抗静电涂料及其制备方法与流程

1.本发明属于特种涂料技术领域，具体涉及一种高性能的抗静电涂料及其制备方法。


背景技术：

2.静电放电产生的电流以及电火花，会影响仪器设备的正常工作，严重的甚至会引发火灾爆炸等安全事故，基于设备工作工程中容易产生静电的问题，通常采用在设备表面涂覆抗静电涂料以有效导走设备工作过程中产生的电荷，同时对设备还能起到一定的防护作用。
3.抗静电涂料通常由树脂、填料组成，涂料固化或干燥后形成既具导电性又具粘结性的导电涂层。按基体种类划分，可将导电涂层可分为结构型导电涂层和填充型导电涂层。结构型导电涂层由本身具有导电性的高分子材料构成。按固化条件不同可分为冷干燥型、热固化型和uv固化型，这类材料存在材料单体毒性大、制备过程复杂、制备成本高、电学及化学性能不稳定等缺陷，只适合实验室小规模试验，不适于工业化生产。填充型导电涂层基体本身不具有导电性，通过向基体中加入导电填料，固化后，导电填料能够在基体中形成导电网络，自由电子在外加电场的作用下形成电流，使基体具有导电性。填充型导电涂层具有制备简单、工艺性好、电学性能稳定稳定、使用方便、基体无毒无害、易于推广等优点，具有大规模生产的能力，在工业领域具有广阔的发展空间。
4.石墨烯作为一种新型纳米二维材料，具有高比表面积、优异的导电性、导热性和机械特性等，其结构含有大量sp2杂化的碳碳键，层状结构中所有碳的p轨道互相平行，形成π键，电子能在晶格中自由移动，因此具备导电的能力。因此，目前有将石墨烯作为导电填料加入到基体中来制备抗静电涂料。但在采用石墨烯作为导电填料时，存在与基体相容性差以及在基体中所占的比重大导致价格昂贵等问题，且这种抗静电涂料制备得到的涂层表面状态差、防护性能低，难以满足实际使用的性能要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种抗静电涂料及其制备方法，解决现有抗静电涂料所存在的上述技术问题。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.抗静电涂料，包括基体和导电填料，所述基体为树脂或含树脂的涂料，所述导电填料为石墨烯与镍粉的组合物。
8.在一些实施例中，所述基体为聚四氟耐强氧化涂料，这种聚四氟耐强氧化涂料通常主要是由聚四氟树脂、石墨粉料组成。
9.石墨烯是一种二维碳纳米材料，它具有高比表面积、高硬度、高强度、优良的导热性，此外，稳定的晶格结构使其具有优异的导电性能，远远超过了电子在一般导体中的迁移速度。
10.金属导体内部存在大量的可以自由移动的自由电子，这些自由电子在电势差的作用下能够定向移动进而形成电流，使金属体现出导电性，常见的金属系导电填料有铜、银、镍、铁、金等。在研究中发现，镍粉不仅具有良好的金属导电性，并且化学稳定性好、抗腐蚀性强，能够适用于腐蚀性大和高温环境，更重要的是其具有能够在有机粘合剂、涂料中保持稳定的良好特性。
11.本发明以树脂或含树脂的涂料为基体，以石墨烯和镍粉作为导电填料，充分利用了石墨烯和镍粉导电性高、韧度高、强度大、比表面积高等优点，有效综合了二者优势，石墨烯与镍粉的共同引入可有效提升涂层的强度、韧性及抗静电性能。
12.与现有的抗静电涂料相比，本发明以石墨烯和镍粉为导电填料，一方面石墨烯和镍粉具有高导电性、强化学稳定性、优良的导热性、高硬度等本征优势，可提高涂料基体的抗静电性能、力学性能等，拓展了涂料的应用温度区间、承载范围等。另一方面，纯树脂涂料通常密度较低，内部可能存在孔洞等缺陷使其表现出低强韧性，石墨烯和镍粉可对涂料缺陷部分实现有效填充，从而提升涂层交联密度，进一步赋予涂层优良的柔韧性和耐冲击能力。
13.当采用石墨烯作为单一导电填料时，所形成的涂层存在表面状态较差、难以形成有效的导电网络以及存在价格昂贵等问题，往往需要对石墨烯进行改性处理，导致涂料的整个制备过程复杂，并进一步增加了涂料的制备成本；并且为了增加石墨烯与树脂之间的相容性，使石墨烯在树脂中进行充分的分散以形成良好的导电网络，通常需要加入其它组分，这样导致涂料的组分复杂，并且还会对涂料的其它性能造成影响，导致涂料的综合性能难以满足使用的要求。当采用镍粉作为单一导电填料时，所形成的涂层力学性能及抗静电性能往往无法满足预期性能要求。
