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导电颜料及在涂料油墨中应用
发布时间:2009-04-25 15:06:48  来源:涂料与油墨 作者:


    在许多工业部门中,需要可用于生产导电的,抗静电的或屏蔽电磁波的塑料、漆和涂料等的导电颜料。例如:电子设备上使用的防静电涂料;塑料箱罩上使用的电磁屏蔽涂料;抗静电地板涂料,防爆建筑物用的抗静电设施,塑料静电喷涂用的导电底漆等等。这些涂料的应用都离不开导电颜料。

    导电颜(填)料通常包括导电云母粉、导电钛白粉、导电硫酸钡、导电ATO粉、导电聚苯胺、导电石墨粉、导电碳黑、导电银粉、导电玻璃粉等各种导电粉体材料。

    导电颜料在涂料中的应用主要是导电涂料、防静电涂料、电磁波屏蔽涂料和电热涂料。

    导电涂料

    由导电颜(填)料制成的导电涂料是添加型导电涂料,是导电颜(填)料与绝缘性聚合物、助剂、溶剂的混合物,其导电性能不仅受选用的导电材料的影响,也受聚合物、助剂、溶剂和制造工艺过程的影响。在导电颜(填)料填充的涂层中,只有当导电粒子的填充量大到某一特定值(绝缘性聚合物的堆积密度小到一定值)时,涂层才有导电性;即导电粒子相互接触而产生的导电作用。按照电性能分类的涂料中,电阻率在10-3-10-5欧姆之间的是导电性涂料。

    导电涂料主要应用是防腐涂料和地坪涂料,其主要功能是阴极保护。由于采用锌粉作导电颜料,通过锌粉的导电作用(有时还采用部分磷铁粉,铝粉或合金粉之类的导电颜料替代一部分锌粉)而起到保护底材(钢铁等)的作用。这种阴极保护涂料是防腐涂料中最重要的品种之一。在船舶涂料的车间底漆中,其用量要占到整个船舶漆的1/3。

    导电颜料的作用非常广泛,重防腐涂料中的富锌底漆少不了它,许多大型钢结构设施,如公路桥梁、铁路桥梁等等,包括三峡水库、鸟巢、杭州湾大桥等都采用包括富锌涂料在内的重防腐涂料体系。

    导电涂料总的发展方向是采用纳米化技术,即纳米导电涂料,该品种将在电子、电器、航空、化工、印刷等多项领域得到应用。

 

 

表1:国内一些导电颜料主生产商、经销商及产品品种

防静电涂料

    在地坪涂料中,卖价最高的是防静电地坪涂料。该类涂料采用导电石墨,导电炭黑(深色)或导电硫酸钡,导电二氧化钛,导电滑石粉等做导电颜(填)料。

    防静电涂料的电阻率在105-109欧姆,可用于防静电制品表面涂层以及防爆电缆等领域,也可用于油罐防静电。石油油罐的防腐涂料也用到富锌涂料,其中浅色导静电油罐防腐涂料采用金属导电填料,金属氧化物填料,导电云母粉以及碳纳米管填料等;碳纳米管可使涂层导电性提高几个数量级,这是迄今油罐防腐涂料最高档的产品;还有一种方法是采用导电聚苯胺作防腐涂料,这种聚苯胺是以粉末的形式混入配方中,具有潜在的发展前景。

    电磁波屏蔽涂料

    电磁屏蔽涂料由合成树脂、导电填料、溶剂配制而成。现有的电磁屏蔽涂料以导电涂料为主,导电涂料中加入的导电性填料一般是金、银、铜、镍等金属粉末和炭黑、石墨等非金属粉末。金粉的导电性最高,化学稳定性好,但价格昂贵,以致使用受到限制。银粉的导电性也很优良,价格较金粉为低,虽然配胶后易沉淀,有“迁移”现象,但还是较为普遍采用。

    铜、镍的性能与银相近,价格比银低得多,但易氧化,导电性不稳定,配胶的耐久性差。炭黑、石墨粉末作为导电填料,其分散性好,价格低廉,但导电性较差,用作电磁屏蔽是较为理想的材料。

    最早的银系导电涂料被用作电磁屏蔽材料出现在20世纪60年代,特点是稳定、屏蔽效果佳,但由于其成本太高;镍系涂料价格适中,屏蔽效果好,抗氧化能力比铜强,因而成为当前欧美等国电磁屏蔽用涂料的主流;铜系涂料导电性好,但抗氧化性差。但是随着近年抗氧化技术的发展,铜系涂料的开发与应用也逐渐增多。如日本昭和电工公司的铜/丙烯酸树脂(牌号为Copalex100)由于对铜进行了特殊处理,导电性能比较稳定,其用量仅为镍系涂料的一半。由于铜的体积电阻率比镍小,因此在涂层厚度相同时,铜系涂料的表面电阻率比镍系涂料低。

