本文作者：王道明 大连理工大学
我国导电涂料的研制与开发兴起于上世纪50年代,如长春一汽集团研制的兼具导电和防腐性能的导电涂料,天津油漆厂生产的以石墨作为导电填料的导电涂料,武汉化工中心生产的以银粉作为导电填料的环氧-银系导电涂料,上海合成树脂研发中心生产的DAD-5导电胶,常州化工中心生产的应用于飞机雷达罩壳体的抗静电导电涂料等等,都得到了广泛的实际应用。
起初我国导电涂料的研制与开发主要集中在涂层的抗静电性能方面,以掺合型导电涂料为主,利用不具有导电性能的高分子聚合物作为基体,石墨、炭黑等作为导电用填料。相比掺合型导电涂料,本征型导电涂料的研制与开发相对较晚,用于工业生产和商业化的产品也不多。
有实验研究以水和有机化合物作为溶剂,聚氨酯和以质子酸掺杂的聚苯胺为主要成膜物质制备的导电涂料,其电导率可以达到IX10-^-15/cm,可以广泛用于海洋防腐涂料,具有较强的稳定性。另外还有以聚苯胺、漆酚酸、酚醛、二甲苯/正丁醇等为原料制备的溶剂型导电涂料,可应用于油罐防静电领域,其电导率
可以达到lxl(r8S/cm,符合油罐用导电涂料的标准。
近些年,我国导电涂料的研制与开发取得了较大较快进展,相继研制开发出多种强导电性导电涂料,如超细银粉导电涂料;以镀银铜粉为填料,环氧-聚氨酯为主要
成膜物质的导电涂料;以低成本、高抗氧化性铜粉为填料制备的具有良好电磁屏蔽效能导电涂料;用于军事、家电行业和航天领域的电磁屏蔽导电涂料;应用于高分
子材料壳体的静电屏蔽导电涂料等。奥塞立公司研制出系列电磁波导电涂料,电阻值可以达到40mQ。
屏蔽值可以达到90dB,更为可贵的是,该产品可以屏蔽高、低频率电磁波,广泛应用于手机、电子医疗设备、笔记本电脑、电子计量等电子系列产品的电磁波屏蔽,具有非常理想的效果。华昌公司研制开发的自流平导电涂料具有优异的导电性能,并且硬度、附着力、流平性、抗流挂性、耐腐蚀性、耐冲击性、表面光泽度等
均达到了国家标准。
目前,国内的一些科研单位和高等院校都在积极开发和研制综合性能更好的导电涂料,争取用最快的速度缩短在高性能导电涂料应用上与国外的差距。
导电涂料的国外发展状况
国外导电涂料的研制与开发兴起于上世纪40年代,美国率先研制开发出了以环氧树脂作为主要成膜物质,银粉作为导电填料的导电胶,并且注册了专利。上世纪50年代又开发出可应用于电子设备壳体表面的抗静电涂料,对排除电子设备壳体表面的静电荷产生了重要作用。美国生产导电涂料的厂家主要有Chmecal
& Insulating BEE、 AcmeChemicles & Insulating、 Electro-Kinetic
System,主要的产品是银粉、镍粉、铜粉以及炭黑作为添加物的掺合型导电涂料。英国生产导电涂料的厂家主要有RF-ShieldingLTD和
Nutwood UK LTD。
导电涂料按照是否依靠外加导电性填料来实现导电功能可分为结构型导电涂料和掺合型导电涂料,由于掺合型导电涂料性能的优异性,早期导电涂料的研制与开发主要集中于掺合型导电涂料,并且许多都已经商业化,目前仍然是各个国家研究开发的重点。
掺合型导电涂料用导电填料主要有金属系(银粉、铜粉、镍粉等)和炭系(石墨、炭黑等)。其中镍粉由于其良好的稳定性和价格相对低廉得到了比较广泛的应用,
神东公司的E3063, TBA公司的530X, ECP公司520X和530, Acheson Colloids公司的Electory440S,
BEE公司的isoR65, RFS公司的RFS-25M,
BEE公司的IsolexR65等都是此类产品。由于铜系导电涂料有比镍系导电涂料更为优异的导电性能,伴随着金属系导电填料粒子表面处理技术的快速发
展,铜系导电涂料必将得到越来越广泛的应用。由日本朝禾集团研制开发的以丙2酸树脂作为主要成膜物质,经过表面抗氧化处理的铜粉作为导电填料的惨合型导电
涂料,在导电铜粉添加量仅为镍系粉末一半的情况下,表现出更为稳定的导电性能。其它铜系导电涂料的产品还有日本化成公司ES3000,
AchesonColloids公司的Electrody 437, TBA公司的ECP 510, BEE公司的Isolex R 73等。
长期以来,导电涂料的制备是以添加具有良好导电性的填料粒子来实现导电功能,直到1976年,美国宾夕法尼亚大学报道出在绝缘的聚乙炔中掺入碘,使之转变成具有导电性能的聚合物之后,科学家开始了对结构型导电涂料的研制与开发。到目前为止,只有氮化硫可以称作是纯粹的具有导电性能的基体树脂,其他可以用作
本征型导电涂料基体树脂的聚合物大多需要进行化学反应过程,才能实现较强的导电性能。有实验研究以院基苯为溶剂,环氧树脂与樟脑磺酸掺杂的聚苯胺制备出环
氧树脂导电性涂料,当聚苯胺的百分含量在0.6%~0.9%之间,涂膜厚度在200um时,涂层的电导率可以达到MO-'S/cm,此时,涂层不但具有良好的抗静电性能,同时对于钢铁等金属表面具有较好的抗腐蚀能力。
国外在纳米导电涂料和织物用导电涂料的研制与开发上也给予了足够的重视。纳米型电磁屏蔽导电涂料应用最新表面化学技术,采用新型高聚物为主要成膜物质,填
入纳米级的导电金属粉末,进行高速分散,使涂料既有金属粉末的高导电性、抗静电性和电磁屏蔽效能,同时又具备较好的色泽和附着力性能。通过加入溶剂和各种
涂料用功能助剂,制备出纳米复合导电涂料。
这种复合导电涂料易于施工,可以使用传统的涂装工艺。并且固化干燥时间短,在塑料等高分子材料表面有着良好的附着力性能。抗机械应力的导电涂料由水分散体
(聚氨酯的百分含量在50%以上)和内核不导电、壳体导电的粉末组成。混合100.0份质量分数为30%的阳离子聚酯-聚氨酯与0.5~1.0质量份的羟
甲基纤维素和PH值在9.9-9.5之间的WW3,加入60.0质量份镀银硼酸盐玻璃粒子,在150摄氏度下干燥固化成膜,制得织物用导电涂料,导电流可以达到1.8A,展现出了优异的抗静电效能。
伴随着导电涂料研制开发技术的日益成熟,更多新型导电涂料的成功研制,将会为更多的领域做出贡献。
来源于《全球涂料网》
