高氯化聚乙烯銀包銅防腐導電涂料的研究

呂維華 伍家衛 唐蓉萍 楊興鍇 蘇曉云 夏德強（蘭州石化職業技術學院 甘肅 蘭州 730060）

高氯化聚乙烯具有優良的耐侯性、耐久性、難燃性、抗滲透性、耐化學腐蝕性、耐水和酸堿鹽，漆膜堅韌耐磨，熱膨脹系數小，在涂料方面主要用作阻燃、建筑、橋梁、船舶及化工設備等鋼結構重防腐涂料。

本研究用高氯化聚乙烯樹脂為涂料主要成膜物，用化學鍍技術制成的銀包銅粉為導電填料而得到的防腐導電涂料，解決了銅系導電涂料中銅粉暴露在空氣中易被氧化而降低導電性的問題，使導電性達到銀的標準而成本卻大大低于銀。涂層不但具有優良的導電性，而且還能夠在-20℃～50℃條件下帶銹涂裝，干燥速度快，具有優良的耐水、耐油、耐磨、耐候、防霉、防腐和阻燃性，同時還具有優良底面配套性和重涂性，還可回收重復使用。施工簡便，可用噴、刷、浸、輥等方法進行涂裝，易實現工業化自動涂裝，特別適合外型復雜的異型體表面涂裝。它將銀、銅和高氯化聚乙烯三者的優勢相結合，是一種具有發展前途的高導電、抗電磁干擾特種導電涂料。

1 實驗部分

1.1 主要原料與儀器

高氯化聚乙烯（HCPE-65M，濮陽市誠惠化工有限公司）、超細紫銅粉（800目，無錫順達金屬粉末有限公司）、硝酸銀（分析純，天津金創貴金屬有限公司）、三羥甲基丙烷（贛州市奇天化工有限公司）、己二酸（上海南翔試劑有限公司）。

數字歐姆表（SD2002型，上海乾峰電子設備廠）、涂膜沖擊器（QCJ-120，深圳市三諾電子儀器有限公司）、漆膜附著力試驗儀（QFZ，武漢格萊莫檢測設備有限公司）、漆膜擺式硬度計（GB-X，天津試驗機廠）、柔韌性測試儀（QTX-1731，天津市精科材料試驗機廠）。

1.2 制備工藝

1.2.1 增韌改性樹脂合成

在裝有攪拌器及溫度計、回流冷凝管的三口瓶中，依次加入各種原料，緩慢升溫至200℃，保持回流到合格，然后用甲苯兌稀，攪勻后包裝，簡稱HSR。檢測指標：粘度50±5s（格氏管25℃），固體份80±2%，羥基含量3±0.5 %，酸值≤10mgKOH/g，樹脂配方見表1。

表1 增韌改性樹脂配方

1.2.2 銀包銅導電粉末的制備

（1）各種反應液配制

主鹽溶液：在0.9L蒸餾水中加入20gAgNO3，攪拌至完全溶解，并在攪拌下滴加NH3H2O，產生黑褐色沉淀，再繼續滴加NH3H2O直至沉淀恰好完全溶解成透明溶液為止，接著加入60mL25%的NaOH溶液，又形成沉淀，再滴加氨水，使溶液恰好清澈透明后，再過量數滴氨水。

還原溶液：在1L蒸餾水加入45g葡萄糖（C6H12O6），10g酒石酸（C4O6H6），加熱沸騰10min，冷卻后加入25g聚乙二醇，100mL乙醇，攪拌均勻。

（2）銅粉表面處理

取一定量800目超細紫銅粉，加適量丙酮，研磨15min，靜置10min，浸出丙酮液，在銅粉中加入適量10%的稀硫酸，攪拌0.5h，抽濾，并用蒸餾水沖洗至無Cu2+為止，取出銅粉，60℃真空烘干，待用。

（3）化學鍍銀

將20g經表面處理的銅粉與還原溶液混合10min，再加入主鹽溶液，攪拌，在室溫條件下超聲分散20min，鍍銀完成后，用蒸餾水洗滌若干次后過濾，60℃真空干燥后得到銀包銅金屬粉末，簡稱Ag/Cu。

