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塑料防静电涂料的研制,介绍了塑料防静电涂料用丙烯酸树脂的组成、合成工艺、涂料配方及漆膜性能指标,中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站
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塑料防静电涂料的研制,介绍了塑料防静电涂料用丙烯酸树脂的组成、合成工艺、涂料配方及漆膜性能指标
2019年10月16日    阅读量:325    新闻来源:中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站  |  投稿

1. 前言
塑料制品有着质轻、理化性能优异、易批量生产的特点,已成为国民经济和人们生活不可缺少的材料。由于塑料用途的日益广泛,表面装潢要求愈来愈高,靠塑料染色工艺所得到的装饰效果已不能满足人们的要求。为此,提出了塑料表面二次加工的概念,通过二次加工可使塑料制品大大改进其防污、防静电、吸尘、手感及美感等性能涂料在线coatingol.com。塑料表面涂饰是其中最重要的工艺之一。


塑料等非金属制件表面受气流及液体的摩擦或撞击时很容易产生和积累静电。静电积累达到一定程度,就会引起静电放电,引起各种精密仪器、精密电子元器件击穿而报废,甚至引起易燃易爆物起火或爆炸,造成巨大的恶性事故。另外,积累在塑料制品表面的静电,由于吸尘严重而难于净化,从而影响制品的外观和在超净环境(如手术室、计算机室、精密仪器等)中的应用。


据文献报道,涂层的体积电阻率在107Ω.cm数量级以下,产生的静电荷可以瞬间消散,实际使用的导静电涂料体积电阻率一般控制在104-109Ω.cm之间。


为了避免塑料表面产生和积累静电,目前有2 种方法可以解决:一种是塑料的内部处理即在高分子聚合物(非涂料用树脂)中加入一定量的导电填料,混合后制成塑料体,这样一方面起到改性的作用,另一方面塑料内部导电,可达到持久的抗静电效果。由于该工艺不属于涂料工业研究的范畴,不再叙述。另一种是外部处理的方法即在塑料表面涂装防静电涂料。本文所研究的塑料防静电涂料是针对ABS 塑料而言的,因为ABS 塑料在工程塑料中占有相当大的比例。

2.试验方案的确定
塑料防静电涂料的关键是涂料涂膜的体积电阻率必须控制在104-109Ω.cm之间。虽然有些合成树脂如聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等能导电,但其物理机械性能、溶剂溶解性、涂料施工性能均不能满足要求。目前大多处于试验阶段,尚未工业化。而其他大多数高分子合成树脂(如醇酸树脂、丙烯酸树脂等)及其形成的漆膜是绝缘体,其体积电阻率均在109Ω.cm以上。必须对其进行改性,即加入导电物质来降低其体积电阻率从而起到防静电的作用。该类涂料由合成树脂、导电材料、溶剂及添加剂组成。其中合成树脂是主要成膜物质,导电材料是次要成膜物质,溶剂和添加剂是辅助成膜物质。

2.1 主要成膜物质的选择
由于ABS 塑料制品热变形温度较低,不能采用烘漆,在自干型涂料中最理想的就是热塑性丙烯酸树脂涂料和多异氰酸酯固化的丙烯酸酯涂料。前者为单组分,施工方便,且价格较后者低。后者为双组分,施工相当麻烦,且要现配现用。因此,选择热塑性丙烯酸树脂为主要成膜物质。为了提高丙烯酸涂料的流展性、溶剂释放性、热敏感性,可加入适量的硝酸纤维素。

2.2 次要成膜物质的选择
导电材料是导电涂料复合体系中的重要组成部分,它对导电性能起着决定性作用。导电材料可分为:
1)金属系材料,如银粉、镍粉和铜粉等;2)碳系导电材料,包括石墨粉和炭黑;3)金属的氧、硫化物材料,如SnO,ZnO、Fe2S3等;4)复合材料。根据导电材料的来源和价格因素本研究选用碳系导电材料。
2.3 溶剂和添加剂的选择
涂料能很好地附着在塑料表面,是因为涂料中的溶剂对塑料表面有溶解作用,使涂膜与塑料表面有一个很薄的互混层。由于ABS塑料为热塑性,它遇到适当的有机溶剂会发生溶胀或甚至溶解,能使ABS 塑料溶胀或溶解的溶剂有酮类、酯类和苯类,而醇类和烃类溶剂对ABS塑料无溶蚀作用。涂料是否溶蚀塑料表面不仅与所使用的溶剂有关,还与施工温度有关。因此,尽管酮类、酯类溶剂易溶蚀塑料表面,但只要涂料配方得当还是允许较大比例使用的。为了改善防静电涂料的润滑性和增强涂膜的强度,选择滑石粉作为添加剂。

2.4  增塑剂的选择
由于丙烯酸树脂大分子链段上的极性基团之间的作用力,使链段敛集而很少有活动余地,所以其漆膜柔韧性较差,在受到外力时易脆裂和剥落,为了克服此缺点,要在漆中加入适量的增塑剂。加入树脂改性的硝酸纤维素后同样也会存在此缺点,因此,选用邻苯二甲酸二丁酯和磷酸三甲酚酯作为该涂料的复合增塑剂,二者互相取长补短。

