塑料件用水性導電涂料的研制http://www.qqstock.cn/UserHome/720362 引 言
導電涂料是涂于高電阻率的高分子材料上 , 使之具有傳導電流和排除積累電荷能力的特種涂料。在非金屬 ( 如塑料、陶瓷、木制產(chǎn)品、玻璃鋼、石膏等 ) 電鍍中 , 傳統(tǒng)的前處理工藝流程長 , 廢水量大 , 導致生產(chǎn)成本高 , 因此 , 若在非金屬產(chǎn)品表面噴涂一層導電層 , 然后就可以直接電鍍其他金屬。這樣 , 一方面可以節(jié)約成本 , 另一方面還可以降低環(huán)境污染。因此 , 導電涂料在非金屬電鍍中具有廣闊的應用前景。移動通訊、廣播、雷達、磁療、計算機等等在給現(xiàn)代人生活帶來方便和快捷的同時 , 也使電磁波輻射成為了一種新的社會公害。應運而生的電磁屏蔽涂料已經(jīng)成為生態(tài)環(huán)保型涂料的重要組成部分 [ 1 ] 。此外 , 導電涂料還具有防靜電、防腐等功能。水性導電涂料既具有良好的電磁屏蔽效能 , 又具有一定的環(huán)保性能 , 而且其成本相對于溶劑型涂料而言已大為降低 , 因此 , 水性導電涂料的開發(fā)研究勢在必行 [ 2 ] 。本工作將研究水溶性銀包銅粉導電涂料。 1 實驗方法 1. 1 原 料 水溶性丙烯酸樹脂 3% 銀包銅粉導電填料 ( 平均粒徑為 5. 5 μ m) : 昆明理工恒達科技有限公司提供 ; 離子水或蒸餾水 ;
乙二醇丁醚 ; 乙醇 ; 添加劑 A 、 B 和 C 。 1. 2 導電涂料的制備 將銀包銅粉、蒸餾水和添加劑 A 和 B 在容器中混合 , 得組分 1, 攪拌。同時將添加劑 B 和 C, 乙二醇丁醚、乙醇、丙烯酸樹脂 , 攪拌均勻得組分 2 。組分 1 攪拌 30 min 后加入到組分 2 中 , 再攪拌 30 min, 即可制得水溶性導電涂料。 1. 3 塑料件的涂裝 塑料本身是高分子材料 , 其結構和性能與金屬有很大不同 , 同時 , 由于成型過程中 , 模本身的缺陷及配方中助劑的滲出、模具表面脫模劑的存在等 , 都是金屬涂裝時不需考慮但在塑料涂裝所要考慮的首要問題 [ 3 ] 。本實驗于 ABS 板上噴涂 , 其工藝條件如下 : ①前處理 : 由于塑料件表面存在的脫模劑與灰塵必須除去 , 在噴涂前用乙醇擦拭 , 同時需清除塑料表面靜電 ; ②噴涂條件 : W - 71 口徑為 1 . 5 ～ 2 mm, 噴嘴和實物距離在 100 ～ 200 mm, 噴涂氣壓為 0 . 4 ～ 0 .6MPa, 膜厚 10 ～ 15 μ m 。③干燥條件 : 對不同的塑料采用不同的干燥條件 ,ABS 塑料板耐溫性不好 , 烘箱內溫度控制在 50 ℃ 左右 , 時間以 20 ～ 30 min 左右為宜。 1. 4 導電涂料性能測試 將制得的導電涂料涂敷于 ABS 塑料板 , 測得導電涂料的性能如表 1 所示。 表 1水性導電涂料的性能參數(shù)
2 結果與討論
