烷二異氰酸酯（MDI）（98%）北京中西遠大科技有限公司；聚四亞甲基醚乙二醇（99%）上海中申化工貿易有限公司；雙酚A型環氧樹脂621（工業級）上海樹脂廠；納米ATO導電粉（平均粒徑≤20～50nm，比表面積70～80m2/g）杭州萬景新材料股份有限公司；超分散劑D-70（工業級）、流平劑BYK（工業級）和防塵助劑FCS-30（工業級）均來自維波斯新材料(濰坊)有限公司；其它試劑均為市售分析純。

1.2 聚氨酯改性環氧樹脂的合成

1.2.1 聚氨酯預聚體的合成

在干燥氮氣的保護下，向裝有溫度計、冷凝管的四口燒瓶中加入400份（質量份，下同）的聚四亞甲基醚乙二醇（數均相對分子質量為2000）和80.1份的二苯甲烷二異氰酸酯，以二月桂酸二丁基錫為催化劑，在攪拌的條件下，80℃恒溫反應3h，反應結束后，冷卻至室溫，制得聚氨酯預聚體。

1.2.2 聚氨酯改性環氧樹脂的合成

按一定比例向三口瓶中加入雙酚A型環氧樹脂621和上述合成的聚氨酯預聚體及擴鏈劑1,4-丁二醇，在攪拌的條件下，50℃恒溫反應3h，反應結束后，制得聚氨酯改性環氧樹脂。

1.3 涂料制備工藝

涂料制備工藝見圖1和圖2所示。

圖1 改性樹脂的制備工藝圖Fig.1 Flow chart of preparation formodified resin

圖2 涂料的制備工藝圖Fig.2 Flow chart of preparation for coatings

1.4 性能檢測

涂料的物理力學性能按照國家標準進行測試。

采用ZC-36型三電極高阻儀測試抗靜電性能，在100mm×120mm的紫銅片單面涂覆涂料，每種測試采用5組試樣在100V下做平行試驗。

2 結果與討論

2.1 導電填料對涂層電性能的影響

抗靜電涂料的抗靜電作用是通過摻入導電填料實現的，所以導電填料ATO含量（質量分數，下同）決定了該涂料的導電性。ATO含量對涂層體積電阻的影響見圖3。

圖3 ATO含量對涂層體積電阻的影響Fig.3 Effects of ATO contents on coating volume resistance

由圖3可知，隨著ATO含量的增大，涂料體積電阻率降低，涂料的抗靜電性提高。當ATO粒子含量達到10%左右時，曲線突然急劇下降，導電性迅速提高，這是因為當ATO含量較低時，ATO粒子之間的接觸或接近形成導電通道的機會較小，當ATO粒子的含量達到一定程度時，涂料的導電性迅速提高。同時，基體樹脂含量高，黏滯力大，也不利于導電粒子的運動，涂層的體積電阻率較高；當ATO粒子的含量達到30%時，涂料的導電性變化幾乎趨于平緩，進一步增加ATO的含量，對于涂料體積電阻率的改善沒有很大幫助。因此，確定ATO粒子的最佳加入量為30%。

2.2 分散劑對涂層電性能的影響

摻雜型抗靜電涂料是將導電填料直接分散于基體樹脂中摻和而成的，由于基體樹脂為有機聚合物，而導電填料為無機粒子，這種結構性差異使得基體樹脂和導電填料間的分散性不良，難以形成均相體系，從而影響其導電性能。因此，為了改善涂料的性能，常需要加入分散劑。分散劑的加入量對涂層體積電阻率的影響見圖4。

圖4 分散劑的加入量對涂層體積電阻率的影響Fig.4 Effects of the dosage of disperant on coating volume resistance

由圖4可知，涂層體積電阻率隨超分散劑D-70加入量的增加先明顯下降后又升高。當分散劑的加入量達到0.8%～1.0%時，涂層的體積電阻率相對較小且較穩定，因此確定分散劑的加入量為0.8%～1.0%。

2.3 固化劑對涂層電性能的影響

抗靜電涂料一般要求常溫固化，而用于常溫固化的環氧樹脂固化劑主要有多元胺、改性胺類及低分子聚酰胺樹脂。改性胺類固化劑具有優良的耐化學品性和柔韌性，固化速度快等優點，因此采用改性胺類固化劑作為環氧樹脂的固化劑。固化劑用量對涂料性能的影響見表1。

表1 固化劑用量對涂料性能的影響Table1 Effectsof theamount of curingagent on coating

由表1可知，隨著固化劑用量的增加，涂層的抗張強度和電阻率均升高，但超過一定量時，又開始下降，綜合涂料性能和經濟效益，確定固化劑的加入量以10%～15%為宜。

2.4 涂層的物理力學性能

涂層各項物理力學性能見表2。

表2 涂層的物理力學性能Table 2 Physical performance of coating

3 結 論

本文以聚四亞甲基醚乙二醇和二苯甲烷二異氰酸酯為原料，在二月桂酸二丁基錫催化劑的條件下，反應制得了聚氨酯預聚體，并對雙酚A型環氧樹脂621進行了化學改性。之后以改性環氧樹脂為成膜物，以納米ATO（摻銻二氧化錫）為導電粒子，同時加入超分散劑、溶劑等助劑制備了可常溫固化的含納米ATO的淺色抗靜電涂料。該涂料不僅具有良好的抗靜電、附著力、彈性、耐候性和穩定性，同時還具有很好的裝飾性，顏色可調。

［1］張文濤，施利毅，鐘慶東，等.鋼板用淺色抗靜電涂料的制備［J］.中國涂料，2005，（9）:2～3.

［2］傅敏，狄志剛，袁立新.淺色抗靜電涂料的研制［J］.涂料工業，2001，（9）:7～9.

［3］秦長勇，古宏晨，方圖南.新型多功能ATO超細導電粉體材料［J］.上海化工，2000，（13）:23～25.

［4］宋興華，於定華.紅外低發射率ATO粉末的制備及特性研究［J］.紅外技術,2003,25（6）:49～53.