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導電涂料的研究進(jìn)展及未來(lái)發(fā)展趨勢

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2010-09-27 11:18:37 [收藏]
    導電涂料是近年來(lái)隨著(zhù)涂料工業(yè)與現代工業(yè)的高速發(fā)展而出現的一種功能材料，是指涂于非導電底材上，使其具有一定的傳導電流和消散靜電荷能力的涂料，其成膜物質(zhì)大多...
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        導電涂料是近年來(lái)隨著(zhù)涂料工業(yè)與現代工業(yè)的高速發(fā)展而出現的一種功能材料，是指涂于非導電底材上，使其具有一定的傳導電流和消散靜電荷能力的涂料，其成膜物質(zhì)大多數是絕緣的。為了使涂料具有導電性，常用的處理方法是摻入導電微粒。目前，一些工業(yè)發(fā)達的國家都在開(kāi)發(fā)導電涂料，其中日本和美國在這方面起步較早，研制的大多數產(chǎn)品是鎳粉、銅粉、銀粉以及炭黑等填充的導電涂料。導電涂料作為導電使用的涂層，在電子工業(yè)、建筑工業(yè)以及航空技術(shù)等方面都具有重要的實(shí)用價(jià)值。本文主要綜述了本征型導電涂料和摻雜型導電涂料的研究進(jìn)展。

        1.本征型導電涂料的研究進(jìn)展

        本征型導電涂料是指以本征型導電聚合物為成膜物質(zhì)所制成的導電涂料。目前，導電高分子用于導電涂料的制備方法大多集中在直接利用導電高分子作成膜樹(shù)脂、導電高分子與其他樹(shù)脂混合使用、導電高分子材料作為導電填料使用等方面，其中最典型的代表有聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚喹啉等是目前較為活躍的一個(gè)研究領(lǐng)域，而研究較多的是聚苯胺與聚吡咯。聚吡咯(PPy)是一種具有廣泛應用前景的導電高分子材料，吡咯(Py)單體在氧化劑的存在下能比較迅速地氧化聚合成PPy，但純PPy即不經(jīng)過(guò)摻雜時(shí)其導電性較差。只有經(jīng)過(guò)合適摻雜劑摻雜后才能表現出較好的導電性，導電聚吡咯的兩種摻雜結構如圖1所示。尚秀麗[1]等采用相分離原位聚合法在醋酸纖維素(CA)基體中合成聚吡咯(PPy)可制成均勻的PPy/CA導電復合薄膜，成膜后朝向玻璃的膜面(反面)是絕緣的，而朝向溶液的膜面(正面)卻是導電的。膜中吡咯/醋酸纖維素的投料比為0.091時(shí)，導電復合膜的表面電阻約為20Ω/cm。

        在眾多導電聚合物材料中，聚苯胺由于原料價(jià)格低、合成簡(jiǎn)單、導電率高、耐高溫及抗氧化性好、環(huán)境穩定性好等優(yōu)點(diǎn)，成為研究的熱點(diǎn)，被認為是最具有應用前景的導電高分子材料。本征態(tài)的聚苯胺是不導電的，只有經(jīng)過(guò)質(zhì)子酸摻雜后才具有導電性，而用大分子質(zhì)子酸摻雜的聚苯胺導電性能則更加優(yōu)異，這是因為一方面大分子質(zhì)子酸具有表面活化作用，相當于表面活性劑，摻雜到聚苯胺當中可以提高其溶解性；另一方面，大分子質(zhì)子酸摻雜到聚苯胺中，使聚苯胺分子內及分子間的構象更有利于分子鏈上電荷的離域化，電導率得到大幅度提高。李紅敏等[2]以十二烷基苯磺酸(DBSA)摻雜的聚苯胺(PANI)為導電組分，三氯甲烷為溶劑，采用溶液共混法制備聚苯胺/丙烯酸酯共聚物(AA)導電薄膜。研究表明聚苯胺粒子均勻地分布在基體中形成較為良好的導電網(wǎng)絡(luò )而使共混物具有良好的導電性。劉誼君等[3]采用氧化縮聚合成法制備了無(wú)機酸摻雜的低成本、高導電率的導電聚苯胺，以其為導電填料，以環(huán)氧樹(shù)脂為成膜物，制備出一種電導率在10-8～10-5S/m范圍內的新型導電涂料。寧曉輝等[4]用化學(xué)氧化聚合方法合成了具有納米尺寸的聚苯胺，以其為導電填料，以丙烯酸酯為成膜物，制備出一種電導率在10-8～10-4S/m范圍內的新型防腐導電涂料。

