涂料电阻率（国家标准）
GB13348-92《液体石油产品静电安全规程》
国家标准第1号修改单
本修改单经国家标准化管理委员会于2008年2月19日批准，自2008年5月1日起实施。
将第5章中第5.1.2条“贮罐内壁应使用防静电防腐涂料，涂料体电阻率应低于108Ω•m（面电阻率应低于109Ω）。”修改为：“储罐内壁可使用防腐涂料，防腐涂料面电阻率宜在108～1011Ω范围之间。”
适用于粉末涂料的颜料按其性能和作用大致可分为：着色颜料、金属颜料、功能颜料、体质颜料等四大类。它们是粉末涂料的重要组成部分，赋予涂层绚丽多彩的色泽、改进涂料的机械化学性能、或降低涂料的成本等。
着色颜料分为有机和无机两大类，几乎能涵盖所有的色相体系。金属颜料主要包括浮型和非浮型铝粉、各种色调的铜金粉和珠光颜料、金属镍粉和不锈钢粉等。功能颜料主要包括荧光颜料、夜光颜料、耐高温颜料、导电颜料等。体质颜料广义地讲有钛白粉（锐钛型和金红石型）、碳酸钙（轻质和重质等）、硫酸钡（沉淀型和天然重晶石型）、滑石粉、膨润土、石英粉等。
配制高质量的粉末涂料离不开选择高质量的颜填料。颜填料对粉末性能的影响见表1。
2 颜填料选择的一些基本原则
2.1 颜料的选择
· 颜料种类繁多，性能不一，并非什么颜料都能用在粉末涂料中。粉末涂料由于自身的工艺特殊性，选择颜料时应注意以下几点。
· 颜料分散性要好，最佳分散粒度为0.2～0.9?m，不易结块。
· 颜料遮盖力和着色力要强。
· 热稳定性要好，至少需耐温160℃以上。
· 颜料要具备一定的耐光耐候性，如不易褪色，抗粉化，物理性能要持久。
· 颜料吸油量适中，抗渗色性要好。
2.2 填料的选择
在粉末涂料中加入一定量的填料可增加涂层的硬度等机械性能，并能降低成本，是调整粉末涂料成本的有效途径。
粉末涂料中应用的填料主要是碳酸钙和硫酸钡，而像膨润土、滑石粉、石英粉等可看成功能性填料，总体用量非常少。
根据生产工艺和原料等因素，碳酸钙可分为轻质碳酸钙和重质碳酸钙两类，这两类碳酸钙在粉末上都有应用。
硫酸钡也有两类：沉淀型和重晶石型。前者为化学反应制成，后者由天然重晶石研磨而成。
选择填料应注意的问题是：
·填料白度要高，可减少钛白粉的用量。
·杂质要少，考虑到粉末涂料的工艺特殊性，填料中杂质多将影响涂膜的表面装饰性（涂层表面颗粒多，流平差）。
·粒度过于粗的填料不要选用，因其不易分散，对螺杆有磨损。
·填料要松散，不能结块，含水量要低。
3 调配色提示
（1）习惯上色彩大体可分为红、橙、黄、绿、蓝、紫、黑、白等几大类。各颜色之间存在着一定的关系。我们可用三个参数来表征任何一个颜色，即色调、饱和度和明度。
色调是区别各个颜色的基本特性，决定于光源的光谱组成，及物体表面反射光波对人眼所产生的感觉，体现了颜色在“质”方面的特性。
饱和度为颜色在“质”的基础上所表现出的彩色纯度，又称为“彩度”。
明度是人眼对物体颜色明亮程度的感觉，每个人在判断上有差异。
（2）红、黄、蓝是三原色，不能再分解。其它颜色都是由这三种颜色搭配而成的。
（3）技术员在调色时须注意所要求的颜色属于哪一类，以哪种颜色为主色，并要考虑颜基比（PVC值）和颜料的遮盖力以及成本核算。有关这方面的内容将另文详述。
4 各类颜料简述
4.1 着色颜料
4.1.1 无机颜料
① 炭黑
