1 引言
抗静电涂料按照原料和制备方法的不同可分为本征型抗静电涂料和掺杂型抗静电涂料。本征型抗静电涂料是以导电聚合物为成膜物质,目前由于成本高、技术不成熟等限制了其使用[1];掺杂型抗静电涂料是以绝缘的有机聚合物作为主要成膜物,均匀地掺入导电填料,利用导电填料的导电作用制成抗静电涂料[2]。随着现代科学技术的进步,不仅对抗静电涂料的性能要求不断提高,同时对涂装性能要求也越来越高。以往的抗静电涂料多以碳系填料(石墨、炭黑和碳纤维)、金属系填料(银、铜、镍及铁的合金等)、金属氧化物等为主要导电填料,大多数颜色较深,品种单一,难以满足现代涂料装饰性的要求。聚酰亚胺树脂具有优良的机械强度、耐高温、电绝缘、阻燃、抗辐射、耐化学试剂及耐摩擦等性能,但是大多数聚酰亚胺树脂为热固性树脂,加工性能差,加之成本较高,弯曲性及缺口抗撕裂性也较差。聚硅氧烷具有优良的柔韧性,高弹性及恶劣环境下的耐久性,人们一直致力于聚硅氧烷与聚酰亚胺结合,期望获得兼具两者优良性能的改性材料。但聚硅氧烷与聚酰亚胺物理及化学性能上的差别很大,物理混合很难奏效。
本研究采用化学改性的方法,以3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐、4,4′二氨基二苯醚、1,3-双(3-氨丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷为原料,二甲基甲酰胺为溶剂制备聚(酰胺酸-硅氧烷)共聚物,并以该硅氧烷改性聚酰胺为基本成膜物,并掺入耐高温TiO2、聚四氟乙烯微粉,并引入具有特殊性能的浅色纳米ATO(掺锑二氧化锡)导电粒子[3-4],同时加入超分散剂等助剂,制备了含纳米ATO 的浅色耐高温抗静电涂料。该涂料具有良好的抗静电性能和耐高温性能,很好的装饰性,颜色可调,同时因纳米ATO 和聚四氟乙烯微粉的引入,大大地改善了涂料的耐沾污性、耐水性和耐候性。
2 试验部分
2.1 试验原料
3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐(分析纯),北京易莱西诺生物科技有限公司;4,4′二氨基二苯醚(分析纯),常熟市常吉化工有限公司;1,3-双(3-氨丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷(工业级),杭州斯隆材料科技有限公司;纳米ATO 导电粉(平均粒径20~50 nm,比表面积70 ~ 80 m2 /g),杭州万景新材料股份有限公司;TiO2 粉末(纳米级),上海江沪实业有限公司;聚四氟乙烯微粉(120 nm),上海丁鼐化工有限公司;超分散剂D-70、流平剂和防沉助剂FCS-30 均来自维波斯新材料(潍坊)有限公司;其他试剂均为市售分析纯。
2.2 浅色耐高温抗静电涂料的制备
2.2.1 聚(酰胺酸-硅氧烷)共聚物的制备
向装有温度计、冷凝管的四口烧瓶中加入80 g 二甲基甲酰胺(DMF) 和0.4 g 1,3-双(3-氨丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷[(H2NC3H6Me2Si) 2O]和10 g4,4′二氨基二苯醚,保持温度在30 ℃以下,向其中缓慢加入15 g 3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐,在搅拌的条件下反应10 h,制得聚(酰胺酸-硅氧烷)共聚物。
2.2.2 浅色耐高温抗静电涂料的制备工艺
向已制备的聚(酰胺酸-硅氧烷)共聚物中加入耐高温TiO2、聚四氟乙烯微粉,并掺入浅色纳米ATO导电粒子,同时加入超分散剂等助剂,制备了含纳米ATO 的浅色耐高温抗静电涂料,使用转涂法将其涂布在玻璃钢片上,并置于烘箱中固化(160 ℃ 1 h,200 ℃1 h,250 ℃ 5 h)。
2.3 性能检测
涂层的物理力学性能按照国家标准进行测试。采用ZC-36 型三电极高阻仪测试抗静电性能,在100 mm×120 mm 的紫铜片单面涂覆涂料,每种测试采用5 组试样在100 V 下做平行试验。
2.4 涂层的物理力学性能
涂层各项物理力学性能见表1。
3 结果与讨论
3.1 基体树脂的选取
基体树脂是形成抗静电涂层的骨架和导电、耐高温填料的载体,基体树脂的正确选择,不仅决定涂层的抗静电性能,而且还影响涂层的装饰性、耐候性、黏接性能和力学性能。国内的抗静电涂料存在耐高温性、韧性和耐老化性差,易脱落等问题。本文采用聚酰亚胺树脂为主要成膜物,掺入耐高温TiO2 和聚四氟乙烯微粉(质量比为3 ∶ 1),以此提高抗静电涂料的耐高温性能和附着力。
本研究采用化学改性的方法,以3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐、4,4′二氨基二苯醚、1,3-双(3-氨丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷为原料,以二甲基甲酰胺为溶剂,保持温度在30 ℃以下,在搅拌的条件下反应10h,制得聚(酰胺酸-硅氧烷)共聚物。
3.2 耐高温填料的加入量对涂层性能的影响
耐高温抗静电涂料一般要求涂层具有防腐蚀(防雨蚀)、耐候、耐老化和耐高温等性能,为了提高涂层的这些性能,采用向涂料中添加耐高温TiO2 和聚四氟乙烯微粉(质量比为3 ∶ 1)的方法,从而提高涂料的耐高温、防腐、耐水、耐候等性能,见表2。
表2 耐高温填料的加入量对涂料性能的影响
由表2 可知,随着耐高温填料用量的增加,涂层的防腐性、耐水性和耐高温性能均逐渐提高;但是随着填料加入量的增多,涂料的黏度会迅速提高,导致流动性变差。综合涂料性能和经济效益,确定耐高温填料的加入量以15% ~ 30%为宜。
4 结语
本文以3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐、4,4′二氨基二苯醚、1,3-双(3-氨丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷为原料,二甲基甲酰胺为溶剂制备聚(酰胺酸-硅氧烷)共聚物,并以该硅氧烷改性聚酰胺为基本成膜物,以纳米ATO 为导电粒子,并掺入耐高温TiO2 和聚四氟乙烯微粉,同时加入超分散剂、溶剂等助剂制备了浅色耐高温抗静电涂料。