一种高硬度自干型透明防静电涂料及制备涂层的方法和应用与流程

本发明属于涂料，尤其涉及一种高硬度自干型透明防静电涂料及制备涂层的方法和应用。

背景技术：

1、随着电子产品的日益普及和科技进步的飞速发展，对电子产品的性能要求也在不断提高。消费者对电子产品的外观、手感、产品重量等要求日益提高，促使产品向小型化、便携化、数字化方向发展，同时要求功能齐全、可靠性高、性能优越。这些趋势导致电子产品内部电子线路的集成度不断提高，元器件趋于小型化、集成化和模块化，使得元器件对静电冲击的抵抗能力下降。因为静电可能对电子元件造成损害，导致设备故障或性能下降。因此，开发能够有效防止静电的涂料及涂层成为了当前研究的重点。

2、传统的防静电涂料往往存在硬度不足、透光性差、耐候性不佳等问题，无法满足现代电子产品对高硬度、高透光率以及良好耐候性的要求，同时，许多涂料需要高温固化，这不仅增加了生产成本，还可能对设备造成损害。中国专利文献cn115521702a公开一种可增透、高硬度的pedot:pss电子涂层及其制备方法和应用，原料包括以下质量比组分：磺酸改性硅溶胶1.00％-2.00％；聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸12.00％-20.00％；粘结剂10.00％-20.00％；光引发剂0.30-0.50％；流平剂0.10％-0.20％；表面润湿剂0.10％-0.20％；水60.00％-80.00％，然而其制备的电子涂层需要uv固化的方式才能实现增硬，硬化过程较为繁琐。

3、因此，开发一种高硬度、可常温自干的醇性防静电涂料及涂层制备方法具有重要意义。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的问题，本发明提供一种高硬度自干型透明防静电涂料及制备涂层的方法和应用，使得涂层中的溶剂在常温下逐渐挥发，实现自干过程，同时增强涂层的内聚力和稳定性，增加涂层的硬度和耐磨性能。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案如下：

3、本发明提供一种高硬度自干型透明防静电涂料，原料包括以下质量比的组分：

4、

5、

6、余量为乙醇；所述磺酸改性硅溶胶为水玻璃稀释后通过阳离子交换树脂，得到弱酸性的硅酸溶液，然后加入磺酸反应得到。

7、本发明中使用的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(pedot:pss)是一种高效的导电聚合物，具有良好的导电性和环境稳定性；在涂层中加入pedot:pss，可以有效提高涂层的导电性能，从而达到防静电的效果。磺酸改性硅溶胶作为增透增硬填料，能够提高涂层的透明度、硬度和耐磨性能，有效提升涂层的整体性能。正硅酸四烷基酯作为交联剂，与磺酸改性硅溶胶配合使用，可以在涂层中形成化学键合，实现涂料的自干，增强涂层的内聚力；同时作为交联剂，它能够促进涂层各组分之间的交联反应，使涂层更加致密、坚硬。

8、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的涂料中，所述正硅酸四烷基酯选自正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、正硅酸四丙酯、正硅酸四丁酯、正硅酸四戊酯、正硅酸酯中的一种或几种。

9、在本发明中，使用正硅酸四烷基酯作为交联剂，在反应时正硅酸四烷基酯先进行水解，乙氧基被水中的羟基取代，生成具有反应活性的硅醇基团。随后，这些硅醇基团通过缩聚反应形成ho-si-oh键，构建出交联网络。这种水解和缩聚过程使得正硅酸四烷基酯能够迅速而有效地参与交联反应，达到涂料涂布后实现自干的目的，同时具有更好的物理和化学性能。

10、进一步地，优选为正硅酸四乙酯。

11、在本发明中正硅酸四乙酯形成的交联结构具有较高的稳定性和强度。硅氧键的键能较高，使得交联结构牢固稳定。

12、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的涂料中，所述高硬度自干型透明防静电涂料在常温自干后，涂层的硬度为2h–4h，透光率为≥98.0％，表面电阻为106-108ω/sq。

13、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的涂料中，所述高硬度自干型透明防静电涂料在120℃加速固化后，涂层的硬度大于4h。

14、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的涂料中，原料中还包括导电增强剂，所述导电增强剂的质量比0.00％-1.50％。

15、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的涂料中，所述导电增强剂选自dmso、二乙二醇、二丙酮醇、乙二醇中的一种或几种。

16、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的涂料中，所述光稳定剂选自没食子酸、鞣酸、单宁酸、没食子酸的衍生物中的一种或几种。

17、本发明中使用的pedot:pss是易受光照影响的高分子材料，并且使用环境不仅仅局限曝光机台的自干，还有触控屏的in-cell涂层，使用环境是车内中控屏，使用环境中存在较强的紫外线照射，因此需要添加光稳定剂。

