CN1441014A - 一种环保型纳米导电涂料组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环保型纳米导电涂料组合物，其作用为民用及军用电子产品的信号保真，保密及防止电磁波射污染，其特征是含有5～80％的成膜树脂，2～80％的纳米导电粒子，10～90％的溶剂，1～20％的导电粒子固定剂及0.01－15％的纳米粒子表面活性剂。本发明还涉及所述环保型纳米导电涂料组合物的制备方法，包括在超声波的作用下，机械混合各组分的步骤。纳米导电粒子为银、铜、银铜合金、镍，粒径为5～100nm。
Description
技术领域
本发明涉及一种环保型纳米导电涂料组合物，其作用为民用及军用电子产品的信号保真、保密及防止电磁波辐射污染，主要应用于手机、电视机、电脑、微波炉、军工等信息领域。本发明还涉及该环保型纳米导电涂料组合物的制备方法。
背景技术
随着信息、家电、电子、军事以及航空技术的发展，其对导电材料的要求越来越高，越来越迫切，比如手机、电子计算机、电视机的信号保真和电磁波辐射屏蔽，电子仪器塑料外壳、电子计算机房的静电消除，军事雷达的探测与反探测，都需要各种类型的高性能导电材料，其中之一是以导电粒子为填料的导电涂料，因此对导电涂料的开发不断深入，其应用也日益广泛。另外随着人民生活水平的提高，对生存环境和生命保护要求越来越高，这些要求也刺激了新材料的发展。导电涂料的发展趋势是以纳米级导电粒子代替微米级导电粒子，以表面改性的纳米级导电粒子如石墨、铜、镍代替贵重金属，降低成本，使导电粒子细微化，有利于工艺性能优化。导电粒子的粒径对导电性影响很大，粒径越小，比表面积越大，形成导电网的可能性就越大，导电性就越大。因此导电粒子的纳米细化是导电涂料组合物的重要发展方向之一。
目前国际市场上的高端导电涂料组合物很少，主要使用微米级的银，填充量大，成本高，导电性还需进一步改进，喷涂沉积现象严重，效果不是十分理想，而各制造商都希望在提高产品质量的基础上降低成本。细化粒子尺寸，也既提高导电粒子的比表面积，以降低贵重金属的填充量，这是降低成本，同时提高质量的最有效方法。导电粒子的尺寸越小，沉积就越不宜发生，用量就越小，涂料组合物的导电性也得以提高。
本发明的一个目的是提供一种环保型纳米级导电涂料组合物，其特征是：以导电涂料组合物的总重量计，该导电涂料组合物含有5～80％的成膜树脂，2～80％的纳米导电粒子，10～90％的溶剂，1～20％的金属粒子固定剂，和0.01-15％的纳米粒子的表面改性剂，
本发明的另一个目的是提供一种环保型纳米级导电涂料组合物的制备方法，包括在超声波的作用下，机械混合各组分的步骤。
本发明的又一个目的是提供一种环保型纳米级导电涂料组合物制备方法，包括以下步骤：
1)、向反应器中加入所需的溶剂，并加入表面改性剂及导电粒子固定剂，强力搅拌，使之充分溶解；
2)、加入纳米导电粒子，在超声波的作用下使之充分混合10分钟～3小时，使导电粒子表面形成稳定的锚固基团及溶剂化链；
3)、在高速搅拌的状态下，使混合物充分混合1～20小时；
本发明所采用的成膜树脂选自下面树脂中的一种或几种：氨基树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯、环氧树脂。其中所选用氨基树脂的分子量范围为8000-100000，丙烯酸树脂的分子量为10000-100000，聚氨酯粘度为100-1500厘泊，环氧树脂的粘度为100-1200厘泊。以导电涂料组合物的总重量计，成膜树脂在所述导电涂料组合物中的含量为5～80％，优选20～60％。
