一、概述
导电涂料是一种发展迅速的新型涂料。早在20世纪50年代世//界各国就广泛地开展了研究和生产。1957年日本开发并生产了导电涂料。从50年代开始，美国研制出飞机雷达罩用系列导静电涂料，其涂膜表面电阻为5～15MΩ，80年代又研制出一种保护飞机雷达罩的白色导电涂料，保证飞机雷达正常工作。我国也在50年代开发了导电涂料，如第一汽车厂制得的防锈性导电涂料、上海合成树脂研究所研制出的DAD-5环氧导电胶黏剂、武汉化工研究所开发出的低电阻率的环氧导电涂料、原化工部涂料研究所研制成功的弹性聚氨酯有机硅为基料的导静电涂料，涂膜表面电为106～107Ω。可用于飞机雷达罩。近年来，导电涂料已广泛应用于航空、航天、电子、电器、石化和印刷等众多领域。
1.导电涂料定义及性能
（1）定义 涂于工件上的涂料形成涂膜具有传导电流和排除积累静电荷的能力，称为导电涂料。即可形成具有导电性涂膜（或膜层）的涂料为导电涂料。
（2）性能 导电涂料形成的涂膜具有导体和半导体的性能。涂料组分中至少有一种材料具有导电性，以保证形成的涂膜为导体或半导体，即涂膜的体积电阻率小于1010Ω·cm。图7-3为导体、半导体和绝缘体的体积电阻率。
 2.导电涂料分类
（1）按基料的导电性分类
 本征导电聚合物主要有：聚乙炔、聚苯硫醚、聚吡咯、聚噻吩、聚喹啉、聚苯胺等。
掺合型导电涂料的制造工艺简单、选材广泛、成本较低，因而得到广泛应用。
（2）按使用特性分类
 3.导电原理
（1）本征型导电涂料的导电原理对于共轭链聚合物，当大分子的分子轨道强烈“离域”，同时分子轨道间能够重叠时，聚合物本身便能产生载流子（电子或孔穴）以输送载流子，从而显示出导电性能。
对于非共轭链聚合物，若分子间的π电子轨道互相重叠；或者具有电子施主受主体系（又称电子给予体一接受体体系）时，也可以产生载流子和输送载流子，从而显示出导电性。
（2）掺合型导电涂料的导电原理导电涂料形成涂膜时，导电填料之间彼此接触产生“导电通道”，形成连续导电网络，供电子流通。这种导电原理属于电子传递型，通过自由电子沿外加电场方向移动形成电流。除导电粒子间的接触外，电子在分散于聚合物母体中的导电粒子间隙里迁移会产生电子导通，即“隧道效应”；或由于导电粒子间的高强度电场，产生电流发射。
二、导电涂料的组成
导电涂料由基料（胶黏剂）、导电材料（掺合型导电涂料中的导电材料称为导电填料，本征型导电涂料中的导电材料为基料自身）、溶剂和助剂组成。环氧导电涂料还应加入固化剂。
1.导电材料导电材料是赋予涂膜导电性的关键组分。无机导电填料、有机导电材料是导电涂料的基础材料。
（1）无机导电填料无机导电填料主要有银粉、铜粉、镍粉、炭黑、石墨粉、碳纤维、金属氧化物等。
①炭黑及石墨炭黑是由烃类化合物经热分解制得。炭黑的球形粒子组成无定形晶体，晶子周围含有不饱和的自由键，这种键使炭黑粒子彼此集聚形成大小不等的分支短链，即是炭黑的形态结构。炉法炭黑的集聚状态高于槽法炭黑，乙炔炭黑集聚状态最高。炭黑的形态结构不同，其导电性也不同。高形态结构的炭黑（如乙炔炭黑）和导电炭黑，其粒子链和网络能形成导电性配合体，则导电性很高；而低形态结构的炭黑，缺乏粒子链，则导电性很差。炭黑中含有氢、氧、灰分和水等都会提升电阻率、降低导电性。对于导电制品和导电涂料可选用导电槽黑、导电炉黑、超导电炉黑、特导电炉黑、乙炔炭黑等。
