导导电粉末涂料

涂料的应用环境决定涂料应该具有的性能。电子领域用的涂料要求具有优异的绝缘性能，而在矿井管道等安全生产领域应用的涂料要求具有优异的导电性能，通常要求表面电阻≤10⁶Ω，而且涂层的电阻不能随着涂层使用时间的延长而出现增大现象。

银、铜、镍等为填料的金属系导电涂料，具有导电性高、屏蔽效能好等优点，但存在填充量大、抗氧化性差、成本高等缺点。与之相比，碳系导电填料具有导电性能好、性能稳定、来源广泛、价格低廉等优点，碳系导电涂料以其优良的 导电、导热、防腐等性能，广泛应用于化学、国防、电子、石油 化工等行业。但碳系导电涂料存在导电炭黑填充量大、分散不均、吸油量大、只能做黑色涂层等问题，最近出现用导电剂来提高导电性能。本文阐述了导电炭黑、导电剂在环氧、环氧/聚酯、纯聚 酯体系中的导电机理，考察了表面电阻≤10⁶Ω时炭黑用量，以及防止导电粉末电阻衰退的方法。

在导电填料填充的涂层中，只有当导电粒子填充量达 到某一特定值(绝缘性聚合物的堆积密度小到一定值)时，电 流才能通过，涂层才具有导电性能，此特定值称为渗流临界 值。在导电填料体积分数小于渗流临界值时，载流子流通的 通道完全被绝缘性聚合物阻断。此时，涂层的电阻基本上是 绝缘性聚合物的电阻。当导电填料的体积分数达到渗流临 界值时，此时导电粒子相互接触而导通。这种导电机理称为 渗流作用，渗流作用就是导电粒子相互接触而产生的导电作用。

根据图1，纯环氧体系中，当导电炭黑量＜3%时，导电炭黑所占体积分数小，载流子流通的通道被绝缘性的环氧 树脂阻断，电阻很大。当导电炭黑量≥3%时，导电炭黑相互接触，载流子流通的通道没有被环氧树脂阻断，电阻迅速下降。因此，在纯环氧体系中，3%为渗流临界值的导电炭黑量。

    环氧/聚酯、纯聚酯体系的渗流临界值为1.5%，为纯环氧体系的一半。

    导电涂料成膜后导电粒子或粒子团之间必定有聚合物 包裹，当两个导电粒子之间聚合物薄层(非导电层)＜约10nm时，在电场作用下，电子就能越过很低的势垒而流动，这种导电机理称为隧道效应。

环氧/聚酯、纯聚酯涂层中含有大量极性非常强的酯键，降低了聚合薄层的势垒，便于电子通过。从另一个方面讲， 降低了炭黑的渗流临界值。因此，环氧/聚酯、纯聚酯体系的导电是渗流作用和隧道效应综合作用的结果。

炭黑分散不均匀、填充量大、吸油量大、难以挤出、只能做黑色涂料，给生产、施工、性能、应用造成一定影响。最近，导电剂的应用可以在一定程度上解决这些问题，

    加入导电剂后，酚类固化环氧体系、户内体 系、户外体系均出现不能固化现象。

导电剂之所以能导电，是因为导电剂含有特定极性基团，便于载流子流动，而这些极性基团可能会跟树脂、固化剂中活性基团反应，使得树脂不能与固化剂反应，冲击变差。从上面结果看出：导电剂中极性基团不与环氧基团、双氰胺反应，但与聚酯树脂中的羧基、酚类固化剂的酚羟基反应；液体导电剂可以在双氰胺固化环氧体系中使用。

    摘自：导电粉末涂料的制备和性能研究

    巴旭民 ( 黄山华佳表面科技有限公司 )

      湖北来斯公司技术部 2024.5.16