專利名稱：水性抗靜電涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及涂料領(lǐng)域，更詳細(xì)地是水性抗靜電涂料。
本發(fā)明還涉及所述涂料的制備方法。
背景技術(shù)：
抗靜電涂料是涂于非導(dǎo)電體基材上，使之具有一定的傳導(dǎo)電流和消除靜電荷能力的功能性涂料?？轨o電涂料與電鍍、真空濺射等其它獲得導(dǎo)電層的技術(shù)手段相比，具有設(shè)備簡單、施工方便、成本低廉、應(yīng)用范圍廣等諸多優(yōu)點(diǎn)，尤其適合各種復(fù)雜形狀表面的涂覆。
目前抗靜電涂料主要是添加型，所采用的導(dǎo)電添加劑主要有兩類一類是抗靜電劑，另一類是各種導(dǎo)電填料。抗靜電劑多為極性或離子型的低分子表面活性劑，如烷基磺酸鹽、季銨鹽型、硬脂酰胺丙基二甲基-β-羥乙基銨二氫磷酸鹽等。它們只能賦予材料較低的導(dǎo)電性能，電導(dǎo)率一般小于10-7S/cm，使用壽命短，抗靜電劑會不斷地遷移至表面被消耗掉。導(dǎo)電性受環(huán)境如溫度、濕度、摩擦等因素的影響大。導(dǎo)電填料包括導(dǎo)電炭黑、石墨、炭纖維及金屬或者金屬氧化物粉末等，這些導(dǎo)電填料與聚合物結(jié)構(gòu)的差異較大，分散性較差，很難形成均相體系，從而影響其導(dǎo)電性以及附著力、沖擊強(qiáng)度等物理機(jī)械性能。
聚苯胺用于抗靜電涂料方面的研究還不多。德國Zipperling Kessler公司把聚苯胺作為導(dǎo)電填料以納米尺寸(約70nm)分散于其他聚合物中研制出聚苯胺抗靜電涂料，電導(dǎo)率為10-9～10-1S/cm，硬度為2B～4H，當(dāng)厚度為0.3～5μm時(shí)為綠色透明物質(zhì)(《Synthetic Metals》，1998，93143)。魯照玲以功能質(zhì)子酸摻雜的聚苯胺為導(dǎo)電填料，以漆酚醛與酚醛的復(fù)合樹脂為基體，以二甲苯/正丁醇為溶劑，制備了可用作抗靜電的油罐涂料，電導(dǎo)率為10-8S/cm，附著力為4～5級(《材料保護(hù)》，1998，31(2)12)。上述兩種聚苯胺抗靜電涂料均為溶劑型，不僅需要價(jià)格較貴的有機(jī)溶劑，而且會造成環(huán)境的污染。
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種以水為溶劑、附著力優(yōu)良、物理機(jī)械性能良好、耐有機(jī)溶劑、耐腐蝕、具有較好耐水性、穩(wěn)定性的環(huán)保型水性抗靜電涂料。
本發(fā)明的水性抗靜電涂料由1-60份重量的導(dǎo)電物質(zhì)和40-99份重量的成膜物質(zhì)構(gòu)成，所述導(dǎo)電物質(zhì)是水溶性聚苯乙烯磺酸摻雜聚苯胺，所述成膜物質(zhì)是2，4-甲苯二異氰酸酯交聯(lián)改性聚乙烯醇。
所述水溶性聚苯乙烯磺酸摻雜聚苯胺由聚苯乙烯磺酸、苯胺、過硫酸銨在水溶液進(jìn)行氧化聚合反應(yīng)得到。
所述水溶性聚苯乙烯磺酸摻雜聚苯胺更具體的制備方法包括下列步驟(1)、將摩爾磺化度大于80％的聚苯乙烯磺酸溶于水，加入苯胺，在6～30℃下加入過硫酸銨水溶液；(2)、0.5～7小時(shí)后過濾，沉淀濾液，用水溶解洗滌沉淀物，再次沉淀并過濾，干燥沉淀物得到產(chǎn)物；上述原料的重量份數(shù)組成如下苯胺 60～100過硫酸銨 40～280聚苯乙烯磺酸 100～800水 4000～8000。
