处理剂对炭黑导电涂料导电功用的影响

复合型导电涂料一般以一般的绝缘聚合物为首要基质(成膜物),并掺入必定的导电填料,混合研磨后涂于工件上,在必定的温度下固化成膜[1]。其间价格低、耐氧化的炭黑复合导电涂料的研讨和开发越来越受到重视。导电涂料的导电功用首要与填料的导电性、含量、颗粒巨细以及聚合物与填料颗粒的相容性等因素有关,炭黑颗粒越细,网状链堆积越严密,比外表积就越大;单位质量颗粒多,就越有利于在基质中构成链式导电结构。在其它条件必守时,炭黑颗粒在聚合物中的涣散状况将决议导电涂料的导电功用。炭黑颗粒到达纳米级时,比外表积很大,在涂料制备进程中简单发作絮凝现象,而处理剂会显着影响填料在基质中的涣散性和湿润性[2],因此有必要研讨不同处理剂对涂料导电功用的影响。别的,碳系复合导电涂料成膜进程中易发作裂纹而使得导电稳定性较差,影响涂料的运用,有用的处理办法之一就是参加处理剂。由此可见,处理剂的运用将直接决议碳系复合导电涂料导电功用的好坏。本实验首要研讨了三种钛酸酯处理剂ＮＴＣ401、ＣＴ136、ＪＳＣ,两种硅烷处理剂ＫＨ550、ＫＨ570对炭黑导电涂料导电功用的影响,发现不同的处理剂、以及同一种处理剂的不同参加办法,都对导电功用发作了不同的影响。

1实验部分

1.1实验设备高速拌和机:ＬＪＱ4型,天津市伟达实验机厂;超声波振动器:ＣＸ250型,北京医疗设备厂;数字多用表:ＢＹ1943型,上海恒平科学仪器有限公司;电子天平:ＤＴ系列,江苏常熟长青仪器仪表厂;电热恒温枯燥箱:ＤＨ72.1型,黄石市医疗器械厂。

1.2实验资料特导电炭黑ＨＧＩＰ:均匀粒径33ｎｍ,比电阻值0.52Ω?ｃｍ,淄博市临淄华光化工厂;硅烷处理剂厂家醇酸清漆:石家庄市金鱼油漆厂;醇酸专用稀释剂:石家庄市金鱼油漆厂;钛酸酯处理剂:ＮＴＣ401、ＣＴ136、ＪＳＣ,南京曙光化工厂;硅烷处理剂:ＫＨ550、ＫＨ570,南京辰工有机硅资料有限公司。

1.3试样制备

将依照ＧＢ172779规定的75×25ｍｍ玻璃板用丙酮洗净,烘干后置于枯燥皿中待用。硅烷处理剂厂家处理剂质量分数别离为0%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%,炭黑质量分数均为15%。将特导电炭黑用处理剂处理后,参加醇酸树脂以及稀释剂用高速拌和机进行涣散,然后按ＧＢ172779的刷涂法,涂于玻璃板上,每个样品做3块平行试样,之后室温固化24ｈ,在60℃下固化,待漆膜彻底枯燥后进行外表电阻测验。对ＫＨ550质量分数为2.5%的系统,选用四种办法进行实验:①直接参加法,按上述过程将处理剂、炭黑直接参加树脂中制成样品;②预处理法,将处理剂用专用稀释剂进行稀释后,参加炭黑,在磁力振动机中振动60ｍｉｎ,过滤,自然枯燥后按上述过程制成样品;③后处理法,将处理剂和醇酸树脂混合均匀后,放置于磁力振动机中振动60ｍｉｎ后参加炭黑,按上述办法制成样品;④归纳处理法,将所用的处理剂分红两份,别离按②、③的办法对炭黑和醇酸树脂进行处理后按上述办法制成样品。

1.4功用测验选用数字多用表测定试样的电阻值Ｒ,ＳＥＭ调查涂层外表状态。

2成果与评论

2.1处理剂对导电性的影响处理剂经过化学反响和无机填料外表进行偶联结合,然后可进步填料在基猜中的涣散性和湿润性。需求依据不同的基料填料系统,以及要实现的功用来挑选适宜的处理剂及其处理办法。本实验研讨的炭黑醇酸导电涂料在不加任何处理剂的状况下,其电阻为105Ω。依照直接参加的工艺,研讨五种处理剂对导电性的影响。