石墨是碳的一种单质，质软灰黑、相对密度2.25，熔点3527℃，化学性质稳定，能导电。在石墨晶体中，碳原子以sp2杂化轨道和邻近的三个碳原子形成共价单键，并排列成六角平面的网状结构。这些网状结构又连成互相平行的平面，构成片状结构。平面内的碳.碳键距是1.415×10-10m，片层间的距离是3.35×10-10m。石墨片层间容易滑动，是因为未参与杂化的p电子比较自由，相当于金属晶体中的自由电子。所以石墨具有导电和导热等性能，它也是可供选用的导电填料。
②金属粉及导电纤维金属粉是颗粒状导电填料，主要品种有金、银、铜、镍、钯、铂、铁、铝等金属粉。金属粉导电填料有优良的导电性和导热性，其导电能力随温度升高而降低。
纤维状导电填料品种有碳纤维、金属纤维、金属化玻璃纤维。几种颗粒状和纤维状导电填料的性能见表7-84。
③金属氧化物及包覆料 金属氧化物和包覆料的体积电阻率见表7-85。
  （2）有机聚合物导电材料
①导电聚合物的结构及其导电性 有机聚合物导电材料称为本征导电聚合物。要使聚合物本身具有导电性，可将小分子聚合成具有一维或二维的大共轭体系高聚物，π电子在高分子内重叠；也可利用共轭分子π电子云的分子间重叠。由于共轭分子是平面分子。若在晶体中一维堆砌成分子柱，只要分子间距离足够小，就有相当的π电子云重叠，因而呈现较高的导电性。
可供导电的聚合物，一是具有共轭双键的聚合物，如聚乙炔和聚苯乙炔可作为导电材料；二是电子转移复合物，这类聚合物是在电子给予体分子（D）和电子接受体分子（A）之间，电子从D分子上部分或完全转移到A分子上而形成复合物（Dσ+Aσ-），如聚2-乙烯基吡啶碘的复合物在含碘90%～95%时，电导率为107S/m；三是含有金属原子的共轭结构聚合物，这类聚合物主要是螯合物，即聚合物中引进金属原子可增加其导电性。
导电聚合物的结构及体积电阻率见表7-86。
 ②聚苯胺的开发应用 聚苯胺聚合物（PANI）以其原料易得、价格低廉、制法简单、导电性优良、稳定性好等优点，为人们所青睐，现已成为导电高分子材料中最有发展潜力的品种之一。
聚苯胺是一种具有金属光泽的粉末，因其分子内有大的线型共轭7r电子体系，其自由电子可随意迁移和传递，成为最具代表性的有机半导体材料。与其他导电聚合物相比，聚苯胺具有结构多样化、耐氧化和耐热性好等优点，同时有特殊的掺杂机制。聚苯胺及其衍生物不仅可通过质子酸的掺杂获得良好的导电性，而且可通过加入氧化剂或还原剂使其骨架中的电子云迁移发生改变，即“氧化还原掺杂”，掺杂后的聚苯胺及其衍生物的导电率可提高10个数量级以上，并改善其在溶剂中的溶解性和加工性能。目前，解决导电聚苯胺可溶性的方法有功能质子酸掺杂、结构修饰、制备可溶性复合物、制备胶体颗粒等。近年来水溶性导电聚苯胺已成为开发研究的热点。UNIAX公司通过溶液共混方法制备了一种性能优异的透明导电涂层，透光率达80%，而表面电阻仅为192Ω，可以作导电玻璃。采用原位复合方法可使PANI在很低含量下就可具有较高的导电率，这是制备导电聚合物复合材料的一种有发展前景的方法。
随着聚苯胺加工问题的解决，以聚苯胺为基础的各种抗静电和电磁屏蔽材料相继问世。如美国的UNIAX公司利用有机磺酸掺杂的聚苯胺与商用高聚物共混，制备各种颜色的导静电地板。利用透明的聚苯胺制备可热固化的涂料，该涂料与聚合物基体有良好的黏结性、耐磨损、耐化学腐蚀；制成水溶性聚苯胺水乳液，用它制造防腐蚀和导静电涂料。美国已将导电聚苯胺用于火箭发射平台的防腐蚀涂料。日本制造一种透明的PANI导静电涂料，用于4MB的软盘上，效果非常好。
