CN1944555A - 环保型纳米导静电涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环保型纳米导静电涂料及其制备方法。该导静电涂料以纳米碳管或纳米碳管与其它无机导电填料的复合物为导电介质，以水溶性的丙烯酸树脂乳液为主要成膜物质。该涂料的制备方法由三个阶段构成：第一阶段，制备纳米碳管或纳米碳管与其它无机导电填料复合的分散液；第二阶段，制备颜填料的浆料；第三阶段，浆料与树脂乳液的混合调配。与传统添加型导静电涂料相比，纳米导静电涂料具有导电填料添加量少、对涂料色泽和整体性能影响小、导电成分不易沉降或析出、导电性持久稳定等特点，且水性涂料体系的采用更符合可持续发展和环保的要求。该涂料特别适用于建筑室内墙面等场合使用，可为建筑室内解决防静电问题提供一种经济、环保的方案。

Description

环保型纳米导静电涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种环保型纳米导静电涂料及其制备方法。该涂料利用纳米材料或纳米复合材料作为导电介质，从而使涂料具有特殊的导静电功能，属于功能涂料和纳米材料应用领域。

背景技术

近年来，随着科学技术的飞速发展、微电子技术的广泛应用及电磁环境越来越复杂，如何防止静电带来的危害，已经成为一个迫切需要解决的问题。一方面，一些电阻率很高的高分子材料如塑料、橡胶等的制品的广泛应用以及现代生产过程的高速化，使得静电能积累到很高的程度；另一方面，静电敏感材料的生产和使用，如轻质油品、火药、固态电子器件等，工矿企业部门受静电的危害也越来越突出。静电危害可以造成了相当严重的后果和损失，它可以在不经意间将昂贵的电子器件击穿，造成电子工业年损失达上百亿美元；静电放电还可以造成火箭和卫星发射失败，干扰兴航飞行器的运行。静电危害广泛存在于电子工业、石油工业、兵器工业、纺织工业、橡胶工业以及宇航与军事领域。由于电子器件和设备的制造和应用环境必须具备防止静电危害、抗御电子干扰的环境条件，因此建筑室内环境的防静电、抗干扰也已成为高科技时代经济发展的重要保证。

利用导静电材料及时地导走和消除静电就可以防止因静电带来的危害。其中，导静电涂料作为一种表层的导静电材料，由于具有选材广泛、实用性强、性价比高、施工便利等突出优势而倍受重视。导静电涂料可分为本征型和添加型两种，本征型是通过分子设计制备具有共轭∏键的大分子而获得导电性，如聚乙烯、聚吡咯、聚苯胺等，目前该类导电聚合物的研究还处于实验室研究阶段，主要问题是成本高、制备工艺复杂、控制难，而该类聚合物一般在有机溶剂中溶解困难，普通方法难以施工；添加型是通过在涂料中添加一些导电物质而获得导电性，添加物质包括碳系、金属系、半导体金属氧化物系以及有机物合成离子型防静电剂等。目前，添加型导静电涂料是最为普遍的一种，且部分种类已实现商品化，如碳系为主的防静电涂料，其良好的导电性在各个领域得到了广泛应用，特别是石油化工方面，但其附着力和耐油性差、装饰性能差；以金属粉末为主的导静电涂料目前不大使用，主要原因是价格昂贵，金属表面的易氧化比重大；添加半导体氧化物的导静电涂料也已部分实现商品化，但由于制备成本高、氧化物本身比重高、涂料易沉降等缺点使其推广受到了限制；有机物合成粒子型防静电涂料助剂是一种表面活性剂，稳定性差、电荷泄漏速度慢、耐久性差，其应用也有很大的局限性。开发多种新型导静电涂料，不但能用于石油储罐、电网系统等大型设备起到防腐抗静电的作用，也使之能广泛应用于建筑内墙、地坪、地板等场合，既起到美观装饰的作用，又具有防静电的功能具有非常积极的意义。目前，用于建筑室内的防静电材料主要为防静电的金属、塑料、橡胶等板材，以及导静电地板、地坪涂料，普遍存在的问题是资源耗费大、造价高、装饰性能差等。

