车身非金属件用导静电涂料的制备

郭小平，刘志伟，蒲吉斌，董建达，周开河，方云辉，刘栓,, *

（1.芜湖春风新材料有限公司，安徽 芜湖　241000；2.中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室，浙江省海洋材料与防护技术重点实验室，中国科学院宁波材料技术与工程研究所，浙江 宁波　315201；3.国家电网国网宁波供电公司，浙江 宁波　315201）

随着生活水平提高，人们对汽车颜色多样化、个性化提出越来越多要求。导静电涂料作为汽车外饰非金属底材静电涂装过程中的重要一环，主要起着提高底漆喷涂效率和节能降耗的作用。

工业化的导静电涂料依然以掺杂型为主，导电介质有金属粉、导电碳粉、石墨烯、导电碳管、导电钛白粉、导电云母粉等。其中导电金属粉(铜、镍、银等)因密度大、价格高、易氧化等原因而使用有限，主要用于电磁屏蔽(EMI)涂料(电阻＜1 Ω)中[1-3]。导电碳粉颜色深，着色力高，目前主要用来做黑色和深色的导电涂料[4-5]。石墨烯与导电碳管虽然同属碳系颜料，但是其较大的长径比与径厚比在一定范围内导致着色力降低。笔者所做的大量实验表明，石墨烯或碳纳米管与钛白粉混合制备的导静电涂料在静电喷涂允许的条件(106Ω)下，L值(表示涂层黑白，其越大，白度越高)最高可以达到76，相比纯钛白粉的L值(如杜邦R-706的L值为92)还有很大差距。国内使用的导电云母与导电钛白粉一般包裹ATO(锑掺杂的二氧化锡)，由于生产条件的限制，单独使用导电云母或导电钛白粉时L值仅能做到82以内。而因为车身非金属件多采用黑色聚丙烯(PP)+三元乙丙橡胶(ethylene-propylene-diene monomer，EPDM)材料，受限于白色漆在黑色底材上的遮盖力，L值差距使得很多鲜艳的透明色涂料(如众泰朝阳红等)及浅色涂料(如日产汽车的珍珠白等)无法做到与车身一致。在实际生产过程中，为达到与车身一致的要求，往往需要选择昂贵的进口原材料或增加施工工艺。

导电云母粉及导电钛白粉为非碳系原料，是首选的浅色导电材料，目前主要用于地坪与原油贮罐防腐，这些应用对产品的细度、电阻和颜色要求不高，导致国内产品在白度、细度和电阻方面与国际顶级产品差距明显[6-7]。因技术壁垒等原因，导电钛白粉以日本石原公司的FTL-3000性能最为突出，导电云母粉则以德国默克公司的Iriotec 7320最为优秀，这2个系列产品在同类产品中占有龙头地位。而国内产品一直在低端下游竞争，无法满足高端要求。由于汽车涂料的价格相对较高，以往鲜有科研团体关注导电填料这个领域。但在成本与环保的双重压力下，汽车喷涂企业均要求降低成本，提高油漆喷涂效率和降低施工工人的劳动强度[8-10]。因此，开发新型导静电涂料配方体系，替代国外产品，对汽车涂料行业降低成本，提高竞争力具有重要意义。本文主要探究了2种国内导电云母粉和导电钛白粉与国际同类产品添加到导静电涂料中的综合性能差异，为汽车喷涂厂降低成本提供参考。

1　实验

1.1　原材料与仪器

导电云母粉：常州ECP-100C，德国Iriotec 7320，上海君江DC-D40。导电钛白粉：常州ECF-3000C，日本FTL-3000，北京特宝ECP-TF1。丙烯酸树脂，DIC公司；钛白粉R-706，杜邦；分散剂BYK-110，BYK公司；膨润土Bengel 818，海明斯；甲苯(工业级)、二甲苯(工业级)、锆珠，市售。

Chf100A-1R5G-S2型分散机，深圳INVT electric公司；101-3BS电热鼓风干燥箱，邦西仪器科技(上海)有限公司；W-71空气喷枪，IWATA公司。

1.2　涂料及其涂层的制备

按配方将丙烯酸树脂与溶剂混合后搅拌均匀，并在搅拌状态下加入分散剂、钛白粉、膨润土及导电介质，1 500 r/min分散15 min后缓慢滴加甲苯和二甲苯，检测细度。在涂料制备和预分散过程中，先加入约1/3的溶剂，原因是溶剂少，涂料黏度大，搅拌分散时剪切力大，有利于颜填料在树脂中的均匀分散。当分散一定时间后，把配方中剩余的溶剂滴加完毕，再在混合物中加入相同质量份的锆珠，2 000 r/min下研磨不同时间，检测细度。

