[发明专利]纳米水性导电炭黑色浆及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明属于导电高分子复合材料技术领域，涉及一种水性炭黑色浆及其制备方法，尤其涉及一种高结构纳米导电炭黑色浆及其制备。

【背景技术】

导电碳黑是一种利用碳黑本身所具有的特性如导电性能、高结构性质、聚集体不规则且尺寸非常小(纳米级)、与其他物料混炼均匀容易等特点，可有效在绝缘体中形成立体网状结构，有效提高导电性。导电碳黑是所有的导电填料中效果最好，成本最低，最不容易引起产品物理性能变坏的产品。导电碳黑按其导电性能和制造方法可分为：导电炉法碳黑(CF)、超导电炉法碳黑(SCF)、特导电炉法碳黑(XCF)等。

对于导电涂层来说，提高涂层表面导电性一般通过以下几个方式来完成这个目的：一是成膜物质采用导电高分子树脂；二是加入少量的导电剂或；三是采用导电填料；四是以上三种方式复合使用等方法和手段。但考虑导电涂料制备工艺和原料的特性以及使用性，一般以普通的绝缘聚合物为主要基质(成膜物)，并掺入一定的导电填料，如导电炭黑进行制备。在导电涂料中加入一定量的导电炭黑，在涂料成膜形成的导电涂层中形成立体网状结构导电通路，使涂层表面在导电碳黑的作用下具有了一定导电功能，从而使得涂层的导电性能大大提高，降低静电影响即可赋予制品导电或防静电作用，有效的增加产品的使用性能和范围。

导电涂料的导电性主要与所采用填料的导电性、使用量、填料颗粒大小以及聚合物与填料颗粒的相容性等因素有着密切的关系。所采用的导电炭黑颗粒越细、分布越窄，网状链堆积越紧密，比表面积就越大；单位质量颗粒多，就更加利于在基质中形成链式导电结构。在其它物料条件一定时，炭黑颗粒在聚合物中的分散状况将决定导电涂料的导电性能。然而，当炭黑颗粒达到纳米级时，比表面积很大，在涂料制备过程中容易产生絮凝现象。另外，碳系复合导电涂料成膜过程中易产生裂纹而使得导电稳定性较差，影响涂料的应用。鉴于上述两个主要的原因，导电炭黑在使用过程先期必须对其表面进行改性和粒径均一化处理。对于水性导电涂料来讲，导电炭黑在使用过程中必须先制备成水性导电炭黑色浆，然后在加入涂料体系中制备出导电涂料。对于水性导电炭黑色浆，不但要求制备的色浆粒径小、分布窄，同时，其表面修饰改性剂后与树脂相容性要好。若采用合适的改性剂和分散方式制备的色浆，可以大大提高其在基质中的分散性和湿润性。

导电炭黑具有一般炭黑的性质，炭黑粒子的大小和比表面积、结构性以及表面性质等主要属性。其中炭黑的结构性起到了主导作用，所谓炭黑的结构是碳原子在生成过程中，由碳原子聚熔而形成的一种状态。当碳原子继续生长时，许多聚熔的原子连结起来形成三度空间和链枝结构，这种结构成为一次结构或永久结构，晶核之间形成了牢固的化学键。而在聚集体之间，形成的主要是范德华力，称为二次结构或次生结构，这些聚集体粒子连结起来的附聚体呈链枝结构，容易破坏，过程也可逆。就炭黑粒径而言，原生粒径一般在10～100nm；聚集体粒径也就是所说的炭黑粒径一般在50～500nm；而形成的附聚体在1μm以上。而对于高导炭黑，由于其制备的特性，其表观粒径在10μm以上。要使得导电炭黑在水性导电涂料中分散均一，达到良好的导电效果，必须进行解聚和稳定化处理，采用的导电炭黑色浆粒径大小小于1μm。

对于水性导电炭黑色浆，不但要求粒径细，分布均一而且与主体树脂有良好的相容性。在制备导电炭黑色浆的过程中，不仅要考虑炭黑的分散还要对其进行表面处理和改性。目前在制备稳定炭黑色浆处理和改性的方法主要有以下几个方面：氧化改性、接枝改性、分散剂直接分散和聚合物包覆的方法。所有的方法都是针对炭黑表面性质引入特征基团使炭黑表面具有足够的静电斥力和空间位阻，防止团聚，从而制备稳定的炭黑水性分散液。对于任何颜料色浆的制备都是经历三个阶段：颜料的表面润湿、机械力的分散和颜料离子的稳定阶段。对于炭黑色浆的制备也是经历这样一个过程。考虑到导电炭黑的特性，表面润湿过程还要考虑降低其强力的吸附性，在机械分散阶段选择特殊的制备设备，在分散和稳定阶段选用合适的分散、润湿体系，才可以达到良好的分散效果和粒径的均一化。

虽然国内的许多公司和科研机构开发出了很多水性炭黑色浆，但在众多水性炭黑色浆产品中，水性导电炭黑色浆特别应用于水性导电涂料中得专利技术并不多见。即便是通用型炭黑色浆无论是在制备过程还是在使用过程都有一定的局限性。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种应用于水性导电涂料中的纳米级水性导电炭黑色浆。

本发明提供的纳米水性导电炭黑色浆，包括下述重量百分比的组分：