新型防静电粉末涂料的制备与应用

王闻天 上海君江新材料销售有限公司

摘要： 介绍了通过外添加导电粒子制备新型防静电粉末涂料的新工艺。在不改变粉末涂料原有基础性能的前提下,可以最简单、便捷地获取防静电效果。针对目前防静电粉末涂料的现状和不足,探讨了新工艺的优势。同时结合试验数据,介绍了导电材料选择、制膜工艺、涂膜厚度对漆膜防静电效果的影响及新型防静电粉末涂料的应用要点。

关键词：导电粒子 新型防静电粉末涂料 涂膜厚度 电阻值

0 引言

防静电粉末涂料作为粉末涂料的一个特殊品种，具有成本较低、安全性能高、环保、易操作的特性，并附加特殊的防静电功能。随着电子信息产业、化工安全行业和煤炭防爆行业等不同领域的发展，防静电粉末涂料的应用日益广泛。而随着人们对日常静电危害认识的增强，防静电粉末涂料因其美观性、简易性等特点，也非常适用于家电产品、小家电产品、电力配电柜等民用领域。

1 新型防静电粉末涂料的制备

1.1 传统的制备工艺

传统的防静电粉末涂料采用成膜树脂35%~55%、导电材料10%~30%、填料15%~30% 和助剂1%~5%，经过混合、挤出、压片、粉碎（研磨）等多个步骤制得。其中在生产粉末涂料的过程中加入导电材料，这样不仅使得导电材料的利用效率不高，而且由于导电材料的吸油值较高等一些问题，对最终涂料的基础性能造成很大影响。

传统的防静电粉未涂料用导电材料主要是炭黑、金属材料等。炭黑不仅污染大、操作麻烦，而且因其添加量较高，会大大降低粉末涂料本身的抗冲击强度、附着力和耐磨性。不仅如此，采用炭黑作为导电材料的粉末涂料还无法调色（只能做成黑色），大大降低了涂料的装饰性；而采用金属材料作为导电材料的防静电粉末涂料，虽然颜色更为丰富，但是其相对密度较大且价格高昂，大幅提高了涂料的生产成本。另外，这些传统的导电材料，由于其本身的易带放电特征，直接添加会大大影响粉末涂料的上粉效果，因此基本上否定了外添加的方式。

此外，传统的防静电粉末涂料制备工艺对生产者和施工者的要求都很高。由于导电材料本身的低电阻和实际喷涂时带电需要的绝缘性是一对不可调和的矛盾体，因此防静电粉末涂料的上粉率就被牺牲，无法保证工件的喷涂厚度。更重要的是此类防静电粉末涂料的电阻无法得到控制，往往其设计电阻只能在104Ω 以下，这与当前静电防护提出的106~9Ω 的标准有所冲突，存在相当大的静电安全隐患。

为此，迫切需要一种全新的防静电粉末涂料制备工艺，而这种新工艺必将在简易性、美观性、稳定性、功能性等多个方面进行改进。君江科技有限公司一直致力于全新的防静电材料的开发，并大力投入防静电粉末涂料的技术创新，成功推出了BC-E 系列导电粒子产品，为获得全新的防静电粉末涂料制备工艺铺平了道路。

1.2 新型制备工艺

新型防静电粉末涂料制备工艺以导电粒子为导电材料，采用导电材料外添加方式，把繁琐的粉末涂料生产和导电材料的添加彻底地分离，不仅避免了防静电粉末涂料生产过程中的污染等问题，大大降低了控制难度和库存成本，而且由于外混方式的便捷优势对产品的批次稳定性有了更好的保证。作为一种全新的防静电粉末涂料制备方法，工厂只需要把普通的粉末涂料按照设计好的比例和导电粒子进行充分混合，就可以方便地制得防静电粉末涂料产品。

全新的防静电粉末涂料制备工艺不仅极大地简化了防静电粉末涂料的生产过程，也有助于喷涂厂商自己制备防静电粉末涂料。客户只需采用简易的混料装置就可以完成普通粉末涂料和导电粒子的混合，最终制得防静电粉末涂料。导电粒子本身不影响涂料的基础性能，包括颜色、附着力等，只需采用正常的喷涂工艺即可完成喷涂施工。

2 导电粒子的导电原理

BC-E 系列导电粒子产品采用特殊的制作工艺，把纳米级导电原材料包覆在树脂粒子中。导电粒子本身不导电，但是却具有非常好的带电能力，这样就解决了导电材料本身在外添加情况下上粉难的问题。导电粒子伴随普通粉末涂料经过电离区域带电后一起附着在工件上，并形成均匀有序的涂布效果。当工件喷涂完成后，导电粒子和普通粉末涂料一起附着在工件表面。经过高温过程后，导电粒子表面的树脂部分出现熔化现象，与粉末涂料粒子紧密熔融在一起形成漆膜。而其中包覆的纳米导电填料部分受到热膨胀和助剂作用外渗到导电粒子表面，并彼此连接形成闭合的导电网络（图1），最终形成稳定的导电漆膜。

