水性抗静电涂料的研究进展

Research Progress of Waterborne Antistatic Coatings

李占齐

1

，周 萌

2

，陈 帅

*2

，付长清

3

，申 亮

1，2

（1. 江西科技师范大学化学化工学院涂料与高分子系，南昌330013；2. 江西省水性涂料工程实验室，南昌330013；3. 江西省有机功能分子重点实验室，南昌330013）

摘 要：

静电防护是工业生产、航空航天、塑料包装、电子产品、纺织品等领域常用的关键工艺技术之一，其核心是开发一种高性能抗静电涂料。水性抗静电涂料具有绿色环保的优势，是本领域发展的重要方向和趋势。本文主要从水性抗静电涂料电学性质的来源角度（抗静电剂型和导电填料型）综述了该领域近年来的研究进展，并进一步讨论了抗静电与疏水、防腐和杀菌等功能复合及生物基材料替代等研究方面的积极进展，最后对水性抗静电涂料未来的发展方向进行了展望。

关键词：

静电防护；抗静电涂层；水性涂料；导电填料；绿色环保

参考文献规范著录格式：

LI Z Q,ZHOU M,CHEN S,et al. Research progress of waterborne antistatic coatings[J]. Paint & Coatings Industry,2022, 52(11):61-67. 

静电可通过接触、诱导、摩擦等方式产生并积聚在塑料、玻璃、纸张、织物等绝缘材料的表面，进而导致灰尘吸附，电子元件击穿，甚至引起燃烧或爆炸等安全隐患。而人体长期处于静电环境中，则易出现失眠、抑郁等不良反应。因此，静电防护已成为工业生产、航空航天、塑料包装、电子产品、纺织品等诸多领域必须考虑的关键技术之一。其核心是开发表面电阻率约在10

5

~10

12

Ω 或体积电阻率约在10

4

~10

11

Ω·cm范围内的抗静电涂层材料。抗静电涂料一般包括作为成膜物的高分子聚合物，以及作为功能助剂的抗静电剂或导电填料，并通过配方成分的调控来控制涂层的电学、成膜、力学、热学等综合性能。

抗静电剂（ASA）属于表面活性剂类材料，既有小分子也有高分子化合物，由其制备的抗静电涂层性能具有湿度依赖性且普遍受温度等环境条件影响很大。相比之下，导电填料来源丰富，既包括无机的碳系材料、金属及其氧化物，也包括导电聚合物（Conducting polymer，CPs）及它们的复合体系等。由其制备的涂层表面不仅具有本征的抗静电功能（利用自身的导电网络耗散静电荷），而且还具有导电、电磁屏蔽、防腐等功能。同时，相对于有机溶剂型体系，水性体系兼具无毒，绿色环保，贮存运输及施工较安全，成本低等综合优势，是当前抗静电涂料研究的重点和发展趋势，市场需求不断增长。

鉴于抗静电涂料水性化技术的不断发展，本文对通用型的水性抗静电涂料，抗静电与疏水、杀菌、防腐等复合的多功能型体系，及生物质替代化石原料体系等方面（图1）的研究进展进行了综述，以期推动本领域的发展，并给未来的研究提供一些思路和指导。

1  通用型水性抗静电涂料

1 抗静电剂（ASA）型

ASA利用分子结构内离子或极性基团的离子传导或吸湿作用，通过在高分子基体材料表面直接涂布或与高分子材料复混，来实现涂层的静电防护效果。作为表面活性剂，基本可分为阳离子、阴离子、两性离子和非离子型。烷基季铵盐、烷基磺酸盐、乙氧基化脂肪族烷基胺、两性烷基咪唑啉盐等小分子的抗静电剂稳定性差、效果耐久性差，以聚氧化乙烯烷基胺或其酯类、多元醇脂肪酸酯等为代表的非离子型ASA与水体系的兼容性较差。因此，目前在此方向的研究焦点包括：开发新化合物或革新工艺，以提升ASA和高分子基材或水体系的相容性，削弱涂层导电性对环境湿度的依赖性，或抑制小分子ASA在使用过程中的迁移流失问题等；在非离子型中添加阳离子、阴离子型等以发展复合型的ASA；利用嵌段共聚等技术开发具有永久效能的亲水性高分子ASA，以实现与聚合物体系和水相的兼容性、加工性、热稳定性、力学稳定性、抗湿性等的协同。对于复混体系，需要注意不同类型ASA之间的匹配性；对于高分子ASA，需要注意降低技术门槛，减少添加量和控制成本等。

卢志凯等采用具有透明性的水性聚氨酯（WPU）为基体树脂，与改性聚苯乙烯磺酸（PSS）和新季铵盐BT-12复配制备了水性抗静电涂料。其涂层的导电机理是：改性PSS向涂层表面迁移的分子链段中的亲水基团能够吸湿；季铵盐易在聚合物表面形成网状或层状的导电网络，其离子易在体系中聚集形成化学交联点，能极大改善抗静电性能。该涂层在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基材上具有良好的力学性能，透光性≥80%，雾度≤10%，不仅能够满足医疗影像胶片的要求，而且在低湿度下也展现出较好的抗静电性能。

但ASA 分子通常存在易从抗静电涂层表面流失，效果不够持久的缺点。文安南以顺酐、苯酐、聚乙醇-400、丙二醇、丁烯二醇等合成预聚物，再通过与NaOH成盐制备了一种可紫外光固化的水性抗静电涂料，其中以丙烯腈为交联剂，以带有双键的磷酸丙烯酰基异乙酯为ASA。利用紫外光引发聚合反应，可使ASA与树脂键合，克服了涂层中ASA易流失的缺点，且改善了涂层的耐老化性。

2 导电填料型

2. 1 金属及其氧化物

由环氧树脂与金属银纳米粉末制备的导电胶标志着导电涂料的开端。由于抗静电性能受环境影响较小且具有增强的机械力学性能，以纳米金属及其氧化物粉末作为导电填料制备的水性抗静电涂料仍是目前导电涂料领域研究的重点之一。相比于传统的银粉、铜粉、锌粉、镍粉及其合金粉等金属系填料，当前研究的重点在于发展成本更低，环境稳定性更好，更耐腐蚀，透明性更好，颜色更浅的金属氧化物半导体填料，如氧化钛（TiO

2

）、氧化锡（SnO

2

）、氧化锑（Sb

2

O

3

）、氧化锆（ZrO

2

）、掺锑二氧化锡等。但是，这些无机纳米粉末填料普遍存在与高分子基体材料和水相相容性差，分散性差，涂料贮存过程中易沉降，涂层使用后易脱落，不易着色等难题。因此金属氧化物半导体的改性是学术界较为关注的解决策略。

罗晓民等将硅烷偶联剂KH-550 表面改性的纳米TiO

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粉末添加到聚氨酯预聚体中制备了改性TiO

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/WPU水性抗静电涂料，并以其为成膜物制备出超细纤维合成革。改性TiO

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的加入可在赋予WPU抗静电性的同时，提升其耐磨、耐折、耐水、耐候、黏结、耐沾污....