本发明所使用的溶剂为环境友好的二元酸酯，其在生产过程中对人体及其环境几乎没有污染。所述二元酸酯为琥珀酸二酯、戊二酸酯、己二酸酯中至少两种的合成物。该二元酸酯由以下方法制备：在密闭容器中加入戊二酸酯、己二酸酯及琥珀酸二酯中至少两种的混合物，加压至25～50大气压，升温至50～100℃，加入乙氧基化烷基酸，在剧烈搅拌下反应3～10小时。以导电涂料组合物的总重量计，其在所述导电涂料组合物中的含量为10～90％，优选30～70％。
本发明所选用的纳米导电粒子选自银、铜、银铜合金、镍，及其复合物，其平均粒径为5～100nm。以导电涂料组合物的总重量计，其在所述导电涂料组合物中的含量为2～80％，优选20～60％。
本发明所选用的金属粒子的固定剂选自分子量为10000-100000的醋丁纤维素，及其复合物。以导电涂料组合物的总重量计，其在所述导电涂料组合物中的含量为1～20％。本发明所选用的醋丁纤维素的可商购的实例包括，但不局限于CAB-0.5(伊士曼公司，分子量30000)，CAB-1(伊士曼公司，分子量40000)，和CAB-2(伊士曼公司，分子量50000)。
以导电涂料组合物的总重量计，本发明所使用的纳米粒子的表面改性剂含有0.3-10％的分子量为15000-60000的乙氧基化烷基酸和0.02-10％的分子量为500-5000的聚乙烯蜡。本发明所选用的乙氧基化烷基酸的可商购的实例包括，但不局限于S24000(AVECIA公司，分子量24000)，S28000(AVECIA公司，分子量28000)，S38500(AVECIA公司，分子量38500)。本发明所选用的聚乙烯蜡的可商购的实例包括，但不局限于聚乙烯蜡201P(德谦公司)。
以导电涂料组合物的总重量计，本发明所使用的纳米粒子的表面改性剂还含有分子量为0.01-10％的10000-100000的聚丙烯酸酯。本发明所选用的聚丙烯酸酯的可商购的实例包括，但不局限于EFKA540(埃夫卡公司，分子量为54000)。
本发明制备的环保型纳米导电涂料组合物，具有很好的导电性和较强的电磁屏蔽性。
具体实施方案
以下结合实施例，对本发明的环保型导电涂料组合物进一步说明。
实施例：二元酸酯溶剂的制备
在密闭容器中加入戊二酸二甲酯40份(重量)、己二酸二甲酯35份(重量)，和琥珀酸二甲酯20份(重量)的混合物，加压至30大气压，升温至60℃，加入乙氧基化烷基酸S24000(AVECIA公司，分子量为24000)5份(重量)，在剧烈搅拌下反应6小时，得到本发明使用的二元酸酯溶剂。本发明所使用的检测方法是：(1)导电率：以3块试样的对角线为标准测量试样的表面电阻，取平均值。(2)电磁屏蔽：按SJ20524-1995规定的方法测量。
实施例1：
取25.2份(重量)二元酸酯溶剂，0.3份(重量)高分子量聚丙烯酸酯EFKA 540(埃夫卡公司，分子量54000)，3.2份(重量)S28000(AVECIA公司，分子量28000)，3.2份(重量)S38500(AVECIA公司，分子量38500)，1.9份(重量)201P(德谦公司)，3.2份(重量)CAB-1(伊士曼公司，分子量40000)，加入到搅拌机中，强力搅拌，使固体完全溶解。然后向其中加入44.2份(重量)纳米铜导电粒子(中科院理化所，粒径50-70nm)，在超声波的作用下使之充分混合30分钟。然后加入丙烯酸树脂2013(ICI公司，分子量25000)18.9份(重量)，并在高速剪切力的作用下充分混合4小时，得到涂料组合物。用二元酸酯溶剂调节该组合物，使所得涂料的粘度为60秒(涂-4杯)。
该涂料的测试性能如下：
1、导电率：2.5*10-4
2、电磁屏蔽效果：
实施例2：
| 项 目 | EMI测试数据 | |||||||
| 电磁波频率(MHz) | 30 | 50 | 100 | 300 | 500 | 700 | 1000 | 1500 |
