0 引言

       一般情況下粉末涂層呈絕緣特性（電阻一般>1012Ω），但在一些特殊應用領域，如礦井管道的涂裝，要求涂層具有優異的導電性，通常要求其表面電阻≤ 106Ω。

       以銀、銅、鎳等為填料的金屬系導電涂料，具有導電性高、屏蔽性能好等優點，但其存在填充量大、抗氧化性差、成本高等缺點。與之相比，炭系導電填料具有導電性能好、性能穩定、來源廣泛、價格低廉等優點，炭系導電涂料以其優良的導電、導熱、防腐等性能，廣泛用于國防、電子、石油化工等行業。但炭系導電涂料存在導電炭黑填充量大、分散不均、吸油量大、只能配制黑色涂層等問題。有機導電劑既能克服金屬系導電填料的缺點，又能克服炭系導電填料的缺點，近年來開始受到廣泛關注。本研究利用導電炭黑、有機導電劑為導電成分，以純環氧、環氧/ 聚酯、純聚酯為基料樹脂，制備多種體系的導電粉末涂料。研究導電炭黑、有機導電劑等對涂層表面電阻等性能的影響，為導電粉末涂料的推廣應用積累基礎。

 

       1 試驗部分

       1.1 原材料

       環氧樹脂，國都化學；環氧/ 聚酯、純聚酯樹脂，安徽神劍；環氧固化劑，南海化學；TGIC（異氰脲酸三縮水甘油酯），黃山華惠；導電炭黑，卡博特；有機導電劑，自制；流平劑，Estron ；硫酸鋇，矽比科。

       1.2 導電涂料的制備

       稱取樹脂及固化劑600 g、填料350 g、有機導電劑及其它助劑，在高速混合機中混合5 min，混合后的物料經過35 平行雙螺桿擠出機擠出，壓輥壓片，破碎，磨粉，120 目過篩。

       1.3 性能測試

       通過靜電噴涂方式將制得的導電粉末涂料噴涂在鋼板或鋼管上，并在200℃烘箱中烘烤10 min，從烘箱中取出樣板進行以下性能測試。

       電阻：采用電阻計，按照MT 181—1988《煤礦井下用塑料安全性能檢驗規范》進行檢測。

       水煮附著力：采用高溫水箱，按照CJ/T 120—2008《給水涂塑復合鋼管》進行檢測。

       耐沖擊性：采用沖擊儀，按照HG/T 2006—2006《熱固性粉末涂料》進行檢測。

 

       2 結果與討論

       2.1 基料樹脂對涂層導電性的影響

       研究純環氧、環氧/ 聚酯、純聚酯基料樹脂中不同炭黑用量對涂層表面電阻的影響，結果見圖1。

       由圖1 可見：純環氧體系中，當導電炭黑用量<3%時，隨其用量的增加，電阻迅速下降；而當導電炭黑用量>3% 時，涂層電阻變化趨緩。環氧/ 聚酯、純聚酯體系中也呈現出相似的趨勢。這是因為在炭黑填充的涂層中，只有當導電粒子填充量達到某一特定值（絕緣性聚合物的堆積密度小到一定值）時，電流才能通過，涂層才具有導電性，此特定值稱為滲流臨界值。在導電填料體積分數小于滲流臨界值時，載流子流通的通道完全被絕緣性聚合物所阻斷，此時，涂層的電阻基本上是絕緣性聚合物的電阻；當導電填料的體積分數達到滲流臨界值時，導電粒子相互接觸而導通。這種導電機理稱為滲流作用，即導電粒子相互接觸而產生的導電作用。在純環氧體系中，當導電炭黑用量<3% 時，導電炭黑所占體積分數較小，載流子流通的通道被絕緣性的環氧樹脂阻斷，電阻很大；當導電炭黑用量≥ 3% 時，導電炭黑相互接觸，載流子流通的通道連通，電阻迅速下降。所以，純環氧體系的滲流臨界值為3%。

       環氧/ 聚酯、純聚酯體系的滲流臨界值約為1.5%，為純環氧體系的一半。這是因為導電涂料成膜后，導電粒子或粒子團之間必定包裹有聚合物，當兩個導電粒子之間聚合物薄層（非導電層）<10 nm 時，在電場作用下，電子就能越過很低的勢壘而流動，這種導電機理稱為隧道效應。環氧/ 聚酯、純聚酯涂層中含有大量極性非常強的酯鍵，降低了聚合物薄層的勢壘，便于電子通過。從另一方面講，這也降低了炭黑的滲流臨界值。因此，環氧/ 聚酯、純聚酯體系的導電是滲流作用和隧道效應綜合作用的結果。

       2.2 導電炭黑對涂層性能的影響

       1#、2#、3# 三種導電炭黑的特性見表1。

       由表2 可見：導電炭黑的性能對涂層的外觀、導電性、機械性能影響很大。炭黑的吸油值越大，涂層的流平性和機械性能越差。導電炭黑的生產方法不同，其導電性也不同。1#、2# 導電炭黑制得涂層的導電性、機械性能和外觀均較好，但2# 導電炭黑的成本更低，涂層的外觀和水煮附著力均在標準范圍內，因此，選擇2# 導電炭黑較為理想。

       2.3 有機導電劑在粉末涂料中的應用

       導電炭黑吸油量大，影響涂層的機械性能和附著力；炭黑填充量大，難以擠出，且分散不均勻；另外，導電炭黑只能制備黑色涂料，顏色單一，難以滿足裝飾性要求。

       研制了一種新型有機導電劑，它可以在一定程度上解決導電炭黑存在的問題。不同導電填料組合對涂層性能的影響見表3。

       由表3 可見：由于有機導電劑中含有特定的極性基團，便于載流子流動，具有良好的導電性；有機導電劑和導電炭黑具有協同效應，可有效降低涂層的電阻；采用有機導電劑可制得淺色涂層，使得涂層具有更好的裝飾性。

       2.4 有機導電劑在紋理型粉末涂料中的應用

       為了使得涂層具有更好的裝飾性，粉末涂料通常有砂紋、錘紋、平面等外觀，表4 中列出了有機導電劑在各種紋理型粉末涂料中的應用試驗結果。

       由表4 可見：有機導電劑可用于平面、砂紋、錘紋3 種常見紋理型粉末涂料中，并且涂層的電阻變化不大。

 

       3 結語

       （1） 環氧/ 聚酯、純聚酯體系比純環氧體系具有更好的導電性，且導電炭黑用量少；

       （2） 導電炭黑對涂層的機械性能和導電性影響很大，2# 導電炭黑制備的涂層具有更好的導電性能和機械性能；

       （3） 有機導電劑用于粉末涂料中具有良好的導電性，它與導電炭黑具有協同作用；

       （4）有機導電劑可用于制備平面、砂紋、錘紋等常見的紋理型粉末涂料，所得的涂層具有良好的導電性。