水性聚氨酯氟硅改性高分子导电涂料的研制及应用

大师

孙晓泽 崔秋菊 宋传新
奥德美(淄博)高分子材料有限公司 256404
摘要：采用聚酯多元醇、聚醚多元醇、有机硅单体、IPDI等原材料分别合成2种树脂，进行一定比例混合后加入导电碳黑，导电云母粉研制出了水性聚氨酯氟硅改性高分子导电涂料，并对其各项性能进行了对比研究。
关键词:水性聚氨酯、氟硅改性、高分子导电涂料、导电性能。
0 前言
水性导电涂料在国内主要用于抗静电领域，大部分属于丙烯酸体系，所带来的普遍问题是超过80℃膜就会变软，回粘严重、耐磨性不好、柔韧性差、硬度高。受热后会软化易掉色等几个方面。
用于电脑打印耗材的比如激光打印机硒鼓内的充电辊、磁辊、显影辊和复印机的上、下辊等产品的导电涂料因其工作温度的限制和功能需要，要求高温（100℃）不回粘，不能对硒鼓造成污染，所需的耐磨性、柔韧性、附着力等要求也比较高，普通体系的乳液涂料不能或不完全适应该领域的使用要求，所以国内打印耗材行业所用的水性导电涂料大多依靠进口美国、日本等国家的产品，其昂贵的销售价导致了产品生产成本的居高不下。
我们针对以上问题进行了探索，研发改进，以满足产品的需要性能为目标，采用水性聚氨酯氟硅改性技术通过反复的实验、改进，开发出了符合使用要求的水性聚氨酯氟硅改性高分子导电涂料，已申请国家发明专利，并已推向市场，获得了客户的肯定。
本文主要研究了用于激光打印机的水性导电涂料各主要组成物的不同比例对耐磨、抗回粘、导电指标等的性能影响。
1. 试验部分
1.1 原材料
聚酯二元醇（M=1000）、聚醚210（M=1000）、聚四氢呋喃醚二醇（M=1000）、有机硅单体、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、二羟甲基丙酸1-3丁二醇、二甘醇、N-甲基吡咯烷酮、有机锡催化剂、丙酮、三乙胺、乙二胺、流平剂、消泡剂、润湿剂、分散剂、聚四氟乙烯水乳液、水性蜡乳液、导电碳黑3350B、导电云母粉等。
1.2 实验器材
三口烧瓶、可调速搅拌器、温度计、冷凝管、真空泵、分散机、铅笔硬度计、光泽度仪、柔韧性测试仪、附着力测试仪等。
1.3 树脂合成
1.3.1 A 树脂
在装有搅拌器、温度计、冷凝管的三口烧瓶中加入定量的聚酯二元醇、聚四氢呋喃醚二醇的混合物，加热至120℃、真空—0.06mpa脱水1h—1.5h，降温至80℃加入IPDI升温至100℃左右反应2h，降温加入定量的二羟甲基丙酸，1、3—丁二醇，丙酮等，在80℃搅拌下反应2h，然后降温加入有机锡催化剂，N—甲基吡咯烷酮、丙酮等，反应至NCO达到规定值，加入三乙胺中和、移至分散机下高速加入水强力分散、加入乙二胺扩链，升温脱出丙酮，加入聚四氟乙烯水乳液、30℃左右保持搅拌1h。过滤获得A树脂。
1.3.2 B树脂
在装有搅拌器、温度计、冷凝管的三口烧瓶中加入聚醚210，升温至 120℃、—0.06mpa真空脱水1h—1.5h，降温加入六亚甲基二异氰酸酯，100℃反应2—3h降后降温加入二羟甲基丙酸、二甘醇、丙酮、有机硅单体20分钟滴加，80℃反应2h；降温加入有机锡催化剂，丙酮等。在60℃反应3—4h至终点，移至分散机下，加入三乙胺中和1分钟，加入水强力分散，加入乙二胺扩链，升温脱出丙酮、过滤获得B树脂。
1.3.3导电涂料配方见表一
序号 原材料 组成 序号 原材料 组成
1 A树脂 60 7 乙二醇丁醚 2.5
2 B树脂 6 8 分散剂760w 5.6
3 水性蜡乳液 6 9 消泡剂805 0.75
4 导电碳黑3350B 4.2 10 润湿剂245 0.25
5 导电云母粉 12.6 11 流平剂450 0.1
6 去离子水 2 总计 100
表 一
工艺：
①准确称量1、在搅拌状态下（600转/分）分别缓慢加入2、3搅拌0.5h。
②将6、9混合均匀透明后搅拌状态下加入到①中
③将7、8、10、11混合透明均匀，搅拌状态下加入到②中
④将4、5在1200转/分下缓慢加入到③中，搅拌0.5h然后用砂磨机砂磨分散2h
⑤静止、过滤
⑥可调整4、5的添加量以达到客户的使用导电指标。
1.3.4 性能结果测试见表二
指标 项目 技术标准 测试结果
固含量 40—45% 42.96%
PH值 7—9 8
硬度 ≥B H
柔韧性m/m ≤1 0.5
耐磨性750g/500转 ≤0.01 0.0078
回粘性 ≥100℃ 120℃
表面电阻值M? 10-1--106 101
表 二

