王聞天 （上海君江新材料銷售有限公司，上海 200433）

新型防靜電粉末涂料的制備與應(yīng)用

王聞天 （上海君江新材料銷售有限公司，上海 200433）

介紹了通過外添加導(dǎo)電粒子制備新型防靜電粉末涂料的新工藝。在不改變粉末涂料原有基礎(chǔ)性能的前提下，可以最簡單、便捷地獲取防靜電效果。針對目前防靜電粉末涂料的現(xiàn)狀和不足，探討了新工藝的優(yōu)勢。同時結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，介紹了導(dǎo)電材料選擇、制膜工藝、涂膜厚度對漆膜防靜電效果的影響及新型防靜電粉末涂料的應(yīng)用要點(diǎn)。

導(dǎo)電粒子；新型防靜電粉末涂料；涂膜厚度；電阻值

0 引言

防靜電粉末涂料作為粉末涂料的一個特殊品種，具有成本較低、安全性能高、環(huán)保、易操作的特性，并附加特殊的防靜電功能。隨著電子信息產(chǎn)業(yè)、化工安全行業(yè)和煤炭防爆行業(yè)等不同領(lǐng)域的發(fā)展，防靜電粉末涂料的應(yīng)用日益廣泛。而隨著人們對日常靜電危害認(rèn)識的增強(qiáng)，防靜電粉末涂料因其美觀性、簡易性等特點(diǎn)，也非常適用于家電產(chǎn)品、小家電產(chǎn)品、電力配電柜等民用領(lǐng)域。

1 新型防靜電粉末涂料的制備

1.1 傳統(tǒng)的制備工藝

傳統(tǒng)的防靜電粉末涂料采用成膜樹脂35%～55%、導(dǎo)電材料10%～30%、填料15%～30%和助劑1%～5%，經(jīng)過混合、擠出、壓片、粉碎（研磨）等多個步驟制得。其中在生產(chǎn)粉末涂料的過程中加入導(dǎo)電材料，這樣不僅使得導(dǎo)電材料的利用效率不高，而且由于導(dǎo)電材料的吸油值較高等一些問題，對最終涂料的基礎(chǔ)性能造成很大影響。

傳統(tǒng)的防靜電粉未涂料用導(dǎo)電材料主要是炭黑、金屬材料等。炭黑不僅污染大、操作麻煩，而且因其添加量較高，會大大降低粉末涂料本身的抗沖擊強(qiáng)度、附著力和耐磨性。不僅如此，采用炭黑作為導(dǎo)電材料的粉末涂料還無法調(diào)色（只能做成黑色），大大降低了涂料的裝飾性；而采用金屬材料作為導(dǎo)電材料的防靜電粉末涂料，雖然顏色更為豐富，但是其相對密度較大且價(jià)格高昂，大幅提高了涂料的生產(chǎn)成本。另外，這些傳統(tǒng)的導(dǎo)電材料，由于其本身的易帶放電特征，直接添加會大大影響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，傳統(tǒng)的防靜電粉末涂料制備工藝對生產(chǎn)者和施工者的要求都很高。由于導(dǎo)電材料本身的低電阻和實(shí)際噴涂時帶電需要的絕緣性是一對不可調(diào)和的矛盾體，因此防靜電粉末涂料的上粉率就被犧牲，無法保證工件的噴涂厚度。更重要的是此類防靜電粉末涂料的電阻無法得到控制，往往其設(shè)計(jì)電阻只能在104Ω以下，這與當(dāng)前靜電防護(hù)提出的106～9Ω的標(biāo)準(zhǔn)有所沖突，存在相當(dāng)大的靜電安全隱患。

為此，迫切需要一種全新的防靜電粉末涂料制備工藝，而這種新工藝必將在簡易性、美觀性、穩(wěn)定性、功能性等多個方面進(jìn)行改進(jìn)。君江科技有限公司一直致力于全新的防靜電材料的開發(fā)，并大力投入防靜電粉末涂料的技術(shù)創(chuàng)新，成功推出了BC-E系列導(dǎo)電粒子產(chǎn)品，為獲得全新的防靜電粉末涂料制備工藝鋪平了道路。

1.2 新型制備工藝

新型防靜電粉末涂料制備工藝以導(dǎo)電粒子為導(dǎo)電材料，采用導(dǎo)電材料外添加方式，把繁瑣的粉末涂料生產(chǎn)和導(dǎo)電材料的添加徹底地分離，不僅避免了防靜電粉末涂料生產(chǎn)過程中的污染等問題，大大降低了控制難度和庫存成本，而且由于外混方式的便捷優(yōu)勢對產(chǎn)品的批次穩(wěn)定性有了更好的保證。作為一種全新的防靜電粉末涂料制備方法，工廠只需要把普通的粉末涂料按照設(shè)計(jì)好的比例和導(dǎo)電粒子進(jìn)行充分混合，就可以方便地制得防靜電粉末涂料產(chǎn)品。

