專(zhuān)利名稱(chēng)：一種水基導(dǎo)電涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水基導(dǎo)電涂料，更確切地說(shuō)本發(fā)明涉及一種水基聚氨酯銀粉導(dǎo)電涂料，也稱(chēng)為水性聚氨酯銀粉導(dǎo)電涂料。
背景技術(shù)：
伴隨著電子化、信息化的迅猛發(fā)展，內(nèi)藏信息微處理裝置的電子機(jī)器的極大普及，由此產(chǎn)生的電磁兼容(EMC)、信息安全和噪音污染問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。射頻干擾或電磁干擾可導(dǎo)致民航起降系統(tǒng)失靈、通信不暢、計(jì)算機(jī)運(yùn)行錯(cuò)誤或自控設(shè)備誤動(dòng)作等，甚至危及人身安全。近幾年來(lái)，隨著移動(dòng)電話的日益普及，手機(jī)能夠誘發(fā)腦瘤和畸形胎兒等的報(bào)道不時(shí)見(jiàn)諸報(bào)端，同時(shí)電磁信息泄漏關(guān)系到政治、經(jīng)濟(jì)和軍事等信息的安全問(wèn)題。因此，如何使幾乎完全透過(guò)電磁波的塑料外殼對(duì)電磁波具有相應(yīng)的屏蔽性能，已成為當(dāng)今材料科學(xué)的一個(gè)重要開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。在各種電磁輻射防護(hù)材料(如鎂合金、導(dǎo)電塑料、塑料電鍍、真空濺鍍、貼金屬箔和屏蔽涂層等等)中，屏蔽涂料所形成的屏蔽薄層以其方便、輕量、不占空間以及與基材一體化等眾多優(yōu)勢(shì)成為其中的佼佼者，被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)電子產(chǎn)品、裝置、系統(tǒng)的電磁輻射防護(hù)。特別適用于形狀復(fù)雜的塑料表面的涂覆，可起到屏蔽電磁波的目的。歐美等國(guó)擬定法規(guī)規(guī)定有效屏蔽下限為40dB(相應(yīng)的體積電阻率為10-2Ω·cm，表面電阻率為0.5Ω/cm2)。
信息產(chǎn)業(yè)用手機(jī)、計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度越來(lái)越高速化，要求屏蔽射頻和電磁的干擾，同時(shí)綠色環(huán)保要求也越來(lái)越高，在這種情況下，高性能的水性導(dǎo)電涂料的開(kāi)發(fā)十分迫切。實(shí)際上要求涂料的體積電阻率為低于10-3Ω·cm，表面電阻率在0.2Ω/cm2以下。
導(dǎo)電涂料是把導(dǎo)電填料和助劑均勻分散于聚合物中形成的。導(dǎo)電填料有導(dǎo)電碳黑、鎳粉、銅粉和銀粉四類(lèi)，導(dǎo)電碳黑類(lèi)填料價(jià)格極其低廉，化學(xué)穩(wěn)定性好，相對(duì)密度小，分散性好，但導(dǎo)電性比銅系低3個(gè)以上數(shù)量級(jí)，大多用于對(duì)導(dǎo)電性要求低的場(chǎng)合，在屏蔽涂料方面使用效果并不十分理想；銅系填料價(jià)格低，導(dǎo)電性能好，屏蔽效能佳，但抗氧化穩(wěn)定性極差，需要特殊處理方可獲得應(yīng)用，長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性仍存懸念；鎳系填料性能較銅系穩(wěn)定，導(dǎo)電性比銅系低1個(gè)數(shù)量級(jí)，導(dǎo)磁性比銅高2個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)高頻帶有較高的屏蔽效果，價(jià)格不高，但鎳系填料對(duì)低頻帶(＜30MHz)屏蔽效果不明顯，抗氧化穩(wěn)定性稍差，有良好的防腐蝕性，但仍需要特殊處理方可獲得應(yīng)用；在溶劑型涂料中，為了防止銅粉被氧化，加入有機(jī)磷化合物、磷酸類(lèi)、亞磷酸酯類(lèi)和有機(jī)鈦酸酯化合物。
但是，在水性涂料制備過(guò)程中，在混合分散銅粉時(shí)，在非常短的時(shí)間內(nèi)銅粉就會(huì)被氧化，以致不能獲得滿意的導(dǎo)電性。另外，從環(huán)境可靠性方面看，銅粉導(dǎo)電涂料所形成的導(dǎo)電膜耐長(zhǎng)期老化性一直沒(méi)有很好地解決，成為客戶(hù)心中難以揮去的懸念；加之，涂料貯藏穩(wěn)定性差，涂料增粘或變色導(dǎo)致凝膠化，若用以涂飾不能獲得滿意的長(zhǎng)期屏蔽效果。