| 屏蔽效果(dB) | 93 | 92 | 90 | 75 | 65 | 50 | 40 | 35 |
取41.1份(重量)二元酸酯溶剂，0.7份(重量)S28000(AVECIA公司，分子量28000)，0.4份(重量)S24000(AVECIA公司，分子量24000)，0.3份(重量)201P(德谦公司)，1.4份(重量)CAB-1(伊士曼公司，分子量40000)，1.4份(重量)CAB-0.5(伊士曼公司，分子量30000)，加入到搅拌机中，强力搅拌，使固体完全溶解。然后向其中加入20.5份(重量)纳米银导电粒子(中科院理化所，粒径20-50nm)，在超声波的作用下使之充分混合30分钟。然后加入丙烯酸树脂2010(ICI公司，分子量40000)34.2份(重量)，并在高速剪切力的作用下充分混合10小时，得到导电涂料组合物。用二元酸酯溶剂调节该组合物，使所得涂料的粘度为60秒(涂-4杯)。
该涂料的测试性能如下：
1、导电率：4.5*10-5
2、电磁屏蔽效果：
实施例3：
| 项 目 | EMI测试数据 | |||||||
| 电磁波频率(MHz) | 30 | 50 | 100 | 300 | 500 | 700 | 1000 | 1500 |
| 屏蔽效果(dB) | 90 | 92 | 90 | 80 | 82 | 80 | 80 | 78 |
取29.5份(重量)二元酸酯溶剂，0.5份(重量)S38500(AVECIA公司，分子量38500)，4.9份(重量)S24000(AVECIA公司，分子量24000)，1.5份(重量)201P(德谦公司)，3份(重量)CAB-0.5(伊士曼公司，分子量30000)，加入到搅拌机中，强力搅拌，使固体完全溶解。然后加入30份(重量)纳米铜银合金导电粒子(中科院理化所，粒径50-70nm)，在超声波的作用下使之充分混合30分钟。然后加入丙烯酸树脂2010(ICI公司，分子量40000)30份(重量)，并在高速剪切力的作用下充分混合16小时，得到导电涂料组合物。用二元酸酯溶剂调节该组合物，使所得涂料的粘度为60秒(涂-4杯)。
该涂料的测试性能如下：
1、导电率：1.5*10-4
2、电磁屏蔽效果：
实施例4：
| 项 目 | EMI测试数据 | |||||||
| 电磁波频率(MHz) | 30 | 50 | 100 | 300 | 500 | 700 | 1000 | 1500 |
| 屏蔽效果(dB) | 90 | 92 | 90 | 80 | 75 | 70 | 65 | 55 |
取13.6份(重量)二元酸酯溶剂，3.4份(重量)S38500(AVECIA公司，分子量38500)，3.0份(重量)S24000(AVECIA公司，分子量24000)，1份(重量)S28000(AVECIA公司，分子量28000)，1.4份(重量)201P(德谦公司)，2.0份(重量)CAB-2(伊士曼公司，分子量50000)，1.4份(重量)CAB-0.5(伊士曼公司，分子量30000)，加入到搅拌机中，强力搅拌，使固体完全溶解。然后加入40.8份(重量)纳米铜导电粒子(中科院理化所，粒径70-90nm)，在超声波的作用下使之充分混合30分钟。然后加入聚氨酯树脂S01-4(天津灯塔涂料公司，粘度为500厘泊)34份(重量)，并在高速剪切力的作用下充分混合6小时，得到导电涂料组合物。用二元酸酯溶剂调节该组合物，使所得涂料的粘度为60秒(涂-4杯)。
该涂料的测试性能如下：
1、电率：3.5*10-4
2、磁屏蔽效果：
实施例5：
| 项 目 | EMI测试数据 | |||||||