图1为三种钛酸酯处理剂ＮＴＣ401、ＣＴ136、ＪＳＣ对系统导电性的影响。如图1所示,参加ＮＴＣ401、ＣＴ136、ＪＳＣ后,涂层的电阻没有改进,相反跟着处理剂用量添加,电阻值还从104Ω升高至279Ω。阐明ＮＴＣ401、ＣＴ136、ＪＳＣ对炭黑-醇酸的偶联厚度可能较大,阻止炭黑颗粒的彼此触摸,因此导电性下降。因此,ＮＴＣ401、ＣＴ136、ＪＳＣ并不适合该系统。硅烷处理剂ＫＨ550和ＫＨ570对系统导电性的影响见图2所示,在处理剂质量分数为0～2.5%的范围内,均能恰当下降涂层的电阻。关于ＫＨ550,质量分数为25%时涂层电阻到达最低值43Ω;而ＫＨ570质量分数为2.0%时,电阻为54Ω。因此较适宜的处理剂是ＫＨ550,最佳质量分数为2.5%。在没有参加处理剂的状况下,33ｎｍ的特导电炭黑很难与树脂严密结合,成膜性欠好,如图3所示为涂层的成膜状况,其间图3(ａ)则是无处理剂系统的ＳＥＭ电镜相片。由图可见,炭黑微粒涣散不均匀,特别炭黑与树脂未见杰出的界面过渡层;当复合系统参加质量分数为2.5%的ＫＨ550时,见图3(ｂ),此刻炭黑微粒的涣散性很好,处理剂显着改进了炭黑与醇酸树脂的相容性和化学反响性,赋予炭黑与基体杰出的界面粘接性,并且偶联厚度适宜,此刻涂层的电阻最低。

2.2不同处理办法对导电性的影响依据处理剂的结构特色、耐水性、实践运用的目标和场合,选用有用的运用办法,才干充沛实现处理剂的作用。处理剂的一般运用办法有两种:预处理法和直接参加法[2]。实验中还在此基础上考虑了后处理法和归纳处理法,在处理剂对树脂和填料的作用机理进步行了调查。关于ＫＨ550选用不同办法进行处理所得的实验成果见表1所示。表1成果标明,预处理法得到的涂层电阻最高,后处理法次之,直接参加法得到的涂层电阻较低,而归纳处理法最低。依据复合型导电涂料的导电机理,只要在导电粒子外表构成厚度适中的保护膜时,处理剂才干起到涣散、保护作用,一起又能进步导电性[3,4]。当处理剂的质量分数必守时,预处理法因为能够避开溶剂和醇酸树脂的影响,因此包覆作用最好,但影响了涂层的导电性;归纳处理法的作用最好,在这种状况下,处理剂中极性段与炭黑外表发作吸附作用,包含化学吸赞同物理吸附,使得处理剂包覆在炭黑颗粒外表,构成必定厚度的阻止层,下降了炭黑粒子间的吸引力及凝聚力[5];一起用处理剂的柔性段对基质构成了很好的相容性,将两者混合涣散后,获得了较好的涣散稳定性。后处理法中,处理剂与醇酸树脂-溶剂系统混合较长时刻后(60ｍｉｎ),处理剂可能现已失去了偶联功用,是不合惯例的处理办法,似乎是没有意义的,但成果标明,后处理法仍然能下降系统电阻,阐明处理剂在导电涂猜中的作用并非仅仅是偶联、涣散。关于比较复杂的复合导电涂料系统,怎么挑选或许规划组成高效的处理剂,依赖于对处理剂作用机理的深入知道。上述研讨标明,处理剂的作用可能不止于偶联、涣散,其它作用尚须进一步深入研讨。由此可见,参加适宜的处理剂能够进步导电性。

3定论(1)关于不同的复合导电涂料系统,可经过实验挑选适宜的处理剂及最佳用量。(2)炭黑-醇酸导电涂猜中,硅烷处理剂ＫＨ550质量分数为2.5%,别离用处理剂对炭黑和醇酸进行处理后再参加,所得的系统具有较好成膜性的一起,系统的导电性最好。