第(2)所述的過濾可以采用減壓抽濾等方式；
所述沉淀可以用丙酮等。
在上述條件下制備的聚苯乙烯磺酸摻雜聚苯胺具有較好的導(dǎo)電性能，很容易用水溶解，得到均勻穩(wěn)定的墨綠色溶液，靜置一年以上不會產(chǎn)生沉淀。
所述2，4-甲苯二異氰酸酯改性聚乙烯醇通過用2，4-甲苯二異氰酸酯對聚乙烯醇進(jìn)行改性反應(yīng)得到。
所述2，4-甲苯二異氰酸酯改性聚乙烯醇更具體的制備方法包括30～70℃下在聚乙烯醇水溶液中加入2，4-甲苯二異氰酸酯，反應(yīng)1～3小時(shí)，即得到2，4-甲苯二異氰酸酯改性聚乙烯醇水溶液；上述原料的重量份數(shù)組成如下聚乙烯醇 20～1002，4-甲苯二異氰酸酯5～30水 900～950。
上述導(dǎo)電物質(zhì)與成膜物質(zhì)混合后，導(dǎo)電物質(zhì)在成膜物質(zhì)中均勻分散、電導(dǎo)率為10-8～10-2S/cm的抗靜電功能涂料。
本發(fā)明的涂料可以根據(jù)性能和使用要求再添加其他助劑，如消泡劑、增塑劑、抗氧劑、紫外線吸收劑等。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)以高分子酸摻雜聚苯胺為導(dǎo)電物質(zhì)，經(jīng)2，4-甲苯二異氰酸酯交聯(lián)改性的聚乙烯醇為成膜物質(zhì)，兩者可形成良好的均勻復(fù)合，無低分子抗靜電劑的滲出現(xiàn)象和無機(jī)導(dǎo)電填料分散不均現(xiàn)象。
(2)本發(fā)明的涂料具有良好的抗靜電功能，聚苯乙烯磺酸摻雜聚苯胺用量為1％，電導(dǎo)率就可以達(dá)到10-8S/cm，比不含聚苯乙烯磺酸摻雜聚苯胺的2，4-甲苯二異氰酸酯改性的聚乙烯醇電導(dǎo)率10-12S/cm提高4個(gè)數(shù)量級；漆膜對玻璃、馬口鐵、混凝土等均具有良好的附著力、優(yōu)良的物理機(jī)械性能、耐有機(jī)溶劑、耐腐蝕、較好的耐水性能以及良好的穩(wěn)定性。
(3)溶劑為水，節(jié)約能源、資源，無公害，無污染，來源豐富、價(jià)廉、取材方便。一方面有利于環(huán)境保護(hù)，符合全球綠色化學(xué)概念的發(fā)展趨勢；另一方面，也能帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。
(4)本發(fā)明生產(chǎn)過程簡單易行，不需要特殊設(shè)備，具有良好的應(yīng)用前景?？捎糜诟鞣N生產(chǎn)或存放易燃易爆化工產(chǎn)品的廠房和倉庫、電子電氣產(chǎn)品廠房、玻璃、混凝土制品及建筑物等的防靜電涂料。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1聚苯乙烯磺酸摻雜聚苯胺的合成取30g聚苯乙烯磺酸樣品(摩爾磺化度為85％)用600ml水溶解，加入10ml苯胺，充分?jǐn)嚢枋怪旌暇鶆?；?0g過硫酸銨用400ml水溶解，加入反應(yīng)體系，用冰浴控溫在14℃左右。4小時(shí)減壓抽濾，丙酮沉淀濾液，沉淀物用水溶解，再一次用丙酮沉淀，沉淀物經(jīng)抽濾分離后，放入真空烘箱在60℃下干燥至恒重，即得到聚苯乙烯磺酸摻雜的聚苯胺。在此條件下制備的聚苯乙烯磺酸摻雜聚苯胺的電導(dǎo)率為0.16S/cm，很容易用水溶解。