水性聚氨酯涂料和油性聚氨酯涂料比較，盡管至今仍作導(dǎo)電涂料使用，但是在施工中有著火、爆炸的危險(xiǎn)。水性聚氨酯涂料代替油性聚氨酯涂料作為導(dǎo)電涂料使用，這是大勢(shì)所趨，當(dāng)然為了改善作業(yè)環(huán)境也希望開(kāi)發(fā)水性導(dǎo)電涂料。
現(xiàn)有技術(shù)JP6346006(1994.12.20)和JP8003486(1996.1.9)都是利用銅粉制的水性導(dǎo)電涂料，盡管他們對(duì)銅粉導(dǎo)電涂料的缺點(diǎn)做了改善，但仍未能達(dá)到理想境地。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明者們想用銀粉制備水性導(dǎo)電聚氨酯分散體涂料，克服鎳基涂料，銅基涂料的缺點(diǎn)，制備密著力和導(dǎo)電率相平衡的水基導(dǎo)電涂料。提供使用老化性能優(yōu)良的水基導(dǎo)電涂料。例如，初始常溫體積電阻率為2×10-5～1×10-3Ω.cm.涂膜放置于60℃，95％相對(duì)濕度下，經(jīng)過(guò)1500小時(shí)后，體積電阻率為3×10-5～1×10-3Ω.cm。幾乎和初始值一樣。本水基導(dǎo)電涂料與室溫放置二個(gè)月后，體積電阻率仍保持在3×10-5～9×10-4Ω.cm。
本發(fā)明的水基導(dǎo)電涂料其組成包括鉛筆硬度為1～4H陰離子水性分散體(質(zhì)量份數(shù)占12～22％)、粒徑為0.2～8μm的銀粉(質(zhì)量份數(shù)占30～70％)、去離子水(質(zhì)量份數(shù)占10～30％)、助溶劑(質(zhì)量份數(shù)占0.5～5％)、潤(rùn)濕劑(質(zhì)量份數(shù)占0.2～3％)、成膜劑(質(zhì)量份數(shù)占0.1～5％)、懸浮劑(質(zhì)量份數(shù)占0.2～2.5％)和增稠劑(質(zhì)量份數(shù)占0.5～5％)等。
這里所指的陰離子水性分散體是從聚酯型聚氨酯水分散體、聚酯-聚醚混合型聚氨酯、丙烯酸(酯)改性的聚酯型聚氨酯水性分散體或聚酯型聚氨酯與聚丙烯酸(酯)的水性分散體混合物中任選一種，所用的異氰酸酯為芳香族或脂肪族的。聚酯型聚氨酯水分散體所用的聚酯多元醇是指由乙二醇、丁二醇、新戊二醇、三甲基戊二醇、己二醇和一縮乙二醇中的一種二元醇或多種二元醇混合物與己二酸、癸二酸、對(duì)苯二酸、間苯二酸、二聚酸、苯酐中的一種二元羧酸及其酐或多種二元羧酸的混合物經(jīng)縮聚反應(yīng)制備的；所用的聚醚多元醇主要是指四氫呋喃類(lèi)的均聚或共聚的聚醚二元醇。聚丙烯酸(酯)的水性分散體主要是指丙烯酸、丙烯甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯丁酯、丙烯異辛酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸異丙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、羥甲基丙烯酰胺等經(jīng)自由基引發(fā)聚合所形成的水性乳液，漆膜硬度在1～4H。如PrimalE-3188、RhoplexNT-2624和DuraplusC 3668等。
它們的固含量為25～48％，粘度25～400厘泊，pH6.5～9。如市售的Solucol公司的Solucote1703、1736CA，Sovereign Co.的QW系列和頤中科技實(shí)業(yè)的APU-24、ER-05等。Solucote1736CA是一種涂料用脂肪族水基聚氨酯聚合物，是一種對(duì)玻璃粘結(jié)力高的硬性，高度耐化學(xué)藥品的脂肪族水基聚氨酯分散體，耐紫外線優(yōu)良，適宜室內(nèi)外使用。該樹(shù)脂可與多種丙烯酸乳膠涂料復(fù)配混合使用。QW系列也是一種脂肪族聚酯類(lèi)陰離子型穩(wěn)定體系的單組份水性聚氨酯分散體。頤中實(shí)業(yè)的APU-24則是一種芳香族聚酯類(lèi)陰離子型穩(wěn)定體系的單組份水性聚氨酯分散體；ER-05是由丙烯酸和有機(jī)硅改性的水性聚氨酯。
