水性抗静电涂料、其制备方法与应用

文档序号:8917181阅读:1630来源:国知局
水性抗静电涂料、其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种水性抗静电涂料及其制备方法,特别涉及一种含石墨烯/PEDOT 复合物的的水性抗静电涂料及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002] 静电是一种由于接触或摩擦等产生的电荷聚集的现象,电荷虽小,却对电子工业、 石油工业、兵器工业、纺织工业、橡胶工业以及航空与军事领域造成巨大危害,仅以电子行 业为例统计,每年与静电有关的损害给世界电子制造行业带来数十亿美元的损失,因此防 静电技术是一项长期且不可缺少的重要技术。
[0003] 目前在电子包装和储运行业,在塑料基底上涂覆导电聚合物是一项有效的防静电 技术,其中聚3, 4-乙烯二氧噻吩:聚苯磺酸钠 (PEDOT :PSS)由于其高导电、高透光、高稳 定等特性,是应用最为成熟的导电聚合物类抗静电涂料的导电填料。虽然PEDOT本身不溶 不熔,但通过与PSS掺杂获得了良好的水溶性,因此在水性抗静电涂料中获得巨大成功。 例如,公布号为CN104448256A,CN102731971A和CN104211969A的发明专利均公开了一种 PEDOT :PSS水分散液的制备方法,但是现有研宄和改进主要集中在进一步提高体系的导电 性和稳定性。由于PSS本身不导电,掺杂的同时往往带来导电性的下降,且导电聚合物的导 电稳定性也不如其他无机物,其导电性衰减比较严重,PSS掺杂改性继续提高的空间非常有 限,亟待有新的思路和方法实现性能的更大提升。尤其在抗静电涂料领域,分散体系与树脂 体系的相容性和稳定性,对推动其应用,例如在电子包装、抗静电屏蔽领域的应用具有重要 作用。