采用W-71空气喷枪，在水帘房中将所制导静电涂料喷涂在黑色PP平板上，喷涂压力为1.2 kg/cm2，在60 °C下干燥5 min，测得干膜厚度约50 μm。

1.3　表征与性能测试

用标格达BGD241单槽细度板测试涂料的细度。用美能达公司的CM-2500D型色差仪测量涂层的颜色(a和b)以及白度L。用BYK公司的4446型便携式光泽仪测量涂层的60°光泽。采用SL-030表面电阻测试仪测试涂层的电阻。

2　结果与讨论

2.1　采用不同导电钛白粉制作的导静电涂料的性能对比

按照表1所列配方制备的3种含不同导电钛白粉的涂料在不同研磨时间下与R706对照涂料的基本性能对比见表2。可见国产ECF-3000C的综合性能远远超过国内常规产品，完全达到了FTL-3000的指标，特别是在白度方面，与纯钛白涂料非常接近(见图1)。在相同情况下，研磨60 min后，其所制涂层的L、a、b与日本石原FTL-3000的L、a、b基本一致，电阻都为0.5 × 106Ω，研磨60 min后均增大到2.0 × 106Ω，这主要是研磨过程中ATO脱落所致。

表1　用不同导电钛白粉制备导静电涂料的配方Table 1　Formulations of static conductive paints using different types of conductive titania

表2　研磨时间对不同导电钛白粉制备的导静电涂料基本性能的影响Table 2　Effect of grinding time on basic properties of the static conductive paints prepared with different types of conductive titania

图1　不同导电钛白粉制备的导静电涂料的涂膜照片Figure 1　Photo showing the cured films of static conductive paints prepared with different types of conductive titania

2.2　采用不同导电云母制作的导静电涂料的性能对比

按照表3配方体系制备3种不同的导静电涂料，其涂层的性能见表4。用ECP-100C所制涂层的细度和电阻这2项关键指标与使用默克公司Iriotec 7320所制涂层一样，白度更是远优于国内同类产品(见图2)。

表3　用不同导电云母粉制备导静电涂料的配方Table 3　Formulations of the static conductive paints using different types of conductive mica powder

2.3　研磨对性能的影响

因为导电云母粉和导电钛白粉的结构都是在惰性材料表面包裹一层ATO，但在高速研磨的情况下ATO会脱落，从而丧失导电性，所以制备导静电涂料时不能长时间研磨。国产原料的细度大，要砂磨之后才能应用，但砂磨对电阻的影响不易控制，这是使用国产原料的一大限制因素。而进口原料在细度方面一般控制得较好，即使不研磨，细度也在20 μm以下，从而保证了导电性能在实际应用中的稳定性。

2.4　实际应用

上述产品在汽车非金属表面静电涂装的实际量产中使用的过程中，表干电阻值、施工性、耐水泡等相关性能完全满足客户要求。近纯白色为面漆的颜色选择提供了广阔的空间，并可以降低中间漆的膜厚，减少能耗与成本，具有很好的市场前景。图3显示了采用国产导电填料制备的导电底漆的实际应用情况。

表4　研磨时间对不同导电云母粉制备的导静电涂料基本性能的影响Table 4　Effect on grinding time on basic properties of the static conductive paints prepared with different types of conductive mica powder

图2　不同导电云母粉制备的涂料的涂膜照片Figure 2　Photo showing the cured films of static conductive paints prepared with different types of conductive mica powder

图3　不同国产导电填料制备的涂料在现场涂装时的照片Figure 3　Photos showing the spraying procedure in production line when using the paints prepared with different domestic conductive fillers

导电云母的遮盖力比导电钛白粉的差，前者白度始终不及后者，但由于结构上的差异(云母粉为片状，导电钛白粉为针状)，导电云母的价格更为低廉，通过合理的搭配，可以大大减少针状导电钛白粉的使用，从而降低成本。

3　结论

利用丙烯酸树脂作为主要成膜物质，通过添加国产导电填料制备了导静电涂料。所制得的涂料在细度、电阻等关键指标上达到与国外竞品相同的级别，完全满足车身非金属件用白色导静电涂料的性能要求。

参考文献：

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