0 引言
防静电涂料作为一种功能型涂料,伴随着微电子行业的发展和生产安全要求的不断提高,获得越来越多的应用和发展。而不同行业对防静电涂料的电阻值要求也不同,比如地坪涂料要求电阻值为104~109 Ω,钢制油罐要求电阻值为108~1011 Ω,而PVC 板材涂层或者水性墙面涂层往往要求电阻值在106 Ω 以下。针对这些不同的电阻值要求,在生产防静电涂料时从选择原材料到生产工艺各个环节都要特别注意,以便能更好地控制漆膜的防静电值,达到各种产品所要求的范围。选择合适的导电原材料为关键,也是决定终漆膜防静电性的基础,但它不是影响终导电效果的因素。在此重点讨论选择合适的导电材料后,可能对终漆膜防静电性造成影响的各种因素。导电原材料品种众多,再考虑环境等因素影响,选择相对添加量少、适用性高、操作较为简单的复合导电云母粉BC-C 作为研究对象,以同一树脂体系(环氧树脂体系)进行讨论。重点从配方设计和客观环境因素,以及人为操作等方面分析影响终漆膜防静电性的各种因素。
1 颜基比的影响
防静电涂料之所以导电,主要是因为添加的导电材料之间相互接触和连接,形成一条导电的通路,终实现防静电效果。但是导电材料只是配方中的一小部分,在整个涂料配方中树脂和普通填料都不具备导电性能,它们和导电材料一样均匀地分散在整个漆膜中,并且很有可能排列在那条导电的链条上,这样就很大程度上影响了终漆膜的防静电性。特别是树脂具有很好的润湿性,往往会均匀地包裹在颜填料表面,更加间隔开导电材料之间的距离。因此颜基比是否合适,可以说是影响终漆膜防静电性的关键因素。以包覆导电粉为例,过多的树脂量会阻隔导电粉之间的连接通路,而吸油量适宜的填料会吸附一部分树脂,在保证漆膜树脂含量的基础上,降低了导电材料间的树脂间隔,有效提升导电材料的利用效率。合适的颜基比是设计防静电涂料配方的主要依据。以添加导电云母粉的环氧防静电涂料为例,其配方见表1。
通过调整配方颜基比,考察颜基比对涂料防静电性的影响,结果见表2。
由表2 可见:当导电材料的体积浓度不低于25%时,导电值稳定;填料可以吸附部分树脂,有利于减轻树脂对导电材料的影响,不过过多的填料也会有副作用,重要的是合适的比例;少量增加导电材料用量,导电效果无明显变化,不过导电值更加稳定,直至导电值再次突变,而导电材料用量减少对导电值影响明显。
除了颜基比会影响防静电性,不同类型和细度的填料也会对终的防静电性产生一定影响。过细的颜填料均匀分散后,会分布在导电材料周围,特别是钛白粉、炭黑等遮盖率较强的颜料,更会影响导电材料的防静电效率,而石英砂、硫酸钡等填料因为吸油量和比重与复合导电粉接近,对导电材料的副作用较小。当然这还与导电材料的结构有关系,片状或纤维状导电材料接触性较好,受这类影响较小,而较为细小的导电材料则较容易被填料阻隔,相对影响较大。
2 分散工艺的影响
分散工艺也是影响终漆膜防静电性的主要因素之一。以包覆导电粉为例,采用较强剪切力的分散方法,如进行砂磨、球磨或其他研磨就会严重破坏导电材料的表面结构,使其丧失导电效果。过高速的搅拌同样会影响导电材料的性能。而导电纤维类材料在研磨或者较高的剪切力分散下也会弯折或断裂,严重影响终的防静电性。在不破坏导电材料本身结构和性能的基础上,更为均匀的分散有助于涂膜终的防静电性。
如何保证分散均匀的情况下,同时不破坏导电材料的性能,首先是选择合适的分散方法。以导电云母粉为例,由于它不能进行研磨处理,所以只能通过搅拌分散,可以先采用较低转速逐步加入导电云母粉进行分散。由于导电云母粉的吸油量较大(特别是假性吸油量),在涂料明显增黏后可以适当提高转速将其充分分散,随后再调低转速继续加入导电云母粉。如此反复操作,注意控制分散速度不要过高,可适当延长分散时间。如果对细度有要求,也可以通过三辊
机进行辅助分散。其次,选用适宜的分散剂也有辅助作用。实验表明:添加合适的分散剂,有助于导电材料在涂料中
的分散,特别是使导电材料互相接触的单位密度增加,更容易在涂层中形成导电网络,涂层的电阻明显下降。而不使用分散剂调节,由于搅拌过程中导电材料会产生电荷极性而产生吸引和排斥现象,导电材料的分散难以均匀而影响终的防静电性。当然,如何选择合适的分散剂,需要根据涂料体系和具体要求,通过试验确定。
3 沉降的影响
这里说的沉降主要是指漆膜内部微观状态的沉降现象。在整个漆膜剖面上,由于填料和树脂的密度有差别,成膜后,势必在涂膜的内部产生上浮与下沉的物理变化。导电材料的密度不同,沉降情况也不同。通常导电材料的密度都会大于树脂的密度。所以在实际状态下往往是漆膜上表面导电材料的密度低于漆膜的下表面,使漆膜下层的电阻值远低于上层电阻值。因此要保证漆膜的表面电阻就需要通过增加导电材料用量来保证漆膜上表面的导电材料密度。但是想依靠经济的添加量获得可靠的漆膜防静电性,尽可能接近理论状态的效果,就需要更好地解决沉降问题。
解决沉降问题的途径很多。是添加防沉剂,如气相二氧化硅、膨润土等都具有一定的防沉效果。但是防沉剂过量,会有一定的副作用,对施工性和其他性能都有不同程度的影响。除了添加少量防沉剂解决沉降问题外,还要注意其他方面的问题:首先是漆膜厚度的控制。当漆膜过厚时,往往使导电材料有更大的沉降空间,加大上下漆膜表面导电材料的密度差别。如果可能,也可进行多道施工,以保证终漆膜的防静电效果。其次是对漆膜干燥速度的控制。漆膜干燥快,导电材料的沉降时间较短,对终漆膜防静电效果的影响也较小;相反,干燥慢,对终漆膜防静电性的影响较大。以表1 配方为例,选择不同的固化速度在聚酯薄膜上进行实验,并测试干膜的导电性,结果见表3。
表3 表明:提高漆膜的干燥速度,可以有效改善导电材料的沉降性,并大大降低上下漆膜表面的导电值差异,使终的表面电阻值更接近理想值。
4 湿度的影响