炭黑为最重要的黑色颜料，由于生产工艺的不同，炭黑的色相、着色力、分散性都有很大的差别。主要有乙炔黑、槽法炭黑、灯黑等。炭黑具有良好的抗紫外线性能。
适用于粉末涂料的炭黑推荐卡博特（Cabot）的REGAL 330R和日本三菱的MA-100，它们均是蓝相炭黑，色相纯正，典型数据可参考表2。
② 氧化铁颜料
这类颜料主要分为三类：铁黄、铁红和铁黑（包括铁棕）。氧化铁颜料在粉末涂料中应用很普遍，价格低廉，无毒，易分散。这里列举德国拜耳和国内某厂的系列氧化铁颜料的基本性能参数（见表3和表4）。
③ 铬系颜料
主要包括铬黄、钼铬红、铬绿等三类。该类颜料色泽鲜艳，耐酸碱性能好，着色力强，易分散，在国内粉末界使用非常普遍。铬系颜料耐热性和耐候性较氧化铁系颜料差一些。铬黄按照色相，又可细分为柠檬黄、淡铬黄、中铬黄、深铬黄、桔铬黄等，应用较为普及的是柠檬黄和中铬黄。铬黄的基本性能见表5。
各厂家生产的铬系颜料品质差异很大，需注意选择。用于粉末涂料的铬系颜料推荐采用上海铬黄颜料厂的产品，以及国外厂家如加拿大的DCC公司，德国巴斯夫和瑞士等的相关品种，但国外公司的产品价格较高。
④ 群青，群青的化学名称等铝磺化硅酸钠，色相丰富，从粉红到紫色都有，耐热性良好，无迁移性，无毒，易分散。耐酸碱性差，户外粉一般不采用。
国产群青的色相品种较少，鲜艳度低，着色力偏低。推荐采用英国HOLLIDAY公司的系列产品，如RS-05、RS-08和RS-32等牌号。
这里顺便介绍该公司的锰紫，化学名焦磷酸锰铵，具有独特的颜色，色调柔和高雅，耐温可达250℃，无迁移性，耐光达7～8级，多用在白色粉末中。
⑤ 其它无机颜料
铁蓝，分子式：Fe4[Fe（CN）6]3?XH2O。具有较好的综合性能，使用面不广。
钛绿、钛蓝都是钛酸盐，同时含有金属镍（Ni）、锌（Zn）和铝（Al）。钛绿耐碱，耐热性差，一般用于户内场合。钛蓝性能尚可。它们的应用面不广。
4.1.2 有机颜料
① 酞菁蓝
酞菁类颜料。国内粉末厂多选用酞菁蓝BGS，属国标产品，色光为绿相蓝，β晶体，有较好的分散性和着色力。 进口酞菁蓝建议采用巴斯夫的L7072D和L7090，或德国科莱恩的B2G。
从综合性能和多年的使用实践看，国产酞菁蓝尚无满足粉末涂料的及其要求品种，绝大部分粉末厂多选用进口酞菁蓝加以弥补。
要获得色相纯正的酞菁绿不易，国产酞菁绿大多呈黄相，主要供应商有上海染化一厂和上海染化十一厂、江苏双乐化工、安徽合雅化工等。
进口酞菁绿，主要用于汽车品种，多推荐德国科莱恩、瑞士汽巴、德国巴斯夫以及日本的大日本油墨等公司的产品。聚酯型等粉末要求一定的耐候年限，应选择进口酞菁绿，质量才有保障。
③ 有机黄
主要是单、双偶氮类颜料，品种很多，有永固黄、联苯胺黄、耐晒黄、分散黄、颜料黄等。除分散黄和颜料黄外，绝大多数有机黄的耐候性差，不宜用于户外耐久性的涂料（参见表10）。
如没有特殊要求，这些颜料都可选用。科莱恩公司生产的该类产品，性能超群，可在耐候性粉末中选用，主要有HOSTAPERM黄 6GL，黄H6G、H2G、H3G、HR70、M2R70。国内颜料厂推荐杭州百合化工公司的产品，它们的部分黄颜料效果也较好。
有机黄类颜料具有较高的吸油量，在粉末中使用量高时，易出现分散不良和渗色等弊端。调色时应注意。
④ 有机红
