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高氯化聚乙烯銀包銅防腐導(dǎo)電涂料的研究

2016-02-23 10:04:25 作者：本網(wǎng)整理來源：

高氯化聚乙烯具有優(yōu)良的耐侯性、耐久性、難燃性、抗?jié)B透性、耐化學(xué)腐蝕性、耐水和酸堿鹽，漆膜堅(jiān)韌耐磨，熱膨脹系數(shù)小，在涂料方面主要用作阻燃、建筑、橋梁、船舶及化工設(shè)備等鋼結(jié)構(gòu)重防腐涂料。

本研究用高氯化聚乙烯樹脂為涂料主要成膜物，用化學(xué)鍍技術(shù)制成的銀包銅粉為導(dǎo)電填料而得到的防腐導(dǎo)電涂料，解決了銅系導(dǎo)電涂料中銅粉暴露在空氣中易被氧化而降低導(dǎo)電性的問題，使導(dǎo)電性達(dá)到銀的標(biāo)準(zhǔn)而成本卻大大低于銀。涂層不但具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，而且還能夠在-20℃~50℃條件下帶銹涂裝，干燥速度快，具有優(yōu)良的耐水、耐油、耐磨、耐候、防霉、防腐和阻燃性，同時(shí)還具有優(yōu)良底面配套性和重涂性，還可回收重復(fù)使用。施工簡便，可用噴、刷、浸、輥等方法進(jìn)行涂裝，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化自動(dòng)涂裝，特別適合外型復(fù)雜的異型體表面涂裝。它將銀、銅和高氯化聚乙烯三者的優(yōu)勢相結(jié)合，是一種具有發(fā)展前途的高導(dǎo)電、抗電磁干擾特種導(dǎo)電涂料。

1、實(shí)驗(yàn)部分

1.1、主要原料與儀器

高氯化聚乙烯（HCPE-65M，濮陽市誠惠化工有限公司）、超細(xì)紫銅粉（800目，無錫順達(dá)金屬粉末有限公司）、硝酸銀（分析純，天津金創(chuàng)貴金屬有限公司）、三羥甲基丙烷（贛州市奇天化工有限公司）、己二酸（上海南翔試劑有限公司）。

數(shù)字歐姆表（SD2002型，上海乾峰電子設(shè)備廠）、涂膜沖擊器（QCJ-120，深圳市三諾電子儀器有限公司）、漆膜附著力試驗(yàn)儀（QFZ，武漢格萊莫檢測設(shè)備有限公司）、漆膜擺式硬度計(jì)（GB-X，天津試驗(yàn)機(jī)廠）、柔韌性測試儀（QTX-1731，天津市精科材料試驗(yàn)機(jī)廠）。

1.2、制備工藝

1.2.1 增韌改性樹脂合成

在裝有攪拌器及溫度計(jì)、回流冷凝管的三口瓶中，依次加入各種原料，緩慢升溫至200℃，保持回流到合格，然后用甲苯兌稀，攪勻后包裝，簡稱HSR。檢測指標(biāo)：粘度50±5s（格氏管25℃），固體份80±2%，羥基含量3±0.5%，酸值≤10mgKOH/g，樹脂配方見表1。

樹脂配方

1.2.2 銀包銅導(dǎo)電粉末的制備

（1）各種反應(yīng)液配制

主鹽溶液：在0.9L蒸餾水中加入20gAgNO3，攪拌至完全溶解，并在攪拌下滴加NH3H2O，產(chǎn)生黑褐色沉淀，再繼續(xù)滴加NH3H2O直至沉淀恰好完全溶解成透明溶液為止，接著加入60mL25%的NaOH溶液，又形成沉淀，再滴加氨水，使溶液恰好清澈透明后，再過量數(shù)滴氨水。

還原溶液：在1L蒸餾水加入45g葡萄糖（C6H12O6），10g酒石酸（C4O6H6），加熱沸騰10min，冷卻后加入25g聚乙二醇，100mL乙醇，攪拌均勻。

（2）銅粉表面處理

取一定量800目超細(xì)紫銅粉，加適量丙酮，研磨15min，靜置10min，浸出丙酮液，在銅粉中加入適量10%的稀硫酸，攪拌0.5h，抽濾，并用蒸餾水沖洗至無Cu2+為止，取出銅粉，60℃真空烘干，待用。

（3）化學(xué)鍍銀

將20g經(jīng)表面處理的銅粉與還原溶液混合10min，再加入主鹽溶液，攪拌，在室溫條件下超聲分散20min，鍍銀完成后，用蒸餾水洗滌若干次后過濾，60℃真空干燥后得到銀包銅金屬粉末，簡稱Ag/Cu。

1.2.3 導(dǎo)電涂料的制備

（1）在60℃下將HCPE溶解成外觀透明的40%HCPE甲苯液，待用。

（2）將自制銀包銅粉末用KH550處理后低溫烘干，得到改性銀包銅粉末。

（3）將改性銀包銅粉用少量溶劑和潤濕分散劑浸潤，再添加到增塑改性樹脂中，攪拌，然后再添加40%HCPE液和適量稀釋劑，攪勻即可，參考配方見表2。

高氯化聚乙烯防腐導(dǎo)電涂料配方

1.3、漆膜主要性能檢測

按GB1727-92和GB/T9271-88中規(guī)定的馬口鐵板、玻璃板、鋼板規(guī)格進(jìn)行選材、底材處理和檢測樣板制備，在23±2℃，RH50±5%下干燥并檢測。