目前，国内导静电涂料一般均为溶剂型，既浪费大量有用资源又存在对环境的污染问题。因此，环保型导静电涂料的开发也是导静电涂料研究领域的趋势。当前，水性涂料由于不含有机溶剂、零VOC排放等优势既节约了资源，又减少了对环境的污染，环保性能非常突出。当前，水性建筑涂料的应用已十分广泛，而针对建筑墙面的水性导静电涂料几乎没有。开发适用于建筑墙面的水性导静电涂料不仅可替代现有的价格昂贵的防静电建筑装饰材料，而且水性涂料体系可减少对环境空间的危害，可为建筑室内防静电问题提供一种经济、环保的解决方案。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种具有导静电功能的环保型纳米导静电涂料。

本发明的目的之二在于提供一种具有导静电功能的环保型纳米导静电涂料的制备方法。

本发明的目的之一可以这样实现，设计一种环保型纳米导静电涂料，包括以下按质量百分比计算含量的组分：

水性丙烯酸乳液          25～30

纳米导电填料            0.2～10

颜料                    45～55

涂料助剂                2～5

溶剂                    15～20

本发明的目的之二可以这样实现，设计一种环保型纳米导静电涂料的制备方法，包括三个阶段：第一阶段，制备纳米碳管的分散液；第二阶段，制备颜填料的浆料；第三阶段，浆料与树脂乳液的混合调配；

所述第一阶段制备的步骤如下：

A、将纳米碳管与润湿分散剂按1∶(1～2.5)的比例预混后加入5～10倍的溶剂，配成混合液，静止反应15～30分钟；

B、将混合液进行超声处理20～30分钟，用400～600目筛网滤出底部沉淀，再将沉淀与分散剂按1∶(0.1～0.2)的比例混合，加5～10倍溶剂混合反应后再进行超声处理；重复上述过滤、混合、分散步骤，直到分散液底部无沉淀或沉淀重量小于初始纳米碳管重量的10％为止；

C、将上述重复分散得到的混合分散液添加溶剂，配成规定量的纳米碳管分散液；

所述第二阶段制备的步骤如下：

D、以第一阶段制备的纳米碳管分散液为基础，添加颜料、分散剂、消泡剂和防冻剂，在800～1600r/min转速下高速研磨分散60～80分钟，得到颜填料的浆料；

所述第三阶段制备的步骤如下：

E、将第二阶段制备好的颜填料浆料按比例与丙烯酸乳液混合，在300～500r/min的低速搅拌下加入消泡剂、流平剂、成膜助剂和pH调节剂，搅拌20～30分钟；

F、搅拌均匀后加入增稠剂，调节涂料粘度≥25s(涂-4杯)；

G、过滤后得到纳米导静电涂料成品。

本发明使用极少量的纳米材料替代传统高添加量的导电填料实现导静电的功能，既节约资源又保证涂层导电性能的持久可靠，改善了涂料的综合性能且使涂料易于获得丰富的外观。水性涂料体系的采用更符合可持续发展以及环保的要求。本发明主要用于建筑室内的墙面，可广泛用于计算机房、洁净室、电子产品生产车间、手术室、军用仓库、防爆车间等需要防静电的室内空间，可为建筑室内防静电问题提供一种经济、环保的解决方案。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的描述。

一种以纳米碳管或纳米碳管与其它无机导电填料的复合体为导电介质，水性丙烯酸乳液为主要成膜物质制备出适用于建筑墙面的环保型纳米导静电涂料，包括以下按质量百分比计算含量的组分：

水性丙烯酸乳液          25～30

纳米导电填料            0.2～10

颜料                    45～55

涂料助剂                2～5

溶剂                    15～20

所述水性丙烯酸乳液为苯丙或纯丙乳液。

所述纳米导电填料为纳米碳管或纳米碳管与其它无机导电填料的复合体。

所述其中纳米碳管为管径在10～100nm之间、长度为5～15μm的多壁纳米碳管；无机导电填料为导电云母或导电钛白或导电氧化锌中的一种或二种或全部，无机导电填料的粒度为800～1200目。

所述颜料包括甲、乙、丙三种组分，其中甲组分为钛白粉或立德粉，乙组分为滑石粉或硫酸钡，丙组分为重钙或轻钙，材料的粒度在600目以上。例如颜料材料为钛白粉、滑石粉和重钙的组合。

所述涂料助剂包括润湿分散剂、消泡剂、防冻剂、流平剂、成膜助剂、增稠剂和pH调节剂；其中润湿分散剂为烯基单体与不饱和羧酸及其酯类共聚物的钠、铵、胺盐，如德国汉高5040、天津新研DS-111、华夏助剂HX5300或HX5320和上海三正CH-12B等分散剂；消泡剂为聚醚改性有机硅，如：日本科宁NXZ、华夏助剂HX5041或HX5042、广州众冠美YH-202；防冻剂为乙二醇或丙二醇；流平剂为非离子型聚氨酯流变改性剂，如：罗门哈斯2020；成膜助剂为醇酯，如：醇酯十二和TEXANOL成膜助剂；增稠剂为丙烯酸酯交联型增稠剂，如：法国高帝斯RHEO ATE-431、广州众冠美AT-70、广州标美SF-730；pH调节剂为挥发性碱，如：氨水。