3.试验部分
3.1原材料
原料名称与规格见表1。
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3.2丙烯酸树脂的合成工艺
将部分甲苯置入三口瓶中,升温至回流温度。开始滴加过氧化苯甲酰和单体的混合物,在(2-3h 内滴加完后,保温回流2h,补加第1 次引发剂甲苯液,保温1.5h,再补加第2次引发剂甲苯液,再保温1.5h。取样测单体转化率及树脂黏度,合格后过滤出料, 备用。


3.3硝酸纤维素溶液的制备
在溶解罐中先投入稀释剂(甲苯),开动搅拌,然后逐步加入硝酸纤维素,并使之充分润湿,最后加入溶剂(醋酸丁酯、丙酮等),继续搅拌至全溶或透明无颗粒的溶液,备用。

3.4  防静电涂料配方
防静电涂料的配方见表2。
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3.5 涂料的制备工艺
将丙烯酸树脂、石墨粉、炭黑、滑石粉、溶剂按一定配比混合均匀,在锥形磨上研磨至细度不大于40um的色浆,然后与硝酸纤维素液、磷酸三甲酚酯、邻苯二甲酸二丁酯混合均匀,调整黏度到合格范围,过滤装桶。

3.6性能检测
将配制好的涂料分别在马口铁板、玻璃板上按GB1727-92《漆膜一般制备法》制备漆膜,并检测常规性能。而涂膜体积电阻率的测定在紫铜片上进行,按GB1736-79《绝缘漆漆膜制备法》在紫铜片上制备漆膜,然后按HG2-59-85《绝缘漆体积电阻和表面电阻系数测定法》测定该涂料的体积电阻率。性能技术指标如表3所列。
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4结果与讨论
4.1 丙烯酸单体对漆膜性能的影响
由于ABS 塑料表面极性较强,表面张力较高,在设计丙烯酸树脂配方时引入含极性官能团的单体(甲基丙烯酸、丙烯腈),这样有利于附着力的提高。但是,这些含极性基团的单体用量不能太多,否则,树脂分子间内聚力增强,导致树脂的黏度增大,制得的漆固含量低,漆膜丰满度差。其次通过调节甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯等单体在树脂中的配比,调整丙烯酸树脂的干性、硬度、柔韧性、耐磨性、耐湿热和抗老化性能,以满足所需的性能指标。

4.2丙烯酸树脂相对分子质量的影响
涂层性能与所用丙烯酸树脂的相对分子质量有直接关系。一般要求热塑性丙烯酸树脂的相对分子质量尽可能大些。相对分子质量太小,漆膜性能不佳;相对分子质量太大,制得的漆固含量低,影响漆膜丰满度。为此,在丙烯酸树脂合成过程中,采用分批加入引发剂的办法来提高丙烯酸单体的转化率,从而提高相对分子质量。再者由于树脂相对分子质量随引发剂用量的增大而减小,固本试验的引发剂用量应严格控制在一定范围内,以保证丙烯酸树脂应有的相对分子质量。

4.3硝酸纤维素的影响
利用丙烯酸树脂与硝酸纤维素等成膜物的混溶性,加入一定比例硝酸纤维素可以改进丙烯酸树脂的缺点,如漆膜的流展性、溶剂释放性及热敏感性,此外也能改善漆膜的打磨性。本试验采用1/2 S硝酸纤维素来改性,一是它的黏度低,能够保证漆的固体含量;二是在硬度和耐打磨性方面性能突出。但用量应控制在一定范围之内,用量太大,漆膜显示不出丙烯酸树脂的优点,达不到漆膜应有的性能;用量太小,达不到改性之目的。

4.4 导电材料的影响
导电材料虽然也较多,但考虑到来源和价格等因素,本试验选用石墨粉为主要导电材料,辅之以炭黑,用来着色。它们的用量至关重要,直接影响到漆膜体积电阻率的大小。用量太小,体积电阻率达不到109Ω.cm( 以下,就达不到防静电效果。所以石墨粉必须达到一定的用量,才能使漆膜体积电阻率在104-109Ω.cm( 之间,从而起到防静电作用。

4.5 稀释剂对涂料性能的影响
稀释剂用来调节涂料的施工黏度,以改善其施工条件,所以选用的稀释剂不仅要对丙烯酸树脂有很好的溶解性,而且也能够溶解硝酸纤维素,不致使其析出。所以本试验选用了芳烃类、酮类、酯类、醇类溶剂并按照一定的配比混合。另外还要考虑稀释剂的挥发速率,挥发速率太快,漆膜流平性差,影响漆膜外观装饰性;挥发速率太慢,则漆膜干燥时间延长,易吸附环境中的灰尘和水分等杂质,也影响涂层质量。

4.6 增塑剂对涂膜性能的影响
增塑剂的作用是用以改善漆膜的柔韧性,使其不致在寒冷的条件下开裂。本试验所使用的增塑剂为磷酸三甲酚酯和邻苯二甲酸二丁酯,前者抗水性、抗油性为可取优点,而后者挥发性小,增塑效果持久。两者相互配合,各发挥其优点。但用量要适宜,太少,起不到增塑之目的;太多,会使漆膜发黏,影响干性。

5. 结论
用所研制的丙烯酸树脂和碳系导电材料配制的防静电涂料的体积电阻率和其他性能达到预期要求,可用于ABS 塑料的防静电涂料,也可用于PS,HIPS,AS,PC 等塑料制品的表面涂装,起抗静电保护作用,也可用于玻璃钢等非金属表面上作抗静电保护用。 

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