14.研究发现，当将石墨烯与镍粉复合一起作为导电填料时，两者之间能够形成良好的配合和促进作用，实现优势互补，有效弥补上述采用单一填料时涂料所存在的不足。并且，在采用石墨烯与镍粉形成组配时，能够大范围地调整涂料中碳系材料的占比，使导电填料与树脂之间具有更好的适配性，使导电填料在涂料中能够形成更好的分散效果，提高涂料的导电性能和防护性能。
15.在一些实施例中，所述抗静电涂料中石墨烯的含量为树脂的0.01wt.％～10wt.％。
16.在一些实施例中，所述抗静电涂料中石墨烯的含量为树脂的0.01wt.％～0.1wt.％。
17.在一些实施例中，所述抗静电涂料中镍粉的含量为树脂的5wt.％～30wt.％。
18.在一些实施例中，所述抗静电涂料中镍粉的含量为树脂的5wt.％～15wt.％。
19.在一些实施例中，所述石墨烯为少层石墨烯、多层石墨烯、石墨烯量子点、少层氧化石墨烯、多层氧化石墨烯、氧化石墨烯量子点中的一种或多种的混合物。
20.在一些实施例中，所述石墨烯为少层石墨烯。少层石墨烯具有更大的比表面积，以及更优异的导电性、韧性、强度等，且缺陷较少，含氧基团少，与镍粉一起作为导电填料使用能够获得更好的效果。同时片层结构的少层石墨烯能够起到阻隔外界腐蚀介质的作用，能够提高涂层的抗腐蚀性能。
21.在一些实施例中，所述树脂为聚四氟耐强氧化树脂。采用聚四氟树脂作为基体，其
具有更优良的粘结性能、耐化学性能和防腐性能，相对于其它树脂在应用到抗静电涂料中是具有良好的实际应用优势。
22.研究发现，当采用聚四氟强氧化树脂作为基体，且石墨烯含量为环氧树脂的0.03wt.％，镍粉含量为环氧树脂的15wt.％时，此时的抗静电涂料能够达到一个较优的综合性能。
23.在一些实施例中，所述抗静电涂料还包括有固化剂和/或其它助剂。
24.本发明采用石墨烯和镍粉组合作为涂料的导电填料，综合利用石墨烯的高比表面积、高强度、高导热性、高导电性以及镍粉的低电阻率、高导电性、高硬度的性能特点，使少量的石墨烯能够均匀分散在树脂中并与镍粉形成导电通路，实现导走电荷的目的，使其具备良好的导电性能。
25.本发明针对现有抗静电涂料中采用石墨烯作为导电填料时，存在的石墨烯与基体之间的相容性差、用量较大，且涂层表面质量差等问题，通过对导电填料进行改进，采用石墨烯与镍粉的组合物作为导电填料。这种导电填料与树脂之间具有良好的相容性和适配性，在满足涂料导电性能的情况下，基于石墨烯与镍粉之间所形成的相互促进作用，所需要的石墨烯的用量大大降低，并且能够使所形成涂层的表面质量得到了明显的改善，减小了涂层表面的颗粒感，提高了涂层的表面平整度，以及涂层的硬度，而且在提升涂料抗静电性能的同时，还提高了涂层的抗腐蚀性能，能够大大延长涂层的有效服役周期，具有明显的经济优势和应用优势，能广泛适用于能源工业、海洋工程、交通运输等领域。
26.另一方面，本发明还提供一种抗静电涂料制备方法，包括以下步骤：
27.s1、将石墨烯、镍粉添加到有机溶剂中，均匀分散处理后得到复合填料溶液；分散处理操作可采用超声分散；
28.s2、在复合填料溶液中加入基体，室温下搅拌均匀，得到混合浆料；在搅拌操作时采用高速搅拌机，搅拌速度为2000rpm～4000rpm，搅拌时长为5min～30min；
29.s3、在混合浆料中加入助剂，在室温下搅拌均匀；助剂可包括如消泡剂、流平剂、消光剂、增韧剂、催干剂等，采用高速搅拌机以2000rpm～4000rpm的速度搅拌5min～20min；
30.s4、在步骤s3中制备得到的混合浆料中加入固化剂，以2000rpm～4000rpm的速度搅拌5min～20min，搅拌均匀，得到抗静电涂料。
31.本发明涂料组分简单，制备方便，操作简便，具有材料及制备成本低廉的特点，可实现大批量的生产制备，具有良好的应用前景。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
33.图1为本发明实施例2制备得到的抗静电涂料所形成涂层表面示意图。
34.图2为本发明实施例1、实施例2、对照例2、对照例7制备得到的抗静电涂料所形成涂层的表面电阻对比示意图。