2，4-甲苯二異氰酸酯改性聚乙烯醇的制備50g聚乙烯醇加入950ml水中，溶解后得到聚乙烯醇水溶液。將溫度控制為50℃加入15ml的2，4-甲苯二異氰酸酯，反應(yīng)2小時(shí)，即得到2，4-甲苯二異氰酸酯交聯(lián)改性聚乙烯醇水溶液，成膜后具有良好的耐水性能。
水性抗靜電涂料的制備將聚苯乙烯磺酸摻雜聚苯胺用水溶解，按固體物配比10/90(重量比)加入改性聚乙烯醇水溶液即得合格產(chǎn)品。漆膜呈墨綠色半透明狀，電導(dǎo)率為1.10×10-7S/cm，對玻璃、馬口鐵、混凝土的附著力均為1級，鉛筆硬度為3H，涂在馬口鐵上的漆膜的沖擊強(qiáng)度大于490N.cm。漆膜在空氣中放置六個(gè)月或用汽油、煤油等在室溫下浸泡一個(gè)月外觀及性能無明顯變化；在水中浸泡15天，漆膜發(fā)生輕微的溶脹，烘干后漆膜外觀無明顯變化，電導(dǎo)率為9.82×10-8S/cm，附著力為2級，鉛筆硬度為3H，涂在馬口鐵上的漆膜的沖擊強(qiáng)度大于473N.cm，顯示了較好的耐水性能。
實(shí)施例2導(dǎo)電物質(zhì)與成膜物質(zhì)的制備同實(shí)施例1，將聚苯乙烯磺酸摻雜聚苯胺和改性聚乙烯醇按固體物重量比50/50共混。所得漆膜呈墨綠色，電導(dǎo)率為4.70×10-3S/cm，對玻璃、馬口鐵、混凝土的附著力均為2級，鉛筆硬度為2H，涂在馬口鐵上的漆膜的沖擊強(qiáng)度為450.8N.cm。經(jīng)1mol/L HCl和3.5％NaCl浸漬實(shí)驗(yàn)表明，漆膜具有良好的防腐蝕性能。
實(shí)施例3導(dǎo)電物質(zhì)與成膜物質(zhì)的制備同實(shí)施例1，將聚苯乙烯磺酸摻雜聚苯胺和改性聚乙烯醇按固體物重量比1/99共混。所得漆膜呈淺綠色透明狀，電導(dǎo)率為1.31×10-8S/cm，對玻璃、馬口鐵、混凝土的附著力均為0級，鉛筆硬度為4H，涂在馬口鐵上的漆膜的沖擊強(qiáng)度大于490N.cm。
實(shí)施例4導(dǎo)電物質(zhì)與成膜物質(zhì)的制備同實(shí)施例1，將聚苯乙烯磺酸摻雜聚苯胺固體物直接加入到步驟二制備的2，4-甲苯二異氰酸酯改性聚乙烯醇水溶液中，固體物重量比為1/99，充分?jǐn)嚢枞芙?，混合均勻。所得漆膜的外觀及性能與按實(shí)例3制得的漆膜沒有差別。
權(quán)利要求
1.一種水性抗靜電涂料，其特征在于由1-60份重量的導(dǎo)電物質(zhì)和40-99份重量的成膜物質(zhì)構(gòu)成，所述導(dǎo)電物質(zhì)是水溶性聚苯乙烯磺酸摻雜聚苯胺，所述成膜物質(zhì)是2，4-甲苯二異氰酸酯交聯(lián)改性聚乙烯醇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性抗靜電涂料，其特征在于所述水溶性聚苯乙烯磺酸摻雜聚苯胺由聚苯乙烯磺酸、苯胺、過硫酸銨在水溶液進(jìn)行氧化聚合反應(yīng)得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水性抗靜電涂料，其特征在于所述2，4-甲苯二異氰酸酯改性聚乙烯醇通過用2，4-甲苯二異氰酸酯對聚乙烯醇進(jìn)行改性反應(yīng)得到。