2.1樹脂的選擇 本研究是以 ABS 板為底材 , 適合的樹脂有丙烯酸樹酯、聚氨酯、環(huán)氧類。即使是同一種原材料 , 但不同的生產(chǎn)廠家由于生產(chǎn)工藝的不同 , 質量檢測控制的標準和手段差異以及自動化程度的高低 , 所生產(chǎn)出來的原材料性能可能不完全相同 , 有時甚至會有很大的差異 , 所以要嘗試找到適合本體系的樹脂 [ 4 ] 。本研究采用丙烯酸樹脂 , 測試了 5 個廠家的樹脂 , 測試結果如表 2 所示。 表 2 不同基體樹脂對涂料導電性能的影響
圖 1 銀包銅粉含量對漆膜導電性能的影響 由圖 1 可知 , 隨著銀包銅粉添加量的增加 , 漆膜的表面電阻率呈下降趨勢。當銀包銅粉含量為 25% 時 , 表面電阻率 1. 2 Ω· cm - 1 , 表示漆膜未導通 ; 當銀包銅粉含量在 30% ～ 35% 之間 , 表面電阻率明顯下降 , 銀包銅粉含量超過 35% 后 , 電阻率下降緩慢 , 填料含量 > 45% 后 , 電阻率反而有所回升。導電填料對涂料性能的影響符合摻合性導電高聚物無限網(wǎng)鏈理論 [ 5 ] , F Bueche 提出的摻合性導電高聚物無限網(wǎng)絡理論指出 , 在含有金屬微粒的高聚物體系中 , 金屬微粒會形成一種導電無限網(wǎng) , 載流子可以在其中自由移動 , 從而使絕緣體變成半導體或導體。導電網(wǎng)鏈越多 , 填料粒子分布越均勻 , 導電性就越高。當銀包銅粉含量小于 30% 時 , 粒子大都被樹脂包圍 , 無貫穿整個漆膜的主干通路。而在 30% ～ 35% , 涂料中的固含量增大 , 導電填料彼此接觸形成無限網(wǎng)鏈和連續(xù)的電子傳遞 , 形成的導電通道迅速增加 , 涂層的表面電阻率隨填料用量的增大而降低。在銀包銅粉含量大于 35% 時 , 由于粒子在基料中已構成導電通路的網(wǎng)絡 , 再增加銀包銅粉并不能使導電通路明顯增加 , 因此漆膜的表面電阻率下降趨緩。之后 , 再增加銀包銅粉量 , 基料相對于填料用量太少 , 此時基料已不能完全潤濕導電填料 , 會出現(xiàn)涂層性能下降和電阻上升的趨勢。因此 , 兼顧涂料的導電性和較好的涂層性能 , 并考慮到要盡量降低生產(chǎn)成本 , 使導電填料用量最低 , 我們選取銀包銅粉量在 35% ～ 44% 的穩(wěn)定區(qū)域。
2. 3 水加量對漆膜導電性能的影響 在含有 35% 銀包銅粉的丙烯酸樹脂中分別加入不同含量的水 , 將其均勻涂覆于 ABS 塑料板表面 , 待其實干后 , 測量其表面電阻率 , 實驗結果如圖 2 所示。
圖 2 水含量對漆膜導電性能的影響 從圖 2 可以看出 , 水含量在 28% ～ 40% 時 , 涂料導電性最好。這是因為水含量過少時 , 樹脂溶解不充分 , 導電填料在涂料中不能很好地分散和潤濕 , 妨礙了粒子間的直接接觸和干燥時涂膜的收縮 ; 水過多時 , 涂料涂裝烘干后單位面積涂膜金屬粉減少 , 粒子間距大 , 影響導電填料的導電網(wǎng)鏈 , 所以導電性降低。
2. 4 分散防沉劑用量及其加入方式對漆膜導電性能的影響 在水性體系中 , 分散劑的親油和憎水基團吸附在粒子表面上 , 而親水或憎油基團則引伸向水相 , 依據(jù)分散劑類型的不同靠電荷斥力或空間位阻作用使顏填料粒子相互穩(wěn)定 , 防止聚結。本研究表明 , 分散防沉劑的加入 , 明顯改進了漆膜的附著力及其導電性能。未加分散防沉劑前 , 漆膜附著力很差 , 有掉粉現(xiàn)象。加入后附著力達 95% 以上。本研究對此分散防沉劑做了條件實驗 , 得出適合本體系的最佳用量。其對表面電阻率的影響如圖 3 所示。