与有机黄一样，也有很多种类。常用的品种有永固红、耐晒大红、甲苯胺红等。选择有机红配制粉末涂料，必须考虑耐热性，许多有机红耐温只有120℃，无法满足粉末的生产和应用工艺要求。必须选择耐温＞180℃的品种。普通有机红不能应用于户外耐候的场合。
其中有几个品种值得关注，如永固红F2RK和F5RK。它们是单偶氮的色酚AS系列颜料。红色纯净，流动性优良，遮盖力和着色力相当好，是世界范围内粉末涂料行业广泛采用的红色颜料。
⑤ 有机橙
品种较少，粉末涂料中用得也少。这里推荐科莱恩的几个产品：
·NOVOPERM橙H5G70，为单偶氮的苯并咪唑酮颜料，黄光橙，深色，具有卓越的耐光性，遮盖力和流动性好。
·NOVOPERM 橙HL，结构与上同。总体上各项性能优越。
·PERMANENT 橙RL70，与上同系列。从经济角度考虑，是替代钼铬红的最理想选择。遮盖力和流动性非常好。
⑥ 有机紫
重要的有机紫颜料有两类，即喹吖啶酮紫和永固紫，参见表11。
喹吖啶酮紫坚牢度优良，耐温性好，但价格高，难以普遍推广。
永固紫颜色纯净，耐温性好，综合性能优良，在粉末中应用较普遍。
4.3 金属粉颜料
4.3.1 铝粉
分浮型和非浮型两大类。浮型铝粉金属感强，遮盖力高，粉末涂料中加入少量的铝粉即能完全覆盖涂层表面；非浮型铝粉的表面经过特殊包膜处理，主要体现金属闪烁效果。用电子显微镜观察，铝粉呈薄片状。在粉末涂料中，铝粉必须采用后混，且须温和搅拌。高速或强力搅拌将破坏铝粉尤其是浮型铝粉的片状结构，使其失去金属效果。含铝粉的粉末涂料不宜用于室外涂装，因为铝粉主要成份是金属铝，虽然非浮型铝粉经硅等材料包膜，但在自然曝晒的环境中，铝粉在光照和湿度等条件下，很快就会发生氧化等化学物理变化，表现为金属感减弱，涂膜发灰发暗，出现灰斑等。
铝粉生产工艺也较特殊，虽然国内众多的铝粉厂曾相继推出一些铝粉新产品，以期进入粉末涂料市场，但经几年的跟踪调查，其质量、表面效果和稳定性都无法与国外老牌企业相比，所以国内粉末厂无论大小，都尽量选用进口铝粉。
国外著名的铝粉供应商有：德国爱卡和苏伦克，奥地利的班得鲁兹，美国的斯利伯拉恩等。常用的品牌有：爱卡的IV，V，X；苏伦克的PP1170和PP110等；班德鲁兹的AL7080和AL2081等。
4.3.2 铜金粉
主要成分为铜，根据不同的色相要求掺加部分的锌和锡等。铜金粉色相丰富多彩，有古铜、红金、青红金、纯金光、柠檬光及品种。选用不同色相和粒度的铜金粉拼混入粉末中，可得到从丝柔到粗亮的效果。铜金粉色调柔和，古朴淡雅。
铜金粉的主要成份皆为活泼金属，暴露于空气中易氧化，不宜用于户外耐候的场合；铝粉能耐温高达1000℃，而铜金粉恰相反，普通铜金粉耐温在180℃左右，而且在180℃下较长时间要变色发黑。许多厂家用二氧化硅包膜铜金粉，以期提高耐温性。
4.3.3 珠光颜料
珠光颜料是在透明的云母片表面，牢固地包覆一层厚度严格控制的透明高
折射率的金属氧化物膜（TiO2、Fe2O3、Cr2O3），依靠对光线的折射和透射来体现色相和光泽，再现自然界珍珠、贝壳、昆虫及金属所具有的优雅光泽和颜色。
珠光颜料主要有银白、彩虹、金色三大系列（具体指标见附录）。应后混入粉末中，不能挤出，那样会破坏颜料的结构而失去珠光效果。珠光颜料在粉末中的添加量不宜超过2%，否则喷涂困难，颜料易堆积在枪口和枪管内，影响喷涂效率和质量。
4.3.4 其它金属颜料