18、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的涂料中，所述ph调节剂选自对甲苯磺酸、甲酸、聚苯乙烯磺酸中的一种或几种。

19、在本发明中，由于正硅酸四乙酯的水解需要酸催化调整ph值，所以需要添加ph调节剂，将ph值范围调节到2～3，最佳范围在2.0～2.5之间。

20、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的涂料中，原料中还包括成膜助剂，所述成膜助剂的质量比为0.00％-0.1％。

21、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的涂料中，所述成膜助剂包括流平剂和表面润湿剂。

22、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的涂料中，所选流平剂选自聚醚改性有机硅、丙烯酸、氟碳化合物中的一种或几种。

23、进一步地，优选为byk-333、fs-31、tego-450、tego foamex 100中的至少一种。

24、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的涂料中，所选表面润湿剂选自含氟表面活性剂、聚醚改性有机硅、阴离子类表面活性剂中的一种或几种。

25、进一步地，优选livida＠fl2500、tech276、rewopol sb do 75pg中的至少一种。

26、基于相同的技术构思，本发明还提供利用上述高硬度自干型透明防静电涂料制备涂层的方法，包括以下步骤：

27、s1、用水玻璃通过阳离子交换树脂，得到弱酸性的硅酸溶液；加入质量比为1.0％～3.2％的磺酸，加热搅拌分散、密封熟化、冷却后制得磺酸改性硅溶胶；

28、s2、将聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、导电增强剂和光稳定剂搅拌均匀，得到混合溶液a；

29、s3、将正硅酸四乙酯、ph调节剂、水和乙醇搅拌均匀，得到混合溶液b；

30、s4、按顺序将步骤s1制备的磺酸改性硅溶胶和s2制备的混合溶液a缓慢加入步骤s3制备的混合溶液b中，搅拌均匀，然后按比例加入流平剂、表面润湿剂，搅拌均匀，得到涂布液；

31、s5、将步骤s4得到的涂布液印刷涂布，湿膜厚度为2μm～15μm，常温自干或退火固化后得到涂层。

32、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备涂层的方法中，步骤s1中，搅拌分散的温度为60℃-80℃，时间为4h-8h，密封熟化的温度为80-90℃，时间为48h-72h。

33、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备涂层的方法中，所述高硬度自干型透明防静电涂料在使用时要控制环境温度为20-25℃，相对湿度维持在50-70％rh。

34、在上述环境条件有助于确保涂层能够均匀、稳定地固化，从而保持其高硬度和优良的防静电性能。

35、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备涂层的方法中，所述印刷方式包括凹版涂布、狭缝涂布、喷涂、淋涂、线棒涂布、超声喷雾中的一种。

36、基于相同的技术构思，本发明还提供上述高硬度自干型透明防静电涂料以及利用上述制备涂层的方法所制备的涂层在在电子产品、大理石或陶瓷的静电防护领域中的应用。

37、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的应用中，所述电子产品的静电防护为电子产品的透明可视化区域或内部电子元器件的防静电区域的静电防护。

38、应用于大理石或陶瓷涂层表面时，要控制环境温度为20-25℃，相对湿度维持在50-70％rh。

39、本发明中的常温自干原理如下：

40、(1)溶剂挥发：涂层中的溶剂在常温下会逐渐挥发，这是自干过程中最基本的步骤。随着溶剂的挥发，涂层逐渐变得干燥。

41、(2)化学反应：在正硅酸四乙酯等交联剂的作用下，涂层中的各组分会发生化学反应，形成化学键合。这些化学键合能够增强涂层的内聚力和稳定性。

42、(3)物理固化：除了化学反应外，涂层在干燥过程中还会发生物理固化，这包括涂层中各组分的相互渗透和结晶等过程，使涂层逐渐变得坚硬和耐磨。

43、应用与现有技术相比，本发明的有益效果为：

44、(1)本发明中的高硬度自干型透明防静电涂料，采用水醇体系，可实现常温自干，具有简单易行、成本低廉、生产效率高等优点。

45、(2)本发明所述的高硬度自干型透明防静电涂料，较导电碳黑、碳纳米管和石墨烯防静电涂层具有更高的透明度，涂覆后成膜透过率≥98.0％；较导电高分子具有更高硬度，可满足防静电时限要求高的外涂场合。

46、(3)本发明中的高硬度自干型透明防静电涂料，制备方法具有简单易行、成本低廉、生产效率高等优点，可广泛应用于电子产品静电防护领域，提高电子产品的性能和可靠性。同时，该发明还具有广阔的市场前景和应用价值。