浅色抗静电涂料的制备及性能检测

姜卫丽，刘华荣

（哈尔滨化工研究所，黑龙江哈尔滨150020）

抗静电涂料是导电涂料的一个重要组成部分，抗静电涂料按照原料和制备方法的不同可分为本征型抗静电涂料和掺杂型抗静电涂料。本征型抗静电涂料是以导电聚合物为成膜物质，目前由于成本高、技术不成熟等原因限制了其使用[1]；掺杂型抗静电涂料是以绝缘的有机聚合物作为主要成膜物，均匀地掺入导电填料，利用导电填料的导电作用制成抗静电涂料[2]。

随着现代科学技术的进步，不仅对抗静电涂料的性能要求不断提高，同时对抗静电涂料的涂装性能也越来越高。以往的抗静电涂料多以碳系填料（石墨、炭黑和碳纤维）、金属系填料（银、铜、镍及铁的合金等）、金属氧化物等为主要导电填料，大多数颜色较深，品种单一，难以满足现代涂料装饰性的要求。

本研究以聚氨酯改性环氧树脂为成膜物，引入具有特殊性能的浅色纳米ATO（掺锑二氧化锡）导电粒子[3～4]，同时加入超分散剂等助剂，制备了可常温固化的含纳米ATO的浅色抗静电涂料。该涂料不仅具有良好的抗静电、附着力、弹性、耐候性和稳定性，同时还具有很好的装饰性，颜色可调，同时因纳米ATO的引入，大大地改善了涂料的耐粘污性和耐水性。

1 实验部分

1.1 实验原料

二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）（98%）北京中西远大科技有限公司；聚四亚甲基醚乙二醇（99%）上海中申化工贸易有限公司；双酚A型环氧树脂621（工业级）上海树脂厂；纳米ATO导电粉（平均粒径≤20～50nm，比表面积70～80m2/g）杭州万景新材料股份有限公司；超分散剂D-70（工业级）、流平剂BYK（工业级）和防尘助剂FCS-30（工业级）均来自维波斯新材料(潍坊)有限公司；其它试剂均为市售分析纯。

1.2 聚氨酯改性环氧树脂的合成

1.2.1 聚氨酯预聚体的合成

在干燥氮气的保护下，向装有温度计、冷凝管的四口烧瓶中加入400份（质量份，下同）的聚四亚甲基醚乙二醇（数均相对分子质量为2000）和80.1份的二苯甲烷二异氰酸酯，以二月桂酸二丁基锡为催化剂，在搅拌的条件下，80℃恒温反应3h，反应结束后，冷却至室温，制得聚氨酯预聚体。

1.2.2 聚氨酯改性环氧树脂的合成

按一定比例向三口瓶中加入双酚A型环氧树脂621和上述合成的聚氨酯预聚体及扩链剂1,4-丁二醇，在搅拌的条件下，50℃恒温反应3h，反应结束后，制得聚氨酯改性环氧树脂。

1.3 涂料制备工艺

涂料制备工艺见图1和图2所示。

图1 改性树脂的制备工艺图Fig.1 Flow chart of preparation formodified resin

图2 涂料的制备工艺图Fig.2 Flow chart of preparation for coatings

1.4 性能检测

涂料的物理力学性能按照国家标准进行测试。

采用ZC-36型三电极高阻仪测试抗静电性能，在100mm×120mm的紫铜片单面涂覆涂料，每种测试采用5组试样在100V下做平行试验。

2 结果与讨论

2.1 导电填料对涂层电性能的影响

抗静电涂料的抗静电作用是通过掺入导电填料实现的，所以导电填料ATO含量（质量分数，下同）决定了该涂料的导电性。ATO含量对涂层体积电阻的影响见图3。

图3 ATO含量对涂层体积电阻的影响Fig.3 Effects of ATO contents on coating volume resistance

由图3可知，随着ATO含量的增大，涂料体积电阻率降低，涂料的抗静电性提高。当ATO粒子含量达到10%左右时，曲线突然急剧下降，导电性迅速提高，这是因为当ATO含量较低时，ATO粒子之间的接触或接近形成导电通道的机会较小，当ATO粒子的含量达到一定程度时，涂料的导电性迅速提高。同时，基体树脂含量高，黏滞力大，也不利于导电粒子的运动，涂层的体积电阻率较高；当ATO粒子的含量达到30%时，涂料的导电性变化几乎趋于平缓，进一步增加ATO的含量，对于涂料体积电阻率的改善没有很大帮助。因此，确定ATO粒子的最佳加入量为30%。

2.2 分散剂对涂层电性能的影响

掺杂型抗静电涂料是将导电填料直接分散于基体树脂中掺和而成的，由于基体树脂为有机聚合物，而导电填料为无机粒子，这种结构性差异使得基体树脂和导电填料间的分散性不良，难以形成均相体系，从而影响其导电性能。因此，为了改善涂料的性能，常需要加入分散剂。分散剂的加入量对涂层体积电阻率的影响见图4。

图4 分散剂的加入量对涂层体积电阻率的影响Fig.4 Effects of the dosage of disperant on coating volume resistance

由图4可知，涂层体积电阻率随超分散剂D-70加入量的增加先明显下降后又升高。当分散剂的加入量达到0.8%～1.0%时，涂层的体积电阻率相对较小且较稳定，因此确定分散剂的加入量为0.8%～1.0%。

2.3 固化剂对涂层电性能的影响

抗静电涂料一般要求常温固化，而用于常温固化的环氧树脂固化剂主要有多元胺、改性胺类及低分子聚酰胺树脂。改性胺类固化剂具有优良的耐化学品性和柔韧性，固化速度快等优点，因此采用改性胺类固化剂作为环氧树脂的固化剂。固化剂用量对涂料性能的影响见表1。

表1 固化剂用量对涂料性能的影响Table1 Effectsof theamount of curingagent on coating

由表1可知，随着固化剂用量的增加，涂层的抗张强度和电阻率均升高，但超过一定量时，又开始下降，综合涂料性能和经济效益，确定固化剂的加入量以10%～15%为宜。

2.4 涂层的物理力学性能

涂层各项物理力学性能见表2。

表2 涂层的物理力学性能Table 2 Physical performance of coating

3 结 论

本文以聚四亚甲基醚乙二醇和二苯甲烷二异氰酸酯为原料，在二月桂酸二丁基锡催化剂的条件下，反应制得了聚氨酯预聚体，并对双酚A型环氧树脂621进行了化学改性。之后以改性环氧树脂为成膜物，以纳米ATO（掺锑二氧化锡）为导电粒子，同时加入超分散剂、溶剂等助剂制备了可常温固化的含纳米ATO的浅色抗静电涂料。该涂料不仅具有良好的抗静电、附着力、弹性、耐候性和稳定性，同时还具有很好的装饰性，颜色可调。

［1］张文涛，施利毅，钟庆东，等.钢板用浅色抗静电涂料的制备［J］.中国涂料，2005，（9）:2～3.

［2］傅敏，狄志刚，袁立新.浅色抗静电涂料的研制［J］.涂料工业，2001，（9）:7～9.

［3］秦长勇，古宏晨，方图南.新型多功能ATO超细导电粉体材料［J］.上海化工，2000，（13）:23～25.

［4］宋兴华，於定华.红外低发射率ATO粉末的制备及特性研究［J］.红外技术,2003,25（6）:49～53.