        2.摻雜型導電涂料的研究進(jìn)展

        摻雜型導電涂料是指以高分子聚合物為基礎加入導電物質(zhì)，利用導電物質(zhì)的導電作用，來(lái)達到涂層電導率在10-12S/m以上。它既具有導電功能，同時(shí)又具有高分子聚合物的許多優(yōu)異特性，可以在較大范圍內根據使用需要調節涂料的電學(xué)和力學(xué)性能，并且成本較低，簡(jiǎn)單易行，因而獲得較為廣泛的應用。摻雜型導電涂料由高分子聚合物、導電填料、溶劑及助劑等組成。常用的導電填料有金屬系填料、碳系填料、金屬氧化物系填料、復合填料、新型納米導電填料等。

        2.1碳系導電涂料

        碳系導電涂料是目前用量較大的一種功能涂料，具有成本低、質(zhì)輕、結構高、無(wú)毒無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)。用作碳系導電涂料的導電填料主要有石墨、石墨纖維、碳纖維、高溫煅燒石油焦、各種炭黑以及碳化硅等。特別是炭黑填充導電聚合物已被廣泛應用，因為導電炭黑具有價(jià)格便宜、密度小、不易沉降、耐腐蝕性強等優(yōu)點(diǎn)，但導電性相對較差；同時(shí)由于表面含有大量的極性基團，存在難分散、易絮凝等缺點(diǎn)，最簡(jiǎn)便而有效的解決方法之一是加入分散劑降低炭黑粒子間的吸引力及凝聚力，從而使其能均勻穩定地分散在基質(zhì)中。碳系導電涂料通常由導電填料、基體樹(shù)脂、助劑和溶劑組成，經(jīng)機械混合后將其涂覆于非導電體底材表面，形成一層特殊固化膜，從而產(chǎn)生導電效果。根據現有的碳系導電涂料樣品和研究報道中可知，基本都是采用增加導電填料含量的方法來(lái)提高涂料的導電性。黃鵬波等[5]研究了三種鈦酸酯偶聯(lián)劑NTC-401、CT-136、JSC及兩種硅烷偶聯(lián)劑KH-550、KH-570對炭黑導電涂料導電性能的影響。結果表明加入NTC-401、CT-136、JSC后體系的電阻升高，而KH-550、KH-570降低了體系的電阻值，其中以加入質(zhì)量分數為2.5%的KH-550效果最好。喻冬秀等[6]研制了一種以丙烯酸酯類(lèi)樹(shù)脂為基料的改性碳纖維體系導電涂料，用單因素方法確定改性碳纖維/樹(shù)脂質(zhì)量比，偶聯(lián)劑的種類(lèi)、用量以及添加方式、涂料的固化工藝等方面對涂料電性能的影響關(guān)系，確定了制備碳纖維體系導電涂料的最佳工藝條件為：改性碳纖維/樹(shù)脂質(zhì)量比為0.7，鈦酸酯偶聯(lián)劑TMC-102采用預處理用量為1%(質(zhì)量分數)和直接加入用量為1.5%(質(zhì)量分數)相結合，制得的導電涂料綜合性能較好；固化溫度為50℃下固化20min，涂膜厚度為150μm時(shí)，其表面電阻率達到1.02Ω/sq。甘玉生[7]用非金屬導電涂料替代金屬導電涂料進(jìn)行了研究，選取硅溶膠作為載體，超細石墨和高結構炭黑按不同配比制備涂料；并對涂料的涂層厚度和表面電阻進(jìn)行檢測，篩選出適于制殼的配比；經(jīng)不同鋼種的工藝驗證，這種涂料可分別適用于各種鋼鐵鑄件的熔模鑄造制殼，原料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉。

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