1.2.3 導電涂料的制備

（1）在60℃下將HCPE溶解成外觀透明的40% HCPE甲苯液，待用。

（2）將自制銀包銅粉末用KH550處理后低溫烘干，得到改性銀包銅粉末。

（3）將改性銀包銅粉用少量溶劑和潤濕分散劑浸潤，再添加到增塑改性樹脂中，攪拌，然后再添加40%HCPE液和適量稀釋劑，攪勻即可，參考配方見表2。

表2 高氯化聚乙烯防腐導電涂料配方

1.3 漆膜主要性能檢測

按GB1727-92和GB/T9271-88中規定的馬口鐵板、玻璃板、鋼板規格進行選材、底材處理和檢測樣板制備，在23±2℃，RH50±5%下干燥并檢測。

2 結果與討論

2.1 增韌改性物質的選擇

HCPE樹脂單獨使用脆性大，易剝落，需改性。用于增韌改性的物質可以是柔性聚合物，也可以是高沸點難揮發的溶劑或固體，本試驗選用HSR和CP-52分別與40%HCPE甲苯液和Ag/Cu進行復配，顏基比為1：1.5，其它物料配比不變，以說明樹脂型增塑劑與高沸點溶劑型增塑劑增塑效果的差異，見圖1。

圖1 增塑劑用量對涂料硬度的影響

可以看出：CP-52增塑效果顯著，少量添加，漆膜就迅速變軟，但漆膜光澤低，豐滿度差，且易揮發，易滲出，耐久性差。HSR增塑效果柔和，涂層光澤、豐滿度、沖擊強度和附著力等性能隨著用量增加而逐步改善，若過量，涂層主體性能將逐步由HCPE轉向HSR，所以綜合考慮漆膜裝飾性、防腐性和其它各項性能，應配合使用樹脂型和溶劑型增塑劑。

2.2 稀釋劑對涂料性能的影響

稀釋劑對導電涂料至關重要，其作用雖然是溶解樹脂和改善涂料粘度，但它卻決定了涂料的儲存穩定性、施工性、金屬粉體分布均勻性和涂層最終性能。對本試驗所用的高氯化聚乙烯樹脂來說，芳烴、鹵代烴、酯類和酮類都是真溶劑，由于溶解力和揮發速度不同而對涂料性能影響很大，見表3。

表3 有機溶劑對涂料性能影響

可以看出在配方不變的情況下，若單獨使用各種有機溶劑進行兌稀，若溶解性強，涂料粘度低，粉體易沉底，造成儲存穩定性降低；揮發性強，干燥速度快，表干時間短，漆膜易產生桔皮、氣孔和氣泡，同時易造成Ag-Cu粉分布不均勻，從而影響涂層外觀、附著力和導電性等性能，所以稀釋劑的選擇必須綜合考慮各項性能和成本，應設計一種具有適宜溶解性和揮發梯度的混合溶劑，以確保涂料高固體分低粘度和高導電性能，確保樹脂在涂料施工過程中始終保持良好的溶解狀態。本試驗選用丙酮、甲苯、醋酸乙酯和丁酯組成的混合溶劑作為稀釋劑。

2.3 銀包銅用量對涂料性能的影響

HCPE本身是絕緣的，其導電性源于銀包銅粉，它的品質和用量是涂層導電的關鍵。本文在配方中其它原料保持不變的情況下，改變Ag/Cu用量，考查對性能的影響，見圖2。

涂料導電通常通過導電粒子直接接觸和隧道效應來傳輸，所以要想獲得電導性，導電粉體用量必須達到臨界值，即滲逾值，這里Ag/Cu滲逾值為20%，小于此值，金屬粒子間相隔較厚樹脂膜，不連續而呈斷路，只能導靜電甚至絕緣；當達到滲逾值時，兩金屬顆粒間相隔一層很薄的樹脂膜，表現出電阻較大，隨著用量增大，樹脂層逐漸變薄，電阻下降，最終使金屬粒子因相互擠壓而緊密接觸，成為導體，涂層導電性達到極限，但繼續增大到一定程度時（＞55%），樹脂不足以包裹金屬粉體時而使顆粒疏散，涂層導電性、附著力和沖擊強度下降急劇下降，所以當Ag/Cu用量為干膜總質量的40±5%，涂層綜合性能最佳。

4 結論

本試驗選用防腐性能優異并且快干的高氯化聚乙烯樹脂為涂料主要成膜物，用自制高固體樹脂為增韌改性樹脂，以提高涂層柔韌性、光澤、附著力和沖擊強度等性能；用丙酮、乙酯、甲苯和醋酸丁酯組成的混合溶劑作為稀釋劑，以提高涂料儲存穩定性和施工性，確保涂層具有優良的外觀、光澤等各項性能；用KH550處理的Ag/Cu為導電填料，克服了銅粉易被空氣氧化而造成導電性下降的缺陷，又解決了純銀粉價格貴且在涂層中易遷移的問題，制成的防腐導電涂料具有優良導電性、防腐性和化學穩定性等綜合性能，是一種具有發展前途的新型導電涂料。

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