大师

2. 分析与讨论
2.1 不同树脂对导电涂料性能的影响
树脂做为本导电涂料配方的主体，其性能直接决定着导电涂料除导电指标之外的其他物化性能。众所周知，不同原材料对树脂的性能又有着直接影响，所以，单体材料的选择比较重要，考虑到需要的硬度附着力，高温不回粘，我们选择了聚酯二元醇和聚四氢呋喃醚二醇与异佛尔酮二异氰酸酯聚合，用1、3—丁二醇进行扩链混入聚四氟乙稀水乳液合成A树脂。以得到应有的硬度、附着力及耐高温性能，然后用聚醚210和HDI聚合，用二甘醇扩链，得到柔韧性好，耐磨性好，弹性及伸长率高的B树脂，经过试验一种树脂很难达到要求的综合性能，所以我们采取混拼的办法来满足使用要求。
2.2 A、B二树脂的的比例对涂料性能的影响
A树脂的膜比较硬，柔韧性差、附着力好、伸长率及弹性低，120℃高温不回粘，B树脂膜比较软、柔韧性较好、伸长率高、耐磨性好、弹性好、表面不滑爽，我们以固定A树脂的量，对B树脂分别改变与A的比例，通过实验我们发现：当A与B的比例小于10：1时膜硬，有折痕、弹性差、耐磨性差；当大于10：1时膜又会逐步变软、硬度不够、表面滑爽度低；当A与B的比例在10：1时。涂膜的性能适合使用要求。
2.3 不同导电碳黑及不同填加量对涂料导电性能的影响（见表三）
单位：M?
碳黑类别添加量 BP2000 3350B 3230B 2b C2--3 58D
3% 2.6*102 8.9*102 9.1*102 7.3*102 6.5*103 8.2*104
4% 2.2*102 3.5*102 6.5*102 6.5*102 5.5*102 6.6*103
5% 1.3*101 7.7*101 7.1*101 1.1*102 2.2*102 5.4*102
6% 3*100 3.2*100 3.8*101 6.6*100 7.8*101 6.8*101
8% 2.8*10-1涂料粘度稠 2.2*10-1涂料粘度稠 1.1*100粘度大 9*10-1涂料粘度稠 1.6*101涂料粘度稠 3.2*101涂料粘度稠
表 三
由表三可以看出，不同类型品牌的碳黑对涂料的导电性能有着不同影响：其中BP2000导电性最好，58B最差，3350B与BP2000相近。但BP2000的价格比较高，根据性价比，我们选择3350B作为主要导电填料。
由表三还可看出，不同的填加量对涂料的导电性能也有着明显的影响；当填加量小于6%时，电阻值下降快，添加量超过6%时，电阻值下降慢，当添加量大于8%时，涂料粘度明显增稠，不能使用。
2.4 导电云母粉添加量对导电性能的影响。
在导电涂料中，降低电阻值增强涂料导电性的直接有效方法是增加导电填料的添加量，导电碳黑因其固有的特性，由表三可看出，最大添加量在8%，为了继续有效的降低涂料的阻值，我们选择了添加导电云母粉。云母粉的添加量对涂料导电指标的影响见表四
表 四

由表四可看出，导电云母粉的导电性也是随着添加量的增加而降低阻值，添加量大于12%时，阻值降低不明显。超过30%添加量，粘度迅速增加。
2.5 导电碳黑与导电云母粉的比例对导电性能的影响（见图五）
改变导电碳黑与导电云母粉的比例，由表五发现，当碳黑与云母粉的比例≤1：3时，电阻值呈下降趋势，超过1：3时，阻值反而又回升，当碳黑与云母粉的比例在1：3时，导电性能最好。

表 五
3 结论
①选取聚酯二元醇和聚四氰呋喃醚二醇与IPDI聚合，用1.3丁二醇扩链混入聚四氟乙烯水乳液获得的A产品与用聚醚210和HDI聚合，二甘醇扩链获得的B产品按10：1的比例混合，能够达到涂料各项理化性能的平衡，符合使用要求
②不同型号的导电碳黑其导电性能不一样，3350B和BP2000都符合使用要求且3350B更合适一些。
③导电云母粉可做为辅助导电填料加入以增强涂料的导电性能
④导电碳黑与导电云母粉的混合比为1：3时，涂料导电性能最好
⑤采用本方法生产的水性导电涂料适用于电脑打印耗材业如充电辊、磁辊、显影辊、复印机上、下辊等。不同之处是将涂料的电阻值进行适当调整即可。

lnchenjichun

没有表呢？学习了

彭赣湘

水性的不奈磨,我要油性的,油性的奈磨一点,不知阁下知道油性配方啊?