35.图3为本发明实施例1、实施例2、对照例2、对照例7制备得到的抗静电涂料所形成
涂层的拉开附着力对比示意图。
36.图4为本发明实施例2制备得到的抗静电涂料所形成涂层胶带附着力测试后的涂层状态示意图。
37.图5为本发明实施例2制备得到的抗静电涂料所形成涂层耐冲击强度测试后的涂层状态示意图。
38.图6为本发明实施例2制备得到的抗静电涂料所形成涂层耐丁酮擦拭测试后的涂层状态示意图。
具体实施方式
39.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
40.实施例1：
41.本实施例中抗静电涂料以聚四氟耐强氧化涂料为基体，少层石墨烯与镍粉组成复合导电填料，导电填料中少层石墨烯与镍粉相对基体的质量百分比分别为0.03wt.％和7wt.％。
42.制备过程具体如下：
43.s1、将1.68g镍粉和0.0072g少层石墨烯加入到25g二甲苯(稀释剂)混合溶液中，超声分散20min，使少层石墨烯和镍粉分散均匀，得到复合填料溶液；
44.s2、在步骤s1的复合填料溶液中加入24g聚四氟耐强氧化涂料，机械搅拌(3000rpm)15min，得到混合均匀的少层石墨烯-镍/树脂混合浆料；
45.s3、向步骤s2获得的混合浆料中依次加入2.4g钛白粉、2.4g滑石粉、0.3g有机膨润土，随后加入分散剂并搅拌充分混合均匀，得到混合浆料；
46.s4、向步骤s3获得的混合浆料中依次加入27g胺类固化剂，将混合浆料机械搅拌(4000rpm)5min，使其完全混合，最后得到少层石墨烯-镍抗静电涂料。
47.将得到的少层石墨烯-镍抗静电涂料均匀喷涂在铝合金上，室温下等待表面完全干燥后，在80℃下固化3h，待其固化完全后进行性能检测。
48.实施例2：
49.本实施例基于实施例1，与实施例1的区别在于，导电填料中少层石墨烯与镍粉相对基体的质量百分比分别为0.03wt.％和15wt.％。
50.具体制备过程如下步骤：
51.s1、将3.6g镍粉和0.0072g少层石墨烯分散在25g二甲苯(稀释剂)混合溶液中，超声分散20min，使少层石墨烯和镍粉分散均匀，得到复合填料溶液；
52.s2、在步骤1中的复合填料溶液中加入24g聚四氟耐强氧化涂料，机械搅拌(3000rpm)10min，得到混合均匀的少层石墨烯-镍/树脂混合浆料；
53.s3、向步骤s2获得的混合浆料中依次加入2.4g钛白粉、2.4g滑石粉、0.3g有机膨润土，将助剂搅拌充分混合均匀，得到混合浆料；
54.s4、向步骤s3获得的混合浆料中依次加入27g胺类固化剂，将混合浆料在机械搅拌(4000rpm)5min，使其完全混合，最后得到少层石墨烯-镍抗静电涂料。
55.将得到的少层石墨烯-镍抗静电涂料均匀喷涂在铝合金上，室温下等待表面完全干燥，在80℃下固化3h，待其固化完全进行检测。
56.实施例3：
57.本实施例基于实施例1，与实施例1的区别在于：所述导电填料中少层石墨烯与镍粉相对基体的质量百分比分别为0.03wt.％和20wt.％。
58.将得到的少层石墨烯-镍抗静电涂料均匀喷涂在铝合金上，室温下等待表面完全干燥，在80℃下固化3h，待其固化完全进行检测。
59.实施例4：
60.本实施例基于实施例1，与实施例1的区别在于：所述导电填料中少层石墨烯与镍粉相对基体的质量百分比分别为0.7wt.％和20wt.％。
61.将得到的少层石墨烯-镍抗静电涂料均匀喷涂在铝合金上，室温下等待表面完全干燥，在80℃下固化3h，待其固化完全进行检测。
62.实施例5：
63.本实施例基于实施例1，与实施例1的区别在于：所述导电填料中少层石墨烯与镍粉相对基体的质量百分比分别为3wt.％和15wt.％。
64.将得到的少层石墨烯-镍抗静电涂料均匀喷涂在铝合金上，室温下等待表面完全干燥，在80℃下固化3h，待其固化完全进行检测。
65.实施例6：
66.本实施例基于实施例1，与实施例1的区别在于：所述导电填料中少层石墨烯与镍粉相对树脂基体的质量百分比分别为7wt.％和20wt.％。
67.将得到的少层石墨烯-镍抗静电涂料均匀喷涂在铝合金上，室温下等待表面完全干燥，在80℃下固化3h，待其固化完全进行检测。
68.对照例1：
