隨著高分子材料廣泛應用于工業生產及日常生活中,其靜電危害也越來越重。
由于防靜電涂料較其他材料具有成本低、設備簡單、施工方便等優點而得到廣泛應用。
在防靜電涂料中,目前實際應用的多為添加型防靜電涂料。它是利用導電填料來實現防靜電的,導電填料相互接觸形成連續網鏈,載流子可在網鏈上運動,從而使涂層防靜電。抗靜電填料主要有金屬系填料、碳系填料、金屬氧化物導電填料以及復合填料四類。
1、金屬系填料
主要是銀、鎳和銅等,其中銀粉的化學穩定性好,導電性高。
銀粉的形狀呈球狀、片狀、枝狀、針狀、扁平狀等,其中片狀比球狀的接觸面大得多,因而具有更好的導電性。在同一配比的情況下,球形銀粉的電阻率數量級為10-2,而鱗片狀的為10-4,導電性與銀粉粒徑有關,粒徑越小導電性越高,極細的超微銀粒子(粒徑從1μm以下到數微米)制成的導電涂料,其電阻值只有10-3Ω,但要注意片狀銀粉的厚度問題。目前使用的片狀銀粉是用機械加工獲得的。
由于銀粉的價格較貴,它所制得的防靜電涂料往往用在特殊的場合。為了降低防靜電涂料的成本,往往在銀粉中摻和其他金屬粉末,例如:Ni-Ag、Cu-Ag等,它們可以任意比例組成復合型導電填料,且導電性能穩定;或把銀粉鍍覆在銅、鋁粉的外層,其導電率與純銀相當。
鎳粉價格適中,穩定性介于銀粉與銅粉之間,在大氣中不易生銹,能夠抵抗苛性堿的腐蝕,且具有良好的導電性。鎳常與銀制得復合型導電填料,還與鋁、硼等制成合金粉作為導電填料,從而使防靜電涂料具有耐老化、耐濕等優點。
銅粉具有良好的導電性,其體積電阻率與銀相近,且價格低。
但銅粉有一個致命的弱點:在空氣中易氧化,使銅的導電性迅速下降,甚至不導電。為了防止銅粉的氧化以及保持穩定的導電性,常對銅粉進行表面處理:添加還原劑,如對苯二酚;用胺類化合物作為絡合劑進行表面保護;采用銀銅梯度粉。
2、碳系填料
主要包括炭黑和石墨,按形狀來劃分,主要有粉體和纖維兩大類。碳系填料具有優異的耐候性和耐化學品性,成本低,來源豐富,如用量適宜,對涂料的物理性能影響不大,故碳系導電填料在防靜電涂料中應用最為廣泛。
在制備防靜電涂料時,常將石墨與炭黑混合使用,或將性能不同的炭黑混用,以滿足不同的使用要求。
由于炭黑粒子間具有較強的凝聚力,它和其他物質(如有機高分子、水以及有機溶劑等)的親和力較弱,所以在通常的情況下很難均勻混合和分散。為了解決這一問題,人們探討了許多方法,如將炭黑表面用各種表面活性劑或樹脂加以包覆,以提高炭黑和基料的親和力,使炭黑均勻混合和分散。
近年來,采用適宜的聚合性單體,在炭黑的存在下進行聚合,制成炭黑接枝聚合物,大大改善了炭黑的親水性或親油性。
3、金屬氧化物導電填料
主要有氧化錫、氧化鋅、氧化鈷等。純的氧化錫等是絕緣體,只有當它們的組成偏離了化學比、產生晶格缺陷和進行摻雜時,才能成為半導體。由于金屬氧化物導電填料具有密度較小、在空氣中穩定性好并可制備透明涂層等優點,故廣泛用于防靜電涂料中。已研制出以金屬氧化物(如氧化錫、氧化銻)為抗靜電填料的淺色、白色抗靜電涂料。
4、復合填料
為了降低導電填料成本,提高導電性能,常采用復合導電填料。復合導電填料按形狀可分為復合粉和復合纖維。
復合粉是每一顆粒都由兩種或多種不同材料組成的粉,并且其粒度必須大到足以顯示出各種宏觀性質。金屬包覆型復合粉是將金屬鍍覆在每個芯核顆粒上形成的復合粉,它兼有鍍層金屬和芯核的優良性能。根據芯核物質的不同金屬包覆型復合粉大體上分為金屬-金屬、金屬-非金屬、金屬-陶瓷3類,如玻璃珠、銅粉和云母粉外包覆銀粉以及炭黑外包覆銀粉等。此外,也有以金屬氧化物為外殼,硅或硅化合物、TiO2等為內殼的復合導電粉。
復合纖維有多種,如尼龍、玻璃絲、碳纖維包覆金屬或金屬氧化物等。將聚丙烯酯纖維包覆Cu、Ni;或是鍍覆于Cu的外部,可以保持內部銅層不被氧化,使其具有穩定的導電性。又如采用化學鍍方法在玻璃纖維上沉積金屬鍍層,制得鍍覆金屬的導電玻璃纖維,用作防靜電涂料的復合填料。
導電填料對防靜電涂料的發展起著重要的作用,填料的選擇對防靜電涂料的設計、制備至關重要。
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