此外，由于导电粒子和普通粉末涂料一起经过喷涂施工，从立体空间上实现了相对的均匀，因此漆膜还可以利用工件基面的金属特性来实现导电性。通过搭建垂直面上的导电网络通路，可以最短距离达到涂料利用率最高的效果。在这种情况下，导电材料本身的用量可以大幅减少，不仅节约了成本，而且也在最大程度上降低了添加导电物质对漆膜本身性能的影响。 

3 导电粒子的选择与使用

针对不同的电阻值要求，在生产防静电粉末涂料时，从选择原材料到漆膜制备整个过程都要特别注意控制漆膜的防静电值，以达到各种产品所要求的导电范围。而新型防静电粉末涂料主要通过不同导电粒子的选择和喷涂厚度来控制其最终的导电效果。
3.1 不同导电粒子的影响

根据导电性能的不同，BC-E 系列导电粒子产品适用于不同的防静电粉末涂料应用需要，但是其添加方法是一样的，都是外添加后混合型的应用方式。其中以BC-E 对涂料的原有颜色影响最小，其导电性设计也主要是针对静电耗散的要求，因此广泛应用于包括防静电工作台、推车、离子风机外壳等一些金属构件上。而另外的衍生产品，如BC-E01、BC-E02目前主要用于一些电阻值要求更低的场合。客户可根据喷涂最终的静电指数要求来选择不同的导电粒子产品进行添加，见表1。

注：适用于平纹、砂纹、皱纹等粉末涂料，喷涂厚度为70~90 μm。

3.2 防静电粉末涂膜厚度的影响

除了防静电粒子本身的选择，还需要特别注意涂膜厚度对最终的防静电效果的影响。由于树脂基料的上浮效应和导电粒子本身的粒径分布等原因，控制好涂膜厚度成为最终导电值控制的关键。试验结果表明：同一种防静电粉末涂料进行不同涂膜厚度施工，最终的电阻值也不尽相同，见表2。

由表2 可见：喷涂涂膜越薄，其最终的导电性越好；相反，涂膜越厚，最终的导电性越差；当涂膜厚度达到一定值时，已失去防静电性能。正因为这种变化，当遇到具体案例时，需要综合考虑设计要求的导电性和实际施工的可实施性等，并对涂膜厚度进行严格控制，才能获得理想的防静电效果。

3.3 导电粒子添加量的影响

在相同涂膜厚度情况下，导电粒子添加量越多，导电性越稳定，电阻值也越低。但是电阻值变化与导电粒子添加量之间并没有明显的线性变化关系，而是呈现出较为明显的电阻率突变现象，即涂膜电阻伴随着某一段的导电粒子添加量，会稳定出现在一定的范围内。在这一段添加量中，导电粒子添加量增大，有利于提高导电性与稳定性，而对电阻率的下降没有明显作用。直至出现下一添加段，电阻率陡然变化至另一电阻段，再次稳定出一段变化不大的电阻，并依此类推呈现线性变化现象，见图2。

因此，可以根据设计电阻的不同，通过试验来获取相对稳定的导电粒子添加量，既不能少加，也没有必要过量添加而影响涂料的其他性能。由于导电粒子本身所用的导电材料有所不同，因此其添加量的变化影响也不一样。图2 表明：BC-E 具有较为平缓的添加量变化，其边界效应较为明显，且其过量添加也不会出现电阻过低的现象；BC-E02 产品曲线曲折较为明显，其突变现象也最为典型；而BC-E01 由于其导电能力较高，其电阻下降曲线较为陡峭，且导电性达到终值的速度也比较快。

此外，在具体应用中还发现，当BC-E01 添加量达到20% 时，其电阻已经近乎导体，且基本不再受涂膜厚度影响。也正因为这个原因，BC-E01 特别适合于低电阻率、高膜厚的防静电粉末涂料。

4 新型防静电粉末涂料的应用要点

新型防静电粉末涂料作为粉末涂料的一种，完全可以与普通粉末涂料一样应用，但是由于其功能的特殊性，还是需要尽可能注意其在基材处理、喷涂施工、烘烤温度等方面的应用要点。

● 充分混合：由于新型防静电粉末涂料采用两种材料混合而成，因此混合的均匀度是保证其后续涂料稳定性的决定性因素，两种材料必须进行充分混合。

● 基材处理：建议钣金件需进行预处理（酸洗磷化），否则其表面杂质不仅会影响涂膜最终的附着力，也有可能影响导电材料和基材的接触而影响导电性和上粉率。

● 喷涂施工：这个过程要特别注意涂膜厚度的控制。

● 烘烤温度：建议烘烤要完全，因为涂膜只有经过充分烘烤熔融，才有利于导电材料的扩散。

● 出样检测：出样检测是判断涂料最终是否合格的关键。对于防静电粉末涂料的涂膜检测要从厚度和电阻两个方面进行：电阻要用标准化的仪器进行测量。若出现电阻过低问题，可以考虑采用二次喷涂修正涂膜厚度。

如上所述，新型防静电粉末涂料制备工艺的诞生，大大地简化了防静电粉末涂料的生产和应用过程，为粉末涂料在防静电领域的应用提供了更为广阔的空间，使众多的金属材料都可以通过简易的方式获取防静电涂装效果。未来对包括防静电净化厂房、石油化工防腐，以及民用静电防护领域都有着更为美好的应用前景。

文章发表于2016年《上海涂料》5月