所述溶剂为水。可用普通自来水或工业用水。

一种环保型纳米导静电涂料的制备方法，包括三个阶段：第一阶段，制备纳米碳管的分散液；第二阶段，制备颜填料的浆料；第三阶段，浆料与树脂乳液的混合调配；

所述第一阶段制备的步骤如下：

A、将纳米碳管与润湿分散剂按1∶(1～2.5)的比例预混后加入5～10倍的溶剂，配成混合液，静止反应15～30分钟；

B、将混合液进行超声处理20～30分钟，用400～600目筛网滤出底部沉淀，再将沉淀与分散剂按1∶(0.1～0.2)的比例混合，加5～10倍溶剂混合反应后再进行超声处理；重复上述过滤、混合、分散步骤，直到分散液底部无沉淀或沉淀重量小于初始纳米碳管重量的10％为止；

C、将上述重复分散得到的混合分散液添加溶剂，配成规定量的纳米碳管分散液；

所述第二阶段制备的步骤如下：

D、以第一阶段制备的纳米碳管分散液为基础，添加颜料、分散剂、消泡剂和防冻剂，在800～1600r/min转速下高速研磨分散60～80分钟，得到颜填料的浆料；

所述第三阶段制备的步骤如下：

E、将第二阶段制备好的颜填料浆料按比例与丙烯酸乳液混合，在300～500r/min的低速搅拌下加入消泡剂、流平剂、成膜助剂和pH调节剂，搅拌20～30分钟；

F、搅拌均匀后加入增稠剂，调节涂料粘度≥25s(涂-4杯)；

G、过滤后得到纳米导静电涂料成品。

所述步骤A中添加无机导电填料，纳米碳管与无机导电填料的总重占涂料总重量的0.2～10％。

实施例1：

称取0.8克管径为10～30nm，长度为5～15μm的多壁纳米碳管与1克CH-12B超分散剂预混，再加10克水配成混合液，静止反应15分钟；将上述混合液超声处理30分钟后用400目细筛网过滤出底部沉淀，向沉淀中加入0.1克CH-12B超分散剂和10克水，静止反应15分钟后再进行超声处理。重复上述过滤、混合、分散步骤2次，最后添加适量水得到80克沉淀量极少的纳米碳管分散液。以上述纳米碳管分散液为基础，搅拌状态下依次加入NXZ消泡剂1克、乙二醇7.5克、5040分散剂1克、钛白粉65克、滑石粉65克和重钙65克。添加适量玻璃球后在1000r/mn的高速搅拌下研磨分散1小时，过滤掉玻璃球后得到颜填料的浆料。取上述浆料210克加入90克苯丙乳液，在500r/min的低速搅拌下依次加入NXZ消泡剂1克、2020流平剂1.5克、醇酯十二成膜助剂5克，再滴加适量氨水调节涂料pH值为8～9。均匀搅拌20min后缓慢加入ATE-431增稠剂0.2克调整涂料粘度，最后再经筛网过滤后得到纳米导静电涂料成品。该涂料各项性能指标均达到GB/T 9756-2001《合成树脂乳液内墙涂料》中的优等品性能要求，其中对比率达到0.98，耐洗刷性达10000次以上；涂料中的VOC含量≤80克/L，符合环境保护产品中对水性涂料的技术要求。按GB/T 16906-1997《石油罐导静电涂料电阻率测定法》制作涂料试样并测量，涂料的表面电阻率为10⁷～10⁸Ω/□，符合导静电涂料的导电性能的要求。