全新的防靜電粉末涂料制備工藝不僅極大地簡化了防靜電粉末涂料的生產(chǎn)過程，也有助于噴涂廠商自己制備防靜電粉末涂料?？蛻糁恍璨捎煤喴椎幕炝涎b置就可以完成普通粉末涂料和導(dǎo)電粒子的混合，最終制得防靜電粉末涂料。導(dǎo)電粒子本身不影響涂料的基礎(chǔ)性能，包括顏色、附著力等，只需采用正常的噴涂工藝即可完成噴涂施工。

2 導(dǎo)電粒子的導(dǎo)電原理

BC-E系列導(dǎo)電粒子產(chǎn)品采用特殊的制作工藝，把納米級導(dǎo)電原材料包覆在樹脂粒子中。導(dǎo)電粒子本身不導(dǎo)電，但是卻具有非常好的帶電能力，這樣就解決了導(dǎo)電材料本身在外添加情況下上粉難的問題。導(dǎo)電粒子伴隨普通粉末涂料經(jīng)過電離區(qū)域帶電后一起附著在工件上，并形成均勻有序的涂布效果。

當(dāng)工件噴涂完成后，導(dǎo)電粒子和普通粉末涂料一起附著在工件表面。經(jīng)過高溫過程后，導(dǎo)電粒子表面的樹脂部分出現(xiàn)熔化現(xiàn)象，與粉末涂料粒子緊密熔融在一起形成漆膜。而其中包覆的納米導(dǎo)電填料部分受到熱膨脹和助劑作用外滲到導(dǎo)電粒子表面，并彼此連接形成閉合的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)（圖1），最終形成穩(wěn)定的導(dǎo)電漆膜。

圖1 導(dǎo)電粒子融化前后的示意圖Figure 1 The schematic diagram of conductive particle before and after melting

此外，由于導(dǎo)電粒子和普通粉末涂料一起經(jīng)過噴涂施工，從立體空間上實(shí)現(xiàn)了相對的均勻，因此漆膜還可以利用工件基面的金屬特性來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性。通過搭建垂直面上的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)通路，可以最短距離達(dá)到涂料利用率最高的效果。在這種情況下，導(dǎo)電材料本身的用量可以大幅減少，不僅節(jié)約了成本，而且也在最大程度上降低了添加導(dǎo)電物質(zhì)對漆膜本身性能的影響。

3 導(dǎo)電粒子的選擇與使用

針對不同的電阻值要求，在生產(chǎn)防靜電粉末涂料時，從選擇原材料到漆膜制備整個過程都要特別注意控制漆膜的防靜電值，以達(dá)到各種產(chǎn)品所要求的導(dǎo)電范圍。而新型防靜電粉末涂料主要通過不同導(dǎo)電粒子的選擇和噴涂厚度來控制其最終的導(dǎo)電效果。

3.1 不同導(dǎo)電粒子的影響

根據(jù)導(dǎo)電性能的不同，BC-E系列導(dǎo)電粒子產(chǎn)品適用于不同的防靜電粉末涂料應(yīng)用需要，但是其添加方法是一樣的，都是外添加后混合型的應(yīng)用方式。其中以BC-E對涂料的原有顏色影響最小，其導(dǎo)電性設(shè)計(jì)也主要是針對靜電耗散的要求，因此廣泛應(yīng)用于包括防靜電工作臺、推車、離子風(fēng)機(jī)外殼等一些金屬構(gòu)件上。而另外的衍生產(chǎn)品，如BC-E01、BC-E02目前主要用于一些電阻值要求更低的場合?？蛻艨筛鶕?jù)噴涂最終的靜電指數(shù)要求來選擇不同的導(dǎo)電粒子產(chǎn)品進(jìn)行添加，見表1。

表1 不同導(dǎo)電粒子的選擇Table 1 The choice of different conductive particles

3.2 防靜電粉末涂膜厚度的影響

除了防靜電粒子本身的選擇，還需要特別注意涂膜厚度對最終的防靜電效果的影響。由于樹脂基料的上浮效應(yīng)和導(dǎo)電粒子本身的粒徑分布等原因，控制好涂膜厚度成為最終導(dǎo)電值控制的關(guān)鍵。試驗(yàn)結(jié)果表明：同一種防靜電粉末涂料進(jìn)行不同涂膜厚度施工，最終的電阻值也不盡相同，見表2。

表2 防靜電粉末涂料涂膜厚度對電阻值的影響 ΩTable 2 The influence of film thickness on the resistance value of antistatic power coating

由表2可見：噴涂涂膜越薄，其最終的導(dǎo)電性越好；相反，涂膜越厚，最終的導(dǎo)電性越差；當(dāng)涂膜厚度達(dá)到一定值時，已失去防靜電性能。正因?yàn)檫@種變化，當(dāng)遇到具體案例時，需要綜合考慮設(shè)計(jì)要求的導(dǎo)電性和實(shí)際施工的可實(shí)施性等，并對涂膜厚度進(jìn)行嚴(yán)格控制，才能獲得理想的防靜電效果。