主要有不锈钢粉、镍粉等，使用面很窄，且效果不突出，此处不作推荐。
4.4 功能颜料
4.4.1夜光颜料
为碱土金属铝酸盐系稀土蓄能发光材料，耐光性优异。在粉末涂料中添加量较大（＞10%），采用后混工艺。发光时间＞12h（参见常州华珠颜料公司的相关产品）。
4.4.2 导电颜料
用得较多的是导电炭黑，平均粒径25nm，比表面积125～200㎡/g。现已开发出浅色导电颜料，为灰色粉末状，电阻率<100Ω?m。配制粉末涂料时采用夜光颜料可以降低涂层表面电阻，使其具有抗静电效果，防止涂层表面积灰尘和聚积电荷，适于电子产品装配台和机房地板等场合的应用。
应当注意，金、银、铜等金属粉颜料和抗静电剂（阳离子季铵盐、阴离子烷基酸酯），都有类似抗静电作用，大多在挤出时加入，加入量过大将导致粉末电阻过低，粉末喷涂时的带电性将变差。
4.4.3 高温颜料
一般为无机氧化物，主要颜色有黄、蓝、绿、黑。耐温>800℃，具有优异的耐候性。
4.4.4 荧光颜料
用于制作荧光粉末涂料，应当选择耐温性好的荧光颜料，同时要考虑其分散性和着色力。目前能用于粉末涂料的荧光颜料主要有桃红色和绿色。
4.5 体质颜料
4.5.1 钛白粉
是最好的白色颜料，由于使用量大而常归入体质颜料中。用于粉末涂为可有效地散射可见光而赋予涂膜白度（whiteness）、亮度（brightness）和不透明度（opacity）。在苛刻的条件下依然具有化学惰性、不可溶性和热稳定性。
商用钛白粉通常有两种结晶形态，即锐钛型（Anatase）和金红石型（Rutile）。
R型（金红石型）钛白粉在粉末中用得最多，它不是纯的钛白粉，大都经过沉淀或机械掺合氧化铝或二氧化硅，使其附着于钛白粉粒子表面，以改进性能，如遮盖力、易分散性、耐候性和抗褪色性。国内常用的钛白粉品种有镇江钛白粉厂的ZR940，甘肃华原核工的R214，杜邦公司的R706和R902，美联的 RCL575和RCL69以及科美基的CR828和CR822等。
为降低粉末涂料成本，在适当的场合，也可选用A型（锐钛态型）钛白粉，但由此制成的粉末涂为不耐高温和光照，光泽也不稳定，必须充分考虑。
4.5.2 其它白色颜料
主要有立德粉、硫化锌、铅白、氧化锌等。在粉末涂料中用得越来越少，它们与钛白粉性能的比较见表12。
2. 美联 RCL-575技术资料
RCL-575采用氯化法生产，经氧化铝/有机物包膜处理，为金红石型二氧化钛颜料。
主要物理性能见表14。
3. 选用钛白粉时应考虑的几个问题
3.1 分散性（Dispersion）
颜料在库存或包装过程中所形成的结块（clumps），在分散和搅拌后能与树脂
等其它成份混合均匀。良好的分散不仅可消除涂膜中出现的斑点（specks）和条纹（streaks），且可保证有最大的光散射率。
3.2 耐候性 （Weatherability）
涂膜暴露于自然环境中会产生劣化（degrade）。若含有足量的R型钛白粉，
可有效地吸收具破坏性的紫外线，将其转化为热能而防止涂层降解。钛白粉本身会发生光化学反应，暴露于阳光中会催化某些有机树脂的氧化反应，导致涂层机械强度的减弱或丧失，涂层粉化（chalk）。粉化涂层包含了松散的钛白粉和由表面磨损留下的离解树脂。经铝和硅等无机物表面处理过的钛白粉能够减低这种劣化的程度。
3.3 抗裂孔性（Lacing Resistance）