实施例2

称取0.2克管径为40～60nm，长度为5～15μm的多壁碳纳米管与0.5克CH-12B超分散剂预混，再加10克水配成混合液，静止反应15分钟；将上述混合液超声处理30分钟后用400目细筛网过滤出底部沉淀，向沉淀中加入0.1克CH-12B超分散剂和10克水，静止反应15分钟后再进行超声波处理。重复上述过滤、混合、分散步骤2次，最后添加适量水得到80克沉淀量极少的碳纳米管分散液，向分散液中添加15克导电云母粉，500r/min转速下搅拌20min后再静止放置15min。以上述碳纳米管与导电云母粉的混合分散液为基础，依次加入各种涂料助剂和颜料，除钛白粉添加量为50克外，其它成分的添加方式和比例同实施例1。后续的浆料与树脂乳液的混合调配直至得到导静电涂料成品的方法也同实施例1。该涂料各项性能指标均达到GB/T 9756-2001《合成树脂乳液内墙涂料》中的优等品性能要求，其中对比率达到0.96，耐洗刷性达到10000次以上；涂料中的VOC含量≤80克/L，符合环境保护产品中对水性涂料的技术要求。按GB/T 16906-1997《石油罐导静电涂料电阻率测定法》制作涂料试样并测量，涂料的表面电阻率为10⁶～10⁷Ω/□，符合导静电涂料的导电性能的要求。

Claims (9)

1、一种环保型纳米导静电涂料，其特征在于包括以下按质量百分比计算含量的组分：

水性丙烯酸乳液       25～30

纳米导电填料         0.2～10

颜料                 45～55

涂料助剂             2～5

溶剂                 15～20

2、根据权利要求1所述的环保型纳米导静电涂料，其特征在于：所述水性丙烯酸乳液为苯丙或纯丙乳液。

3、根据权利要求1所述的环保型纳米导静电涂料，其特征在于：所述纳米导电填料为纳米碳管或纳米碳管与其它无机导电填料的复合体。

4、根据权利要求3所述的环保型纳米导静电涂料，其特征在于：所述其中纳米碳管为管径在10～100nm之间、长度为5～15μm的多壁纳米碳管；无机导电填料为导电云母或导电钛白或导电氧化锌中的一种或二种或全部，无机导电填料的粒度为800～1200目。

5、根据权利要求1所述的环保型纳米导静电涂料，其特征在于：所述颜料包括甲、乙、丙三种组分，其中甲组分为钛白粉或立德粉，乙组分为滑石粉或硫酸钡，丙组分为重钙或轻钙；材料粒度在600目以上。

6、根据权利要求1所述的环保型纳米导静电涂料，其特征在于：所述涂料助剂包括润湿分散剂、消泡剂、防冻剂、流平剂、成膜助剂、增稠剂和pH调节剂；其中润湿分散剂为烯基单体与不饱和羧酸及其酯类共聚物的钠、铵、胺盐，消泡剂为聚醚改性有机硅，防冻剂为乙二醇或丙二醇，流平剂为非离子型聚氨酯流变改性剂，成膜助剂为醇酯，增稠剂为丙烯酸酯交联型增稠剂，pH调节剂为挥发性碱。

7、根据权利要求1所述的环保型纳米导静电涂料，其特征在于：所述溶剂为水。

8、一种环保型纳米导静电涂料的制备方法，其特征在于包括三个阶段：第一阶段，制备纳米碳管的分散液；第二阶段，制备颜填料的浆料；第三阶段，浆料与树脂乳液的混合调配；

所述第一阶段制备的步骤如下：

A、将纳米碳管与润湿分散剂按1∶(1～2.5)的比例预混后加入5～10倍的溶剂，配成混合液，静止反应15～30分钟；

B、将混合液进行超声处理20～30分钟，用400～600目筛网滤出底部沉淀，再将沉淀与分散剂按1∶(0.1～0.2)的比例混合，加5～10倍溶剂混合反应后再进行超声处理；重复上述过滤、混合、分散步骤，直到分散液底部无沉淀或沉淀重量小于初始纳米碳管重量的10％为止；

C、将上述重复分散得到的混合分散液添加溶剂，配成规定量的纳米碳管分散液；

所述第二阶段制备的步骤如下：

D、以第一阶段制备的纳米碳管分散液为基础，添加颜料、分散剂、消泡剂和防冻剂，在800～1600r/min转速下高速研磨分散60～80分钟，得到颜填料的浆料；

所述第三阶段制备的步骤如下：

E、将第二阶段制备好的颜填料浆料按比例与丙烯酸乳液混合，在300～500r/min的低速搅拌下加入消泡剂、流平剂、成膜助剂和pH调节剂，搅拌20～30分钟；

F、搅拌均匀后加入增稠剂，调节涂料粘度≥25s(涂-4杯)；

G、过滤后得到纳米导静电涂料成品。

9、根据权利要求8所述的环保型纳米导静电涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤A中添加无机导电填料，纳米碳管与无机导电填料的总重占涂料总重量的0.2～10％。