| 电磁波频率(MHz) | 30 | 50 | 100 | 300 | 500 | 700 | 1000 | 1500 |
| 屏蔽效果(dB) | 90 | 88 | 86 | 70 | 55 | 48 | 40 | 32 |
取38.1份(重量)二元酸酯溶剂，0.5份(重量)S38500(AVECIA公司，分子量38500)，1.9份(重量)201P(德谦公司)，2.9份(重量)CAB-0.5(伊士曼公司，分子量30000)，加入到搅拌机中，强力搅拌，使固体完全溶解。然后加入9.5份(重量)纳米银导电粒子(中科院理化所，粒径50-70nm)，在超声波的作用下使之充分混合2小时。然后加入环氧树脂H06-2(天津灯塔涂料公司，粘度为400厘泊)47.6份(重量)，并在高速剪切力的作用下充分混合4小时，得到导电涂料组合物。用二元酸酯溶剂调节该组合物，使所得涂料的粘度为60秒(涂-4杯)。
该涂料的测试性能如下：
1、电率：3*10-3
2、磁屏蔽效果：
| 项 目 | EMI测试数据 | |||||||
| 电磁波频率(MHz) | 30 | 50 | 100 | 300 | 500 | 700 | 1000 | 1500 |
| 屏蔽效果(dB) | 75 | 75 | 72 | 70 | 55 | 52 | 50 | 42 |
Claims (9)
1.一种环保型纳米导电涂料组合物，其特征在于，以导电涂料组合物总重量计，该导电涂料组合物含有5～80％的成膜树脂，2～80％的纳米导电粒子，10～90％的溶剂，1～20％的金属粒子固定剂，和0.01-15％的纳米粒子的表面改性剂，
2.根据权利要求1的环保型纳米导电涂料组合物，其中成膜物质选自下面树脂中的一种或几种：氨基树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯、环氧树脂，其中所选用氨基树脂的分子量范围为8000-100000，丙烯酸树脂的分子量为10000-100000，聚氨酯粘度为100-1500厘泊，环氧树脂的粘度为100-1200厘泊。
3.根据权利要求1的环保型纳米导电涂料组合物，其中所使用的溶剂为环境友好的二元酸酯，所述二元酸酯是戊二酸酯、己二酸酯、及琥珀酸二酯中至少两种的合成物。
4.根据权利要求1的环保型纳米导电涂料组合物，其中所使用的纳米导电粒子选自银、铜、银铜合金、镍，及其复合物，其平均粒径为5～100nm。
5.根据权利要求1的环保型纳米导电涂料组合物，其中所使用的金属粒子固定剂选自分子量为10000-100000的醋丁纤维素，及其复合物。
6.根据权利要求1的环保型纳米导电涂料组合物，其特征在于，以导电涂料组合物的总重量计，所使用的纳米粒子的表面改性剂含有0.3-10％的分子量为15000-60000的乙氧基化烷基酸和0.02-10％的分子量为500-5000的聚乙烯蜡。
7.根据权利要求6的环保型纳米导电涂料组合物，其特征在于，以导电涂料组合物的总重量计，所使用的纳米粒子的表面改性剂还含有分子量为0.01-10％的10000-100000的聚丙烯酸酯。
8.权利要求1～7中任意一项的环保型纳米导电涂料组合物的制备方法，其特征在于，在超声波的作用下，将各组分进行物理混合。
9.根据权利要求8的制备方法，包括以下步骤：
1)、向反应器中加入所需的溶剂，并加入表面改性剂及导电粒子固定剂，强力搅拌，使之充分溶解；
2)、加入纳米导电粒子，在超声波的作用下使之充分混合10分钟～3小时，使导电粒子表面形成稳定的锚固基团及溶剂化链；
3)、在高速搅拌的状态下，使混合物充分混合1～20小时。
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