本發(fā)明將銀粉加入到含陰離子水性分散體、去離子水、助溶劑、潤(rùn)濕劑、流平劑、成膜劑、懸浮劑的混合物中于室溫強(qiáng)烈攪拌30～60分鐘，接著加入增稠劑。持續(xù)高速攪拌60分鐘制得水基導(dǎo)電涂料。
這里所用的銀粉可以使球型、扁型、片型或它們?nèi)我鈨煞N混合物。粒徑在0.2～10μm，銀粉在干膜涂層中的質(zhì)量含量在80～91％。
本發(fā)明所采用的助溶劑是N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、γ-丁內(nèi)酯中的任意一種。
潤(rùn)濕劑是一種聚醚改性有機(jī)硅氧烷。如畢克化學(xué)的BYK-307、333、345、346、348等。
懸浮劑是一種石蠟，如聚乙烯石蠟、聚丙烯石蠟和蜂蠟的油性糊料或水性分散體等。
增稠劑可以是羥甲基纖維素、聚丙烯酸型或聚氨酯型任意一種或任意二者的混合物。聚氨酯型增稠劑是締合增稠型的；聚丙烯酸型增稠劑既可以是締合型增稠的，也可以是堿增稠型的。如Natrosol250HR；AcrysolSCT-275、TT-615、RM-8、RM-2020NPR；PolyphobeTR-115、116、117等；成膜劑是丙二醇單烷基醚、一縮丙二醇單烷基醚、乙二醇單烷基醚、一縮乙二醇單烷基醚、高沸點(diǎn)羥烷基酯中的任一種或它們?nèi)我舛N的混合物。如乙基溶纖劑、丁基溶纖劑、丙二醇單甲醚、丙二醇單乙醚、丙二醇單丁醚、一縮乙二醇單甲醚、一縮乙二醇單乙醚、一縮二丙二醇單甲醚和2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇單異丁酸酯(即Texanol酯醇)等。
按本發(fā)明制備的水基導(dǎo)電涂料，其涂膜體積電阻率為2×10-5～1×10-3Ω.cm，表面電阻率≤0.2Ω(厚度10～30μm)，附著力0級(jí)，屏蔽效能為60～75dB(30MHz～1.5GHz，ASTM D4935-99)。
烘烤溫度和時(shí)間60～80℃/20～30分鐘。
涂膜放置于60℃、95％相對(duì)濕度下，經(jīng)過(guò)1500小時(shí)后體積電阻率為3×10-5～1×10-3Ω.cm，幾乎和初始值一樣。水基導(dǎo)電涂料于室溫放置二個(gè)月后，體積電阻率仍保持3×10-5～9.5×10-4Ω.cm，顯示出優(yōu)良的耐老化性能和貯存穩(wěn)定性。
為了更好地實(shí)施本發(fā)明，特舉例說(shuō)明之，但不是對(duì)本發(fā)明的限制。
(四)實(shí)施例實(shí)施例1將粒徑為0.2～10μm的88.7g銀粉加到含40g去離子水、7.15g N-甲基吡咯烷酮、2.86g BYK-307、4.29g丙二醇單丁醚和2.29g聚乙烯石蠟的混合物中強(qiáng)烈攪拌45分鐘，然后加入3.15g PolyphobeTR-115和51.5g Solucote 1736CA，繼續(xù)強(qiáng)烈攪拌60分鐘制得水基導(dǎo)電涂料。所得導(dǎo)電涂料的固含量為55.2％，含銀量為44.0％。經(jīng)60～80℃烘烤20～30分鐘所得的導(dǎo)電涂層在24小時(shí)后的體積電阻率為9×10-4Ω.cm。
實(shí)施例2將86.05g片狀銀粉加入到含32.64g去離子水、4.0g RhoplexNT-2624、4.45g二甲基乙酰胺、1.48g BYK-348、1.19g 2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇異丁酸酯、1.19g聚丙烯石蠟的混合物中強(qiáng)烈攪拌1小時(shí)。然后加入16.77g QW-32和1.63g PolyphobeTR-115，繼續(xù)攪拌60分鐘，制得水基導(dǎo)電涂料。所得導(dǎo)電涂料的固含量為64.7％，含銀量為57.0％。經(jīng)60～80℃烘烤20～30分鐘所得的導(dǎo)電涂層在24小時(shí)后的體積電阻率為3×10-5Ω.cm。
實(shí)施例3將29g片狀銀粉和23g球狀銀粉加到含22.65g去離子水、2g二甲基甲酰胺、1.48g BYK-348、0.59g BYK-028、3.40g一縮二丙二醇單甲醚和1.36g糊狀蜂蠟的混合物中強(qiáng)烈攪拌60分鐘，然后加入1.25g AcrysolRM-8和15.86g ER-05水性聚氨酯分散體，繼之?dāng)嚢?0分鐘制得水基導(dǎo)電涂料。所得導(dǎo)電涂料的固含量為60％，含銀量為52.0％。經(jīng)60～80℃烘烤20～30分鐘所得的導(dǎo)電涂層在24小時(shí)后的體積電阻率為4×10-4Ω.cm。