69.本对照例与实施例1的区别在于：所述导电填料中少层石墨烯与镍粉相对基体的质量百分比分别为0.03wt.％和7wt.％，所述基体采用无机聚合物防腐涂料。
70.将得到的少层石墨烯-镍抗静电涂料均匀喷涂在铝合金上，室温下等待表面完全干燥，在80℃下固化3h，待其固化完全进行检测。
71.对照例2：
72.本对照例与实施例1的区别在于：所述导电填料中少层石墨烯与镍粉相对基体的质量百分比分别为0.03wt.％和15wt.％，所述基体采用无机聚合物防腐涂料。
73.将得到的少层石墨烯-镍抗静电涂料均匀喷涂在铝合金上，室温下等待表面完全干燥，在80℃下固化3h，待其固化完全进行检测。
74.对照例3：
75.本对照例与实施例1的区别在于：所述导电填料中少层石墨烯与镍粉相对树脂基体的质量百分比分别为0.7wt.％和20wt.％，所述基体采用无机聚合物防腐涂料。
76.将得到的少层石墨烯-镍抗静电涂料均匀喷涂在铝合金上，室温下等待表面完全干燥，在80℃下固化3h，待其固化完全进行检测。
77.对照例4：
78.本对照例与实施例1的区别在于：所述导电填料中少层石墨烯与镍粉相对基体的
质量百分比分别为3wt.％和15wt.％，所述基体采用无机聚合物防腐涂料。
79.将得到的少层石墨烯-镍抗静电涂料均匀喷涂在铝合金上，室温下等待表面完全干燥，在80℃下固化3h，待其固化完全进行检测。
80.对照例5：
81.本对照例与实施例1的区别在于：所述导电填料中少层石墨烯与镍粉相对树脂基体的质量百分比分别为7wt.％和20wt.％，所述基体采用无机聚合物防腐涂料。
82.将得到的少层石墨烯-镍抗静电涂料均匀喷涂在铝合金上，室温下等待表面完全干燥，在80℃下固化3h，待其固化完全进行检测。
83.对照例6：
84.本对照例与实施例1的区别在于：所述导电填料中少层石墨烯与镍粉相对基体的质量百分比分别为0.03wt.％和7wt.％，所述基体采用普通水性环氧树脂。
85.将得到的少层石墨烯-镍抗静电涂料均匀喷涂在铝合金上，室温下等待表面完全干燥，在80℃下固化3h，待其固化完全进行检测。
86.对照例7：
87.本对照例与实施例1的区别在于：所述导电填料中少层石墨烯与镍粉相对基体的质量百分比分别为0.03wt.％和15wt.％，所述基体采用普通水性环氧树脂。
88.将得到的少层石墨烯-镍抗静电材料均匀喷涂在铝合金上，室温下等待表面完全干燥，在80℃下固化3h，待其固化完全进行检测。
89.对照例8：
90.本对照例与实施例1的区别在于：所述导电填料中少层石墨烯与镍粉相对基体的质量百分比分别为0.7wt.％和20wt.％，所述基体采用普通水性环氧树脂。
91.将得到的少层石墨烯-镍抗静电涂料均匀喷涂在铝合金上，室温下等待表面完全干燥，在80℃下固化3h，待其固化完全进行检测。
92.对照例9：
93.本对照例与实施例1的区别在于：所述导电填料中少层石墨烯与镍粉相对基体的质量百分比分别为3wt.％和15wt.％，所述基体采用普通水性环氧树脂。
94.将得到的少层石墨烯-镍抗静电涂料均匀喷涂在铝合金上，室温下等待表面完全干燥，在80℃下固化3h，待其固化完全进行检测。
95.对照例10：
96.本对照例与实施例1的区别在于：所述导电填料中少层石墨烯与镍粉相对基体的质量百分比分别为7wt.％和20wt.％，所述基体采用普通水性环氧树脂。
97.将得到的少层石墨烯-镍抗静电涂料均匀喷涂在铝合金上，室温下等待表面完全干燥，在80℃下固化3h，待其固化完全进行检测。
98.实施例1-6以及对照例1-10，所制备的石墨烯-镍抗静电涂料采用了不同比例的石墨烯-镍粉的质量百分比以及不同的树脂基体，分别对所得到的涂层性能进行检测，对应的检测结果如表2-表4所示。
99.对涂层性能进行检测所采用的性能检测标准如表1所示。
100.表1涂料检验标准
[0101][0102]
表2实施例1-6涂层性能检验结果
[0103]
[0104][0105]
表3对照例1-5涂层性能检验结果
[0106][0107]
表4对照例6-10涂层性能检验结果
[0108]
[0109][0110]