裂孔现象（粉末涂料固化过程中偶而会出现的针孔现象）通常缘于小分子物质的挥发。经铝和硅等无机物表面处理的钛白粉通常可增加挥发物被吸收的数量。一些质量不佳的钛白粉在高温挤出时即出现裂孔。钛白粉如果储存不当，也会因吸收湿气而导致裂孔的出现。
3.4 导电性（Electrical Properties）
钛白粉是优良的绝缘体，具有高电阻系数和高介电强度，因此测量钛白粉的导电性没有意义。
3.5 结晶形态与反应性
商用钛白粉有两种结晶形态--R型和A型。A型不宜用于户外场合，它在保护有机聚合物抵抗高能和紫外线方面效果很差，且会引起聚合物的光氧化，导致许多性能的丧失，并形成聚合物和钛白粉的粉化积层。
附录二 铝粉及珠光颜料
注：1. 沉淀硫酸钡，PH=6.5～8.5，折光系数1.67，耐酸碱，白度高，易分散，不透明，无毒。
2．轻质碳酸钙，PH=7.6～9.8，折光系数1.48,耐碱，遇酸分解，一般不溶于水，白度高，有一定消光作用。
3．白炭黑，耐光，耐高温，不耐纯碱和氢氟酸，可作消光剂。
4．石英粉，耐酸碱，耐磨。
5．硅灰石（硅酸钙），吸油量低，电性能好，无毒。
油漆电阻率，也就是油漆的导电值，通常在20-30MΩ的范围内，高了或低了都不行的。
在现代的表面涂装工艺中，静电喷涂以其涂料利用率高，表面质量好，涂装效率高，喷涂作业环境整洁等多个优点，被越来越多的制造企业广泛地采用。但是在静电涂装制程中，待喷产品的材质不同，结构和形状的差异，不同涂料的特性，喷涂设备的质量和配置以及合理的控制参数等多重因素都需要充分地考虑，以避免其导致最终产品的喷涂质量不能满足预期要求。而作为喷涂工艺基础参数的溶剂型涂料电阻值，在喷涂项目的实施之前，是一个重点确认的项目。合理地调整喷涂作业的溶剂型涂料电阻值，能够极大地提升涂料上漆率，降低企业的运行成本以及提高生产品质。
银铜导电漆：
NX-202是深圳市南祥导电漆公司的一款添加银铜导电粉的有着优良电阻的导电银铜漆。喷涂在电子类产品壳体内部，导电油漆膜干燥后导电银铜粉形成致密的导电层薄膜能起到很好的屏蔽电磁辐射、抗电磁波干扰功能。NX-202因其优良的导电性能和纯银导电油漆相差无几，性价比又极高，因其价格低、喷涂面积大、喷涂层平整细腻。NX-202银铜漆操作简单等特点深受客户青睐。现在被广泛应用于各类电子产品外壳内部。
导电铜粉漆：
NX-204是深圳市南祥科技公司的一款单独添加导电铜粉的导电铜粉漆。用于喷涂在塑胶壳体内，导电铜粉漆操作简单，和普通喷漆一样。干燥后能起到很好的屏蔽电磁辐射、抗电磁波干扰功能。NX-204导电铜粉漆电阻优良可达1欧以下，性价比又极高，价格低、喷涂面积大、操作简单等特点深受客户青睐。现在被广泛应用于GPS、DVD、DVB、医疗器械等各类电子产品外壳内部。
导电银漆：
NX-101b是深圳市南祥科技公司的一款添加银粉的银导电漆。用于喷涂在高端电子类产品内，银导电漆膜干燥后导电银粉连接形成致密的导电层薄膜能起到最好的屏蔽电磁辐射、抗电磁波干扰功能。极其细腻的金属粒子和优良的导电性适用于高端的电子产品。
NX-401b是深圳市南祥科技公司的一款以镍金属导电粒子为导电的导电漆。镍导电漆直接喷涂在电子类产品壳体内部，干燥后导电镍粉连接形成致密的导电层薄膜能起到很好的屏蔽电磁辐射、抗电磁波干扰、消磁功能。NX-401b镍导电漆因其特殊的消磁功能被广泛应用于医疗器械产品外壳内部。