【发明内容】

[0004] 本发明的主要目的在于提供一种水性抗静电涂料、其制备方法与应用,以克服现 有技术中的不足。
[0005] 为实现前述发明目的,本发明采用了如下技术方案:
[0006] 一种水性抗静电涂料,其包括按照重量百分比计算的如下组分:
[0007] 水性聚氨酯树脂 1~30% 磺化石墨烯/PEDOT复合分散液 1~30% 交联剂 0.1~5% 偶联剂 0.1~0.5% 稀释剂 25~80%
[0008] 所述磺化石墨烯/PEDOT复合分散液包含1~5wt %磺化石墨烯/PEDOT复合物,所 述磺化石墨稀/PEDOT复合物主要由表面原位聚合有PEDOT的磺化石墨稀组成,其中磺化石 墨烯与PEDOT的质量比为1:0. 2~1:5。
[0009] 在一较为优选的实施方案之中,所述磺化石墨烯/PEDOT复合物的制备方法包括:
[0010] 在温度为20~50°C的条件下,将磺化石墨烯、3, 4-乙烯二氧噻吩单体与聚乙二醇 分散在去离子水中,使形成的混合体系中所含聚乙二醇的浓度为〇. 001~lwt%,且磺化石 墨稀与3, 4-乙稀二氧噻吩单体的质量比为0. 1:1~1:0. 1,再将该混合体系的pH值调节至 0. 5~4. 5,并以500-1000转/min的速度搅拌混合,同时分批加入氧化剂和催化剂,其中氧 化剂与EDOT的质量比是0.5:1~2. 5:1,催化剂与EDOT的质量比0.001:1~0. 1:1,随后 持续搅拌反应l〇_72h,之后除去混合反应产物中的杂质离子,获得所述磺化石墨烯/PEDOT 复合物。
[0011] 进一步的,所述水性聚氨酯可优选自但不限于聚酯型、聚醚型、聚碳酸酯型水性聚 氨酯分散液或乳液中的任意一种或者两种以上的组合。
[0012] 进一步的,所述交联剂可优选自但不限于异氰酸酯、封闭型异氰酸酯、氮丙啶、聚 碳化二亚胺、氨基树脂中的任意一种或者两种以上的组合。
[0013] 进一步的,所述偶联剂可优选自但不限于塑料基底用偶联剂,用以促进与塑料基 体附着力,尤其优选自伊斯曼CP153-2、赢创德固赛EP2325。
[0014] 进一步的,所述稀释剂可优选自但不限于水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、乙二 醇、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、丙二醇、丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯中的任意一种或两种 以上的组合。
[0015] 进一步的,所述水性抗静电涂料还可包含0. 1~10wt%助剂,所述助剂包括流平 剂、助溶剂、润湿剂中的任意一种或两种以上的组合,且不限于此。
[0016] 进一步的,所述流平剂可优选自但不限于聚醚改性有机硅、聚酯改性有机硅水 性树脂流平剂、氟类表面活性剂中的任意一种或两种以上的组合,特别优选自BYK331、 BYK333、BYK378、FSN100。
[0017] 进一步的,所述助溶剂可优选自但不限于乙二醇、丙三醇、异丙醇、N-甲基吡咯烷 酮、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃中的任意一种或两种以上的组合。
[0018] 进一步的,所述润湿剂可优选自但不限于水性润湿剂,特别优选自BYK191、 BYK192、BYK193、BYK180、BYK181、BYK183、BYK194。
[0019] 进一步的,所述磺化石墨烯包括单层、少层、多层石墨烯或石墨烯微片,且至少在 所述石墨烯或石墨烯微片表面和/或边缘分布有磺酸根基团。
[0020] 进一步的,本发明的磺化石墨烯可以通过业界所知的途径,例如市售或自制途径 获取(例如可参考 Nano Lett.,2008, · 8 (6) : 1679-1682 等)。
[0021] 优选的,所述磺化石墨稀的径向尺寸为IOOnm~20 μ m,厚度为0· 3nm~20nm,所 含磺酸基团的质量百分数为1~30%。
[0022] 进一步的,所述聚乙二醇可优选自但不限于聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二 醇600、聚乙二醇800中的任意一种或两种以上的组合。
[0023] 进一步的,所述氧化剂可优选自但不限于过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的任意 一种或两种以上的组合。
[0024] 进一步的,所述催化剂可优选自但不限于硫酸铁、三氯化铁、对甲基苯磺酸铁、硝 酸铁中的任意一种或两种以上的组合。
[0025] -种制备所述水性抗静电涂料的方法,其包括:
[0026] 在温度为20~50°C的条件下,将磺化石墨烯、3, 4-乙烯二氧噻吩单体与聚乙二醇 分散在去离子水中,使形成的混合体系中所含聚乙二醇的浓度为〇. 001~lwt%,且磺化石 墨稀与3, 4-乙稀二氧噻吩单体的质量比为0. 1:1~1:0. 1,再将该混合体系的pH值调节至 0. 5~4. 5,并以500-1000转/min的速度搅拌混合,同时分批加入氧化剂和催化剂,其中氧 化剂与EDOT的质量比是0.5:1~2. 5:1,催化剂与EDOT的质量比0.001:1~0. 1:1,随后 持续搅拌反应10~72h,之后至少选用透析或阴阳离子交换树脂去除反应产物中的杂质离 子,并以去离子水稀释,获得所述磺化石墨烯/PEDOT复合分散液;
[0027] 将磺化石墨烯/PEDOT复合分散液以500-5000转/min的转速剪切分散,分散时 间为10~120min,再加入水性聚氨酯、助剂、交联剂、偶联剂、稀释剂并混合均匀,之后以 200~500目过滤网过滤,获得所述水性抗静电涂料。
[0028] 本发明还提供了前述水性抗静电涂料于形成抗静电结构中的用途。
[0029] 例如,在本发明的一些实施例中,提供了一种抗静电装置,其包含由前述任意一种 水性抗静电涂料固化形成的抗静电结构。
[0030] 所述的抗静电结构可以是涂层状,或者其它形式。
[0031] 在本发明的一些实施例之中,还提供了一种抗静电装置的制备方法,其包括:将前 述任意一种水性抗静电涂料施加于选定基体上,并在80~140°C烘烤1~30min,从而在所 述基体上形成抗静电结构。
[0032] 其中,所述选定基体可选自但不限于塑料基体。
[0033] 与现有技术相比,本发明的优点包括:利用磺化石墨烯作为掺杂和载体原位聚合 PEDOT形成的复合材料同时具有良好的水溶性、导电性和稳定性的优点,其在应用于水性抗 静电涂料中时,成膜固化之后具有自组装特性,能够自由铺展在基底上,并构建高效导电网 络,使抗静电膜具有高透光率、高导电率和稳定性,同时还可使涂层固化之后具有更好的力 学性能,特别是具有增强增韧作用及高耐磨性的特点,使其具有更好的抗静电耐用性,另外 本发明的抗静电涂料为水性体系,具有环保安全,施工简便等特点。
【具体实施方式】
[0034] 针对现有技术的诸多缺陷,本案发明人经长期研宄和大量实践,得以提出本发明 的技术方案,即,提出了一种改良的水性抗静电涂料及其制备方法,该涂料的组成及该方法 的实施方式详见前文,此处不再赘述。
[0035] 在本发明的一较为具体的典型实施方案之中,一种水性抗静电涂料的制备方法可 以包括如下步骤:
[0036] (1)在温度为20~50°C的条件下,将磺化石墨烯、3, 4-乙烯二氧噻吩单体(EDOT) 和聚乙二醇分散在去离子水中,其中磺化石墨烯:EDOT的质量比是0. 1:1~1:0. 1,聚乙二 醇在体系中的浓度为0. 001~Iwt %,将其pH值调至0. 5~4. 5,高速搅拌混合,转速500~ 1000 转 /min ;
[0037] (2)在高速搅拌的同时,缓慢滴加氧化剂和催化剂的混合溶液,氧化剂与EDOT的 质量比是0. 5:1~2. 5:1,催化剂与EDOT的质量比是0. 001:1~0. 1: 1,随后搅拌10~72 小时;
[0038] (3)将产物通过透析或阴阳离子交换树脂去除杂质离子,直至产物中无明显检出 杂质离子,随后用去离子水稀释将溶液固含量调整至1~5wt %,获得磺化石墨烯/PEDOT复 合分散液;
[0039] (4)将磺化石墨烯/PEDOT复合分散液在高速分散机中高速剪切分散,转速500~ 5000转/min,搅拌10~120min,依次将水性聚氨酯、助剂、交联剂、偶联剂、稀释剂加入其中 搅拌混合均匀,搅拌10~60min,200~500目过滤网过滤
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