    对于石墨和炭黑等碳素系导电涂料,需要用高电导性和高结构性的炭黑作填料才能使其体积电阻降至10Ω·cm以下,最低可达l0-2Ω·cm左右。由于碳系涂料的导电性相对较差,用作电磁屏蔽材料的效果比其它金属填料要差一些。但碳系涂料具有耐环境性好,密度小,价格低等优点。

    当前,对金属系电磁屏蔽导电涂料的研究关键在于如何更好地解决铜粉和镍粉的抗氧化性和涂料在储存过程中的金属填料的沉降问题。另外,该领域的一个潜在的重要趋势就是水性涂料的开发,在这方面已经出现了许多性能优异的以金属镍作为填料的配方,因为这种金属在很大的pH值范围内都具有优良的防腐性能。

    电磁波屏蔽涂料电阻率在10-2-10-3欧姆,发展方向是浅色、水性化、宽有效频带和多频谱屏蔽。

电热涂料

    电热涂料是用有机物与无机物混合而成的液态涂料,其机理是:先在无机物表面抹上一层银和镍的金属,使之成为导电填料,然后再把这种填料分散到经热硬化后的树脂中去,并使填料能够发热,这种能发热的导电填料和涂膜式的热硬化树脂两者的结合,就构成了电热涂料的基架,在此基架上再通上电,就成了完整的电热涂料。

    电热涂料可涂于金属,塑料,陶瓷,玻璃,壁板等各种物体之上。其优点是:涂后在室温条件下,20分钟就完全干燥,耗电量少,如采用电热涂料涂覆的取暖设备,每平方米可省电一倍多。因其会产生远红外辐射,表面辐射的热量可达90%,热效率高,且使用方便,只需在用具或设备上通上电,即可见效。

    其它领域

    导电颜料除了用于涂料行业以外,还广泛应用于其它领域。如导电油墨、导电胶、导电橡胶、导电塑料、导电布、导电玻璃纤维、导电陶瓷等。

    导电油墨是由金属导电微粒(银、铜、碳)分散在连接料中形成的一种导电性复合材料,印刷到承印物上后,起到导线、天线和电阻的作用。该油墨印刷在柔性或硬质底材(纸、PVC、PE等)上可制成印刷电路。导电油墨干燥后,由于导电粒子间的距离变小,自由电子沿外加电场方向移动形成电流,具有良好的导电性能,可接收RFID专用的无线射频信号。

    在印刷电路板上应用的导电油墨有碳浆油墨、铜浆油墨、银浆油墨和金浆油墨。

    ◆碳浆油墨

    它是一种液型热固型油墨,其成膜后有良好的特性。固化后,起到保护铜箔和传导电流的作用,具有良好的导电性及较低的阻抗性。墨膜层不易氧化,性能稳定,固化后耐酸、碱和化学溶剂腐蚀。油墨的附着力强,抗剥离,与铜箔或玻璃布板结合良好。墨膜层硬度高,固化其硬度达到铅笔硬度6H以上。抗磨损性强,键盘接触次数可达100万以上。其印刷的图案抗热冲击性好,耐焊接试验:260℃,(50x5)次不受影响,热风整平工序不粘锡。无锡拓卡丝网印刷器材有限公司生产的CH-1油墨适用于未处理/处理的PET印刷电路的导电碳浆就是一例。

    ◆银浆油墨

    它是由超细银粉和热塑性树脂为主体而组成的液型油墨。主要在挠性印刷电路、薄膜开关、电磁屏蔽、发热元件涂层等方面均有运用,可印刷在PET、PC、PVC片材。它极强的附着力和遮盖力,可控的导电性和很低的方阻值。

  ◆铜浆油墨

    它是由含铝、铜锌合金或超细铜粉和热塑性树脂为主体的液型油墨。它应用于印刷受微电子装置的印刷,具有高附着力和遮盖力,可低温固化,并且具有较好的导电性和较低的电阻值。

    ◆金浆油墨

    它是由超细金粉极热塑性树脂组成的液型油墨。金粉化学性质稳定,导电性能好。但价格昂贵,仅限于厚膜集成电路印刷。根据专利文献报道,还可抑制银的抗迁移性,增加铜粉的贮存稳定性,在一定程度上,克服了上述缺陷。

    此外,导电颜填料还可用于导电水泥,导电织物,导电地毯,防静电水磨石,防静电记录纸等各行各业,在军事,工业和民用领域均有良好的用途。

    生产商经销商及产品品种

    国内一些导电颜料生产商、经销商及其产品品种如表1,表中的排名以公司名称字母顺序排列,不分先后。

 

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