3.3 導(dǎo)電粒子添加量的影響

在相同涂膜厚度情況下，導(dǎo)電粒子添加量越多，導(dǎo)電性越穩(wěn)定，電阻值也越低。但是電阻值變化與導(dǎo)電粒子添加量之間并沒有明顯的線性變化關(guān)系，而是呈現(xiàn)出較為明顯的電阻率突變現(xiàn)象，即涂膜電阻伴隨著某一段的導(dǎo)電粒子添加量，會穩(wěn)定出現(xiàn)在一定的范圍內(nèi)。在這一段添加量中，導(dǎo)電粒子添加量增大，有利于提高導(dǎo)電性與穩(wěn)定性，而對電阻率的下降沒有明顯作用。直至出現(xiàn)下一添加段，電阻率陡然變化至另一電阻段，再次穩(wěn)定出一段變化不大的電阻，并依此類推呈現(xiàn)線性變化現(xiàn)象，見圖2。

圖2 導(dǎo)電粒子添加量的影響Figure 2 The influence of conductive particle amount

因此，可以根據(jù)設(shè)計(jì)電阻的不同，通過試驗(yàn)來獲取相對穩(wěn)定的導(dǎo)電粒子添加量，既不能少加，也沒有必要過量添加而影響涂料的其他性能。由于導(dǎo)電粒子本身所用的導(dǎo)電材料有所不同，因此其添加量的變化影響也不一樣。圖2表明：BC-E具有較為平緩的添加量變化，其邊界效應(yīng)較為明顯，且其過量添加也不會出現(xiàn)電阻過低的現(xiàn)象；BC-E02產(chǎn)品曲線曲折較為明顯，其突變現(xiàn)象也最為典型；而BC-E01由于其導(dǎo)電能力較高，其電阻下降曲線較為陡峭，且導(dǎo)電性達(dá)到終值的速度也比較快。

此外，在具體應(yīng)用中還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)BC-E01添加量達(dá)到20%時，其電阻已經(jīng)近乎導(dǎo)體，且基本不再受涂膜厚度影響。也正因?yàn)檫@個原因，BC-E01特別適合于低電阻率、高膜厚的防靜電粉末涂料。

4 新型防靜電粉末涂料的應(yīng)用要點(diǎn)

新型防靜電粉末涂料作為粉末涂料的一種，完全可以與普通粉末涂料一樣應(yīng)用，但是由于其功能的特殊性，還是需要盡可能注意其在基材處理、噴涂施工、烘烤溫度等方面的應(yīng)用要點(diǎn)。

● 充分混合：由于新型防靜電粉末涂料采用兩種材料混合而成，因此混合的均勻度是保證其后續(xù)涂料穩(wěn)定性的決定性因素，兩種材料必須進(jìn)行充分混合。

● 基材處理：建議鈑金件需進(jìn)行預(yù)處理（酸洗磷化），否則其表面雜質(zhì)不僅會影響涂膜最終的附著力，也有可能影響導(dǎo)電材料和基材的接觸而影響導(dǎo)電性和上粉率。

● 噴涂施工：這個過程要特別注意涂膜厚度的控制。

● 烘烤溫度：建議烘烤要完全，因?yàn)橥磕ぶ挥薪?jīng)過充分烘烤熔融，才有利于導(dǎo)電材料的擴(kuò)散。

● 出樣檢測：出樣檢測是判斷涂料最終是否合格的關(guān)鍵。對于防靜電粉末涂料的涂膜檢測要從厚度和電阻兩個方面進(jìn)行：電阻要用標(biāo)準(zhǔn)化的儀器進(jìn)行測量。若出現(xiàn)電阻過低問題，可以考慮采用二次噴涂修正涂膜厚度。

如上所述，新型防靜電粉末涂料制備工藝的誕生，大大地簡化了防靜電粉末涂料的生產(chǎn)和應(yīng)用過程，為粉末涂料在防靜電領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更為廣闊的空間，使眾多的金屬材料都可以通過簡易的方式獲取防靜電涂裝效果。未來對包括防靜電凈化廠房、石油化工防腐，以及民用靜電防護(hù)領(lǐng)域都有著更為美好的應(yīng)用前景。

The Preparation and Application of Novel Antistatic Powder Coatings

Wang Wentian （Shanghai Junjiang New Material Sales Co.，Ltd.，Shanghai，200433，China）

The new preparing technology of novel antistatic powder coatings by adding conductive particle was introduced. The antistatic effectiveness could be obtained easily and conveniently on the premise of keeping original basic properties of powder coatings. The advantages of new technology were discussed according to the current situation and deficiency of present antistatic powder coatings. At the same time，combined with the test data，the influences of choosing conductive materials，film forming technology and film thickness on the antistatic effect of film，and application key points of novel antistatic powder coatings were introduced.

conductive particle；novel antistatic powder coatings；film thickness；resistance value

TQ 630.7

A

1009-1696（2016）05-0021-04

2016-02-25

王聞天（1982—），男，大學(xué)本科，主要從事防靜電涂料、塑料導(dǎo)電原材料的開發(fā)與研究工作。