按本發(fā)明的實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3制得到水基導(dǎo)電涂料，其涂膜的體積電阻率為3×10-5～1×10-3Ω.cm，表面電阻率≤0.2Ω(厚度15～30μm)，附著力0級(jí)，屏蔽效能65～75dB(30MHz～1.5GHz，ASTM D4935-99)，烘烤溫度和時(shí)間60～80℃/20～30分鐘。
涂膜放置于60℃、95％相對(duì)濕度下，經(jīng)過(guò)1500小時(shí)后體積電阻率為4×10-5～1×10-3Ω.cm，幾乎和初始值一樣。水基導(dǎo)電涂料于室溫放置二個(gè)月后，體積電阻率仍保持3×10-5～1×10-3Ω.cm，顯示出優(yōu)良的耐老化性能和貯存穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種水基導(dǎo)電涂料，其特征在于組成包括12～22質(zhì)量％鉛筆硬度為1H～4H的陰離子水性分散體、0.2～10μm粒徑的30～70質(zhì)量％銀粉、10～30質(zhì)量％去離子水、0.5～5質(zhì)量％助溶劑、0.2～3質(zhì)量％成膜劑、0.2～3質(zhì)量％潤(rùn)濕劑、0.2～2.5質(zhì)量％懸浮劑、0.5～5質(zhì)量％增稠劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種水基導(dǎo)電涂料，其特征在于所述的銀粉是球型、扁型、片型銀粉中任選一種或它們的混合物，在最終形成的導(dǎo)電涂層中，銀的含量為80～91％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的一種水基導(dǎo)電涂料，其特征在于所述的陰離子水性分散體是從聚酯型聚氨酯水分散體、聚酯-聚醚混合型聚氨酯水分散體、丙烯酸(酯)改性的聚酯型聚氨酯水分散體或聚酯型聚氨酯水分散體與聚丙烯酸(酯)水性分散體混合物中任選一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的一種水基導(dǎo)電涂料，其特征在于助溶劑是從N-烷基吡咯烷酮、γ-丁內(nèi)酯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中任選一種或它們的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的一種水基導(dǎo)電涂料，其特征在于所述的潤(rùn)濕劑是一種聚醚改性硅氧烷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的一種水基導(dǎo)電涂料，其特征在于所述的懸浮劑是一種石蠟的水性或油性分散體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的一種水基導(dǎo)電涂料，其特征在于所述的增稠劑是羥乙基纖維素、聚丙烯酸型和聚氨酯締合型增稠劑或它們的混合物中任選一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的一種水基導(dǎo)電涂料，其特征在于所述的成膜劑是從烷基溶纖劑、一縮二乙二醇單烷醚、丙二醇單烷醚和一縮二丙二醇單烷醚和高沸點(diǎn)羥烷酯或它們的混合物中任選一種。
9.一種水基導(dǎo)電涂料，其特征在于將銀粉加入到由陰離子水性分散體、去離子水、助溶劑、潤(rùn)濕劑、懸浮劑和成膜劑的混合物中于室溫，高速攪拌30～60分鐘，然后加入增稠劑，持續(xù)高速攪拌60分鐘制得水基導(dǎo)電涂料。
全文摘要
按比例將銀粉加入到含陰離子聚氨酯為主體的水分散體、去離子水、助溶劑、潤(rùn)濕劑、成膜劑、懸浮劑的混合物中于室溫強(qiáng)烈攪拌30～60分鐘，然后加入增稠劑，再繼續(xù)攪拌60分鐘，制得水基導(dǎo)電涂料。烘烤溫度和時(shí)間20～30分鐘/50～80℃，成膜涂層的體積電阻率為3×10
文檔編號(hào)C09D5/24GK1760294SQ20051011004
公開(kāi)日2006年4月19日 申請(qǐng)日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月4日
發(fā)明者吳存雷, 孔德全 申請(qǐng)人:上海市合成樹(shù)脂研究所