本征导电聚合物（ICPS）是一类新型的微波吸收材料，而高导电及高介电常数的PANI在微波频段能有效地吸收电磁辐射。当掺杂态的PANI处于无定形态时，其吸收比率最大，利用PANI吸收微波特性，已用作军事上的伪装隐身。如法国正在研制一种隐形潜艇，以PANI为首的包括聚吡咯、聚噻吩等本征导电聚合物在排除电磁波干扰中，发挥了巨大作用。
关于聚苯胺树脂用于生物传感器的课题也在开发研究，由于PANI导电聚合物有电化学活性，在氧化还原过程中，阴离子能掺杂进去，为酶的固定提供了新途径。今后一种性能更好的聚苯胺及其衍生物的导电聚合物将展现在世人面前，其可清除空间电子雾、排除电磁波干扰，为导电材料的发展作出贡献。
2.基料掺合型导电涂料的基料有时称胶黏剂，是导电涂料的主要成膜物。几种有机聚合物的体积电阻率列于表7-87。
 从表7-87知，聚合型材料如聚烯烃等体积电阻高，耐缩聚型树脂由于分子中含有极性基团，因此具有较低的体积电阻。1～3类高聚物成膜后都有积累静电的潜在危害。
选取基料：石墨=2：1（质量）制成导电涂料，测定涂膜两点相距2cm的表面电阻值，结果见表7-88。
 3.助剂
（1）抗静电剂
①抗静电剂的作用 除本征型导电聚合物外，涂料中的基料形成涂膜都具有很好的电气绝缘性，以致表面电阻率较高，产生静电荷时，不能迅速地逸散电荷，造成涂膜表面静电荷积累。抗静电剂是一种添加于涂料之中或涂覆于涂膜表面，能构成泄漏电荷的通道、避免或减少静电荷积累的添加剂。把添加到材料之中的抗静电剂称为内加型抗静电剂；涂覆予材料表面的抗静电剂称为外涂型抗静电剂。导静电涂料用抗静电剂为内加型。在涂料中，抗静电剂通过以下四种方式起导静电作用：一是离子型抗静电剂可增加涂膜表面的离子浓度，提高导电性；二是介电常数大的抗静电剂可增大涂膜表面的介电性，有利于电荷泄漏；三是抗静电剂可增大涂膜表面的平滑性，降低摩擦系数，不利于电荷产生和积累；四是抗静电剂的亲水基可增加涂膜表面的吸湿性，形成单分子导电层，构成泄漏电荷通道。
②抗静电剂分类及组成抗静电剂的分类、品种组成及应用特点列于表7-89。
 ③抗静电剂品种阳离子型抗静电剂和非离子型抗静电剂是可供导静电涂料选用的品种，它们的化学组成、性质及用途见表7-90和表7-91。
涂料中加入抗静电剂可使涂膜具有导静电的功能，其中阳离子型抗静电剂效果最好，最常用。选用抗静电剂应注意以下三点：一是抗静电剂的稳定性，包括热稳定性、导静电持久性、迁移性和耐擦洗性；二是抗静电剂与基料（胶黏剂）的相容性和贮存稳定性；三是抗静电剂导电性对湿度的敏感性。
（2）其他助剂其他助剂必须使导电填料充分分散、提高涂料流平性、改善涂膜润滑性、增加补强性等。应根据不同的基料和导电填料，恰当合理地选择助剂。助剂添加量过多会对导电性产生不良影响。
另外，在无溶剂型环氧导电涂料和环氧导电胶黏剂的配方设计时，选用硅烷偶联剂可取得满意的效果。
4.溶剂溶剂是导电涂料的辅助组分。选用溶剂时，应保证溶剂对基料有充分的溶解能力、不使导电填料的导电性受到影响、不降低导电涂膜的物理化学性能、有利于涂料施工和贮存。通常对于常温固化型涂料应选择挥发速度稍快的溶剂，荧光屏印刷等用导电涂料应选择挥发速度慢的溶剂。
5.固化剂 以环氧树脂为基料的导电涂料必须选用固化剂。常用的固化剂有聚酰胺、改性脂肪胺、改性芳香胺、异佛尔酮二胺、咪唑类、醇胺类和固化促进剂等。 环氧树脂 - www.epoxy8.com -(责任编辑：admin) |