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水性抗靜電涂料，其特征在于所述水溶性聚苯乙烯磺酸摻雜聚苯胺通過下列步驟制備得到(1)、將摩爾磺化度大于80％的聚苯乙烯磺酸溶于水，加入苯胺，在6～30℃下加入過硫酸銨水溶液；(2)、0.5～7小時(shí)后過濾，沉淀濾液，用水溶解洗滌沉淀物，再次沉淀并過濾，干燥沉淀物得到產(chǎn)物；上述原料的重量份數(shù)組成如下苯胺60～100過硫酸銨40～280聚苯乙烯磺酸100～800水 4000～8000。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水性抗靜電涂料，其特征在于所述2，4-甲苯二異氰酸酯改性聚乙烯醇通過下列方法制備得到30～70℃下在聚乙烯醇水溶液中加入2，4-甲苯二異氰酸酯，反應(yīng)1～3小時(shí)，即得到2，4-甲苯二異氰酸酯改性聚乙烯醇水溶液；上述原料的重量份數(shù)組成如下聚乙烯醇 20～1002，4-甲苯二異氰酸酯 5～30水 900～950。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水性抗靜電涂料，其特征在于所述水溶性聚苯乙烯磺酸摻雜聚苯胺通過下列步驟制備得到(1)、將摩爾磺化度大于80％的聚苯乙烯磺酸溶于水，加入苯胺，在6～30℃下加入過硫酸銨水溶液；(2)、0.5～7小時(shí)后過濾，沉淀濾液，用水溶解洗滌沉淀物，再次沉淀并過濾，干燥沉淀物得到產(chǎn)物；上述原料的重量份數(shù)組成如下苯胺 60～100過硫酸銨 40～280聚苯乙烯磺酸 100～800水 4000～8000；所述2，4-甲苯二異氰酸酯改性聚乙烯醇通過下列步驟制備得到30～70℃下在聚乙烯醇水溶液中加入2，4-甲苯二異氰酸酯，反應(yīng)1～3小時(shí)，即得到2，4-甲苯二異氰酸酯改性聚乙烯醇水溶液；上述原料重量份數(shù)組成如下聚乙烯醇 20～1002，4-甲苯二異氰酸酯 5～30水 900～950。
全文摘要
一種水性抗靜電涂料由1－60份重量的導(dǎo)電物質(zhì)和40－99份重量的成膜物質(zhì)構(gòu)成,所述導(dǎo)電物質(zhì)是水溶性聚苯乙烯磺酸摻雜聚苯胺,所述成膜物質(zhì)是2,4－甲苯二異氰酸酯交聯(lián)改性聚乙烯醇;所述水溶性聚苯乙烯磺酸摻雜聚苯胺由聚苯乙烯磺酸、苯胺、過硫酸銨在水溶液進(jìn)行氧化聚合反應(yīng)得到;所述2,4－甲苯二異氰酸酯改性聚乙烯醇通過用2,4－甲苯二異氰酸酯對聚乙烯醇進(jìn)行改性反應(yīng)得到;本發(fā)明的環(huán)保型涂料以水為溶劑、附著力優(yōu)良、物理機(jī)械性能良好、耐有機(jī)溶劑、耐腐蝕、具有較好耐水性、穩(wěn)定性。
文檔編號C09D129/04GK1389528SQ02134219
公開日2003年1月8日 申請日期2002年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月21日
發(fā)明者曾幸榮, 劉學(xué)習(xí), 楊偉, 龔克成 申請人:華南理工大學(xué)