圖 3 分散防沉劑加入量對漆膜導電性能的影響 由圖 3 可以看出 , 當不加分散防沉劑時 , 漆膜的電阻率很大 , 加入后 , 電阻迅速下降 , 但隨著添加量的增加 , 電阻又慢慢回升。這是因為不加分散防沉劑時 , 銀包銅粉的分散性差 , 不均勻 , 聚集體多 , 所以電阻高 ; 加入此助劑后 , 金屬粉分散性得到改善 , 金屬粉分布均勻 , 電阻下降 ; 助劑吸附包覆在金屬粉表面上 , 從而使金屬粉分散均勻 , 但進一步增加助劑的用量 , 包覆層太厚 , 金屬粉之間無法直接接觸 , 電阻又慢慢回升。該分散防沉劑可以在金屬粉分散前加入 , 也可以在分散后加入 , 兩種方式均可對金屬粉起到潤濕分散的作用。本實驗對兩種分散方式進行了對比 , 分散后加入漆膜電阻率 0 . 20 Ω / cm, 分散前加入漆膜電阻率能達到 0 .13 Ω / cm 。結果表明 , 分散前加入效果更好。分散前加入 , 助劑能充分潤濕金屬粉 , 使金屬粉分散得更均勻 , 所以電阻更低。
2. 5 固化溫度對漆膜導電性的影響 由于 ABS 塑料不耐高溫 , 一般熱變形溫度為 80 ～ 90 ℃ , 所以不宜選擇太高溫度。固化溫度對漆膜導電性能的影響如圖 4 所示。
圖 4 固化溫度對漆膜導電性能的影響 由圖 4 可以看出當溫度小于 55 ℃ 時 , 隨著溫度的升高 , 導電性增大 , 在 55 ℃ 附近時電阻迅速下降 , 高于 55 ℃ 時 , 溫度升高 , 導電性下降。這是因為溫度過低時樹脂浮于涂料表面 , 從而降低涂料的導電性 , 溫度過高時 , 水的揮發(fā)速度加快 , 破壞了填料形成的導電網(wǎng)絡 , 同時溫度過高 , 導電填料氧化 , 涂層遭到破壞 , 導電性降低 [ 2 ] 。
2. 6 涂膜厚度對導電性能的影響 涂膜厚度對導電性的影響見圖 5 。
圖 5 涂膜厚度對漆膜導電性能的影響 由圖 5 可以看出 , 隨著涂層厚度的增加 , 導電性能增強。這是因為涂膜較薄時 , 導電網(wǎng)鏈還沒有完全形成或網(wǎng)鏈還不完整 , 因而導電性能比較低。隨著涂膜厚度的增加 , 形成導電網(wǎng)絡的幾率增大 , 導電性能增強。但隨著涂膜厚度的增加 , 電阻降低緩慢 , 涂料的附著力會降低 , 所以因根據(jù)實際需要選擇涂膜的厚度。
3 結 語 本研究選擇樹脂固含量為 29% , 銀包銅粉用量選取在 35% ～ 44% , 水的含量以 28% ～ 40% , 分散劑 A 用量為 0 . 62% 左右 , 固化溫度 55 ℃ , 噴涂厚度可獲得較佳的涂膜性能 , 塑料用水溶性導電涂料具有較好的導電性 , 對塑料具有良好的附著力 , 綜合性能優(yōu)良。這種水性導電涂料具有不污染環(huán)境 , 性能優(yōu)良的突出優(yōu)點 , 屬于環(huán)保型特種功能材料 , 在許多領域都有應用價值 , 具有廣闊的發(fā)展前景。 |
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