摘要: 研制了一种以环氧树脂为基料, 掺杂型聚苯胺为导电填料的导电涂料。研究了导电涂料中掺杂型聚苯胺以及聚酰胺类固化剂对导电涂料性能的影响, 并对导电涂料的电阻率、柔韧性及附着力等性能进行了测试。结果表明, 该涂料Q为20~ 258 # cm, 具有优良的导电性, 且涂膜的柔韧性达到1. 0mm中国机械网okmao.com。
引 言
导电涂料是涂于高电阻率的高分子材料上, 使之具有传导电流和排除积累静电荷能力的一种功能性涂料, 导电涂料具有施工方便、设备简单、成本低廉及应用范围广等诸多优点, 应用于电子、建筑、航空和军事等领域。目前的导电涂料多是在基料中添加导电填料而获得, 导电涂料用基料树脂为环氧树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂及聚氨酯等[ 1] , 导电填料为聚苯胺、聚苯硫醚及聚吡咯等, 其中聚苯胺因分子结构中含有大P 键, P 电子在分子链上自由运动而导电, 具有金属的导电性和塑料的可加工性, 而且聚苯胺质量轻, 合成工艺简单[ 2, 3] , 因此, 聚苯胺类导电高分子材料作为新型的导电填料日益引起人们的重视。
本文以化学氧化聚合法制备了掺杂型聚苯胺,并开发了一种以环氧树脂为基料, 聚苯胺为导电填料的导电涂料, 研究了导电涂料中掺杂型聚苯胺对涂料导电性的影响, 并对导电涂料的电阻率、柔韧性及附着力等性能进行了测试。该涂料具有优良的导电性, 且涂膜的柔韧性良好。
1 实验方法
1. 1 掺杂型聚苯胺的制备
1)取0. 05mol精馏后的苯胺搅拌加入50mL15%的HCl溶液, 配成盐酸2苯胺混合溶液;2)取0. 05mol过硫酸铵溶解于25mL 蒸馏水中配成过硫酸铵溶液;3)搅拌下, 将强氧化剂过硫酸铵溶液滴加到盐酸2苯胺混合溶液中, 25min加完, 继续反应1h。使过硫酸铵与苯胺在盐酸介质中发生化学氧化反应,合成聚苯胺;4)将反应结束后的反应混合物聚苯胺进行减压抽滤, 并用蒸馏水洗涤数次, 直至滤液澄清, 然后将聚苯胺滤饼放入200mL的2. 0mol/L HC l溶液中浸泡2h 进行HC l掺杂, 掺杂后, 再过滤, 最后将滤饼放入40e 烘箱中恒温干燥。
1. 2 导电涂料的制备
1)将环氧树脂与稀释剂按照m (环氧树脂) Bm (稀释剂) = 20B3的比例配制A组分;2)将聚苯胺粉体放入粉碎机中研磨至d =75Lm, 加入适量的丙酮后, 再把一定量的固化剂加入到聚苯胺2丙酮混合体系配成B组分;3)将A、B组分及助剂按一定比例混合。常温下, 进行超声波分散混合制得涂料。
1. 3 导电涂料的性能测试
合成的聚苯胺用N icolet2380 型傅立叶变换红外光谱仪测定, 并用四探针法测定样品电阻率。实验采用50mm @120mm @0. 5mm的普通铁片作为涂覆试样。试样经过前处理后, 将涂料均匀的涂敷到基材表面。采用附着力测定仪检测附着力, 采用柔韧性测定仪检测柔韧性。
2 结果分析与讨论
2. 1 掺杂型聚苯胺分析
按照1. 1的方法, 经过化学氧化聚合法制备了掺杂型聚苯胺, 掺杂型聚苯胺的红外光谱图见图1。
由图1可看出, 聚苯胺中存在环状二元酮吸收峰(R约1 120 cm- 1处)和苯环吸收峰( R 约1 492cm- 1处), 表明聚苯胺分子链中含有苯环和环状二元酮结构。由于掺杂使聚合物分子链中的电子云密度下降, 降低了原子间的力常数, 产生诱导效应, 同时由于掺杂作用, 形成的共轭效应, 使得基团的振动频率下降, 因此各吸收峰都向低频方向移动。本征态聚苯胺中环状二元酮的特征振动峰在R为1 152cm- 1处[ 4 ] , 经盐酸掺杂后, 向低波数方向移动到R为1 120 cm- 1处, 而且吸收峰加强, 成为图谱中最强的吸收峰。这表明掺杂主要发生在聚苯胺中环状二元酮的氮原子上。合成得到的聚苯胺导电性采用四探针法测定, 合成聚苯胺的Q为0. 22~ 0. 408# cm。
2. 2 掺杂型聚苯胺对涂料导电性的影响
按照1. 2导电涂料的制备方法, 改变掺杂型聚苯胺的加入量, 研究掺杂型聚苯胺的质量分数对涂料导电性的影响, 结果见表1。由表1可以看出, 导电涂料的电阻率随着掺杂型w(聚苯胺)的增加而减小, 但掺杂型聚苯胺超过30%后, 导电涂料的电阻率基本不变, 这是由于随着导电涂料中掺杂型w(聚苯胺)的增大, 聚苯胺的增加使得处于分散状态的导电粒子间的距离越来越小, 导电填料彼此接触形成一种导电无限网链, 从而使原来绝缘的涂料变成导体, 涂层的电阻率随其填料用量的增大而降低[ 5, 6]。当w (聚苯胺) 高于30%, 导电涂料中导电网链已经形成, 更多的导电填料的加入并不会显著地增加涂料中的导电通路, 因此导电率增加趋势减缓。因此掺杂型w (聚苯胺)为15% ~ 30% 适宜。
2. 3 固化剂对导电涂料柔韧性的影响
以环氧树脂作为导电涂料的基料, 加入刚性粒子的掺杂型聚苯胺填料, 会使环氧涂层脆性增加, 为此选择具有较好增韧作用的聚酰胺类固化剂, 按照GB /T17312935漆膜柔韧性测定法6, 采用QTX漆膜柔韧性测试仪测试聚酰胺类固化剂的加入对涂层柔韧性的影响, 测试结果见表2。
由表2可以看出, 随着聚酰胺类固化剂的增加,涂层的柔韧性下降, 但在相同干燥时间内, 当w(聚苯胺)低于10% 时, 涂层不能完全干燥, 因此环氧导电涂料中w(固化剂)在10% ~ 15%适宜。
2. 4 导电涂料性能测试
按照1. 2导电涂料的制备方法, 掺杂型w(聚苯胺)为20% , w(固化剂)为10%, 制备得到的环氧树脂导电涂料性能测试结果见表3。
3 结 论
1)化学氧化聚合法制备的掺杂型聚苯胺具有较高的导电性, 聚苯胺的Q为0. 22~0. 408#cm, 可作为导电填料。
2)聚酰胺类固化剂的加入, 明显地提高了环氧导电涂料的柔韧性, 解决了由于掺杂型聚苯胺导电填料的加入而引起的环氧涂层脆性增加的问题。
3)在掺杂型w (聚苯胺) 为10%~ 30%, w (固化剂)为10%~ 15%时, 可以得到性能优良的环氧导电涂料。