参照图1-6，从不同组分配比对应的性能数据结合检测结果的对比可以看出，采用少层石墨烯和镍粉复配所得的抗静电涂层具有良好的导电性，当基体采用聚四氟耐强氧化涂料是能够获得各项性能均满足要求的抗静电涂料。结合原材料成本分析，当基体为聚四氟耐强氧化涂料，少层石墨烯填充质量分数是0.03wt.％，镍粉填充质量分数是15wt.％时，抗静电涂料具有最优异的抗静电性能和综合性能，能够达到抗静电涂层的使用要求。
[0111]
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本技术的一般原则为目的，并非用以限定本技术的范围。本技术的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
[0112]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
[0113]
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0114]
上述说明示出并描述了本技术的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本技术并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、
修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本技术的精神和范围，则都应在本技术所附权利要求书的保护范围内。

技术特征：
1.抗静电涂料，其特征在于，包括基体和导电填料，所述基体为树脂或含树脂的涂料，所述导电填料为石墨烯与镍粉的组合物。2.根据权利要求1所述的抗静电涂料，其特征在于，所述基体为聚四氟耐强氧化涂料。3.根据权利要求1所述的抗静电涂料，其特征在于，所述抗静电涂料中石墨烯的含量为树脂的0.01wt.％～10wt.％。4.根据权利要求3所述的抗静电涂料，其特征在于，所述抗静电涂料中石墨烯的含量为树脂的0.01wt.％～0.1wt.％。5.根据权利要求1所述的抗静电涂料，其特征在于，所述抗静电涂料中镍粉的含量为树脂的5wt.％～30wt.％。6.根据权利要求5所述的抗静电涂料，其特征在于，所述抗静电涂料中镍粉的含量为树脂的5wt.％～15wt.％。7.根据权利要求1所述的抗静电涂料，其特征在于，所述石墨烯为少层石墨烯、多层石墨烯、石墨烯量子点、少层氧化石墨烯、多层氧化石墨烯、氧化石墨烯量子点中的一种或多种的混合物。8.根据权利要求7所述的抗静电涂料，其特征在于，所述石墨烯为少层石墨烯。9.根据权利要求1所述的抗静电涂料，其特征在于，所述树脂为聚四氟耐强氧化树脂。10.根据权利要求1所述的抗静电涂料，其特征在于，所述抗静电涂料还包括有固化剂和/或其它助剂。11.抗静电涂料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将石墨烯、镍粉添加到有机溶剂中，均匀分散处理后得到复合填料溶液；s2、在复合填料溶液中加入基体，室温下搅拌均匀，得到混合浆料；s3、在混合浆料中加入助剂，在室温下搅拌均匀；s4、在步骤s3中制备得到的混合浆料中加入固化剂，搅拌均匀，得到抗静电涂料。

技术总结
本发明公开了一种抗静电涂料及其制备方法，抗静电涂料，包括基体和导电填料，所述基体为树脂或含树脂的涂料，所述导电填料为石墨烯与镍粉的组合物。本发明对导电填料进行改进，采用石墨烯与镍粉的组合物作为导电填料，这种导电填料与树脂之间具有良好的相容性和适配性，在满足涂料导电性能的情况下，基于石墨烯与镍粉之间所形成的相互促进作用，所需要的石墨烯的用量大大降低，并且能够使所形成涂层的表面质量得到了明显的改善，减小了涂层表面的颗粒感，提高了涂层的表面平整度，以及涂层的硬度，具有明显的经济优势和应用优势，能广泛适用于能源工业、海洋工程、交通运输等领域。交通运输等领域。交通运输等领域。


技术研发人员：梁鑫 郑玉 华程 张明瑞 樊小强 蔡猛
受保护的技术使用者：成都飞机工业（集团）有限责任公司
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/10/7