2、結(jié)果與討論

2.1、增韌改性物質(zhì)的選擇

HCPE樹脂單獨(dú)使用脆性大，易剝落，需改性。用于增韌改性的物質(zhì)可以是柔性聚合物，也可以是高沸點(diǎn)難揮發(fā)的溶劑或固體，本試驗(yàn)選用HSR和CP-52分別與40%HCPE甲苯液和Ag/Cu進(jìn)行復(fù)配，顏基比為1:1.5，其它物料配比不變，以說明樹脂型增塑劑與高沸點(diǎn)溶劑型增塑劑增塑效果的差異，見圖1。

增塑劑增塑效果

可以看出：CP-52增塑效果顯著，少量添加，漆膜就迅速變軟，但漆膜光澤低，豐滿度差，且易揮發(fā)，易滲出，耐久性差。HSR增塑效果柔和，涂層光澤、豐滿度、沖擊強(qiáng)度和附著力等性能隨著用量增加而逐步改善，若過量，涂層主體性能將逐步由HCPE轉(zhuǎn)向HSR，所以綜合考慮漆膜裝飾性、防腐性和其它各項(xiàng)性能，應(yīng)配合使用樹脂型和溶劑型增塑劑。

2.2、稀釋劑對涂料性能的影響

稀釋劑對導(dǎo)電涂料至關(guān)重要，其作用雖然是溶解樹脂和改善涂料粘度，但它卻決定了涂料的儲存穩(wěn)定性、施工性、金屬粉體分布均勻性和涂層最終性能。對本試驗(yàn)所用的高氯化聚乙烯樹脂來說，芳烴、鹵代烴、酯類和酮類都是真溶劑，由于溶解力和揮發(fā)速度不同而對涂料性能影響很大，見表3。

有機(jī)溶劑對涂料性能影響

可以看出在配方不變的情況下，若單獨(dú)使用各種有機(jī)溶劑進(jìn)行兌稀，若溶解性強(qiáng)，涂料粘度低，粉體易沉底，造成儲存穩(wěn)定性降低；揮發(fā)性強(qiáng)，干燥速度快，表干時(shí)間短，漆膜易產(chǎn)生桔皮、氣孔和氣泡，同時(shí)易造成Ag-Cu粉分布不均勻，從而影響涂層外觀、附著力和導(dǎo)電性等性能，所以稀釋劑的選擇必須綜合考慮各項(xiàng)性能和成本，應(yīng)設(shè)計(jì)一種具有適宜溶解性和揮發(fā)梯度的混合溶劑，以確保涂料高固體分低粘度和高導(dǎo)電性能，確保樹脂在涂料施工過程中始終保持良好的溶解狀態(tài)。本試驗(yàn)選用丙酮、甲苯、醋酸乙酯和丁酯組成的混合溶劑作為稀釋劑。

2.3、銀包銅用量對涂料性能的影響

HCPE本身是絕緣的，其導(dǎo)電性源于銀包銅粉，它的品質(zhì)和用量是涂層導(dǎo)電的關(guān)鍵。本文在配方中其它原料保持不變的情況下，改變Ag/Cu用量，考查對性能的影響，見圖2。

銀包銅粉對涂料性能的影響

涂料導(dǎo)電通常通過導(dǎo)電粒子直接接觸和隧道效應(yīng)來傳輸，所以要想獲得電導(dǎo)性，導(dǎo)電粉體用量必須達(dá)到臨界值，即滲逾值，這里Ag/Cu滲逾值為20%，小于此值，金屬粒子間相隔較厚樹脂膜，不連續(xù)而呈斷路，只能導(dǎo)靜電甚至絕緣；當(dāng)達(dá)到滲逾值時(shí)，兩金屬顆粒間相隔一層很薄的樹脂膜，表現(xiàn)出電阻較大，隨著用量增大，樹脂層逐漸變薄，電阻下降，最終使金屬粒子因相互擠壓而緊密接觸，成為導(dǎo)體，涂層導(dǎo)電性達(dá)到極限，但繼續(xù)增大到一定程度時(shí)（＞55%），樹脂不足以包裹金屬粉體時(shí)而使顆粒疏散，涂層導(dǎo)電性、附著力和沖擊強(qiáng)度下降急劇下降，所以當(dāng)Ag/Cu用量為干膜總質(zhì)量的40±5%，涂層綜合性能最佳。

3、結(jié)論

本試驗(yàn)選用防腐性能優(yōu)異并且快干的高氯化聚乙烯樹脂為涂料主要成膜物，用自制高固體樹脂為增韌改性樹脂，以提高涂層柔韌性、光澤、附著力和沖擊強(qiáng)度等性能；用丙酮、乙酯、甲苯和醋酸丁酯組成的混合溶劑作為稀釋劑，以提高涂料儲存穩(wěn)定性和施工性，確保涂層具有優(yōu)良的外觀、光澤等各項(xiàng)性能；用KH550處理的Ag/Cu為導(dǎo)電填料，克服了銅粉易被空氣氧化而造成導(dǎo)電性下降的缺陷，又解決了純銀粉價(jià)格貴且在涂層中易遷移的問題，制成的防腐導(dǎo)電涂料具有優(yōu)良導(dǎo)電性、防腐性和化學(xué)穩(wěn)定性等綜合性能，是一種具有發(fā)展前途的新型導(dǎo)電涂料。

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