颜色：深灰、黑灰或银灰
NX-300系列五金导电漆是由几款以铜基,银基,镍基为导电填料而开发的具极优秀导电性能的五金导电漆。单组份、省工、省时、便捷、附着力好、平整、内聚力强、无疏松粒子，可用于金属、复合材料为基材的板金、镀锌电解板。NX-300五金导电漆主要用于五金产品的涂布材料。五金导电漆干燥固化后漆层性能稳定，不脱落。具良好的导电性能和防锈功能。
随着石油化工行业的快速发展，石油贮罐安全问题日益受到人们的重视。成品油在输送过程中容易产生静电荷，这些静电荷如果得不到及时有效地释放，将会在油品表面聚积，产生电火花，造成爆炸事故。研究油罐内壁环氧导静电涂料，对保证石油贮罐的安全使用、排除静电荷的积累有着重要意义。
新型环氧导静电面漆从根本上解决了易燃易爆品运输过程中易产生静电或火花的问题，保证化工产品运送途中的安全问题且达到了金属防腐的目的。
组
成
：由环氧树脂、纳米导电微粒、耐腐蚀颜填料、助剂及固化剂组成的双组份涂料。主要特性良好的耐油性，耐溶剂性，耐化学品腐蚀性；附着力好，物理性能优良；导电性符合gb6950-2001标准，长期使用导电性无变化，对油品无污染。
用
途：用于石化、油田，储运行业钢制液体燃料、气体贮罐，管道内部导静电的防腐保护以及其他需要抗静电和消散静电的部件的保护涂装。
2、喷涂距离：150~200mm。
3、涂料粘度：9~30秒（岩田2号杯测量）。
4、静电喷枪被涂物必须确保有效接地，还有不详地方请找——弘大喷涂机电。
导电涂料是20世纪60年代末产生的新的涂料品种。导电涂料的涂层具有导体、半导体的性能。它是由基料、填料、溶剂、助剂所组成。组成中至少有一种组分具有导电能力，使涂层的体积电阻率小于10欧姆-cm。导电涂料可以分为导静电涂料和导电涂料。
在涂装间内的导电性物体须明确区分是高电压电位或是接地电位，除了应施加高电压者或部位以外，必须确实予以接地，这是第一原则。
1、充分清扫鞋底。
2、作业员须穿通电性鞋子(皮底鞋则有通电性)。
3、使用静电手提喷漆枪的作业员，必须以赤手操作喷漆枪。
4、吊挂被涂物的吊架充分清扫，常保持被涂物为接地电位。(注意吊架的接点)
5、涂装间内地面须经常保持为导电状态。
6、涂装间内的导电性物体须确实予以接地。
7、洗净用溶剂槽为固定式并确实予以接地。
二、使用及操作上只让发生形成火灾灾种的物件放电。被认为有带电的静电喷涂设备或涂料槽等，充分换气后实施接地，并使残留电荷逃逸后使用。
1、定期清扫涂装机的涂料尘污染。
2、不得使用如会滞留溶剂蒸汽的涂装机污染以防止被覆。
3、确实转紧高电压电缆或涂料皮管的松弛或脱落。
4、涂装终了时高电压必须关闭，洗净操作前确认有关高电压。
5、在使用导电性涂料，并涂料供给系统从接地予以绝缘时，实施涂料补给于涂料槽，则首先实施涂料槽接地。
6、若使用溶剂洗净绝缘材料的部分时，在确认溶剂干燥后施加高电压。
做好以上措施，静电喷涂设备的使用会更顺手，也有利于工作效率的提高。
导电漆就是能用于喷涂的一种油漆干燥形成漆膜后能起到导电的作用，从而屏蔽电磁波干扰的功能，目前应用电子、电器、航空、化工、印刷等多种军、民用工业领域中，导电漆喷涂施工需要注意什么呢?
一、导电漆使用前工作
1、将准备用于喷涂的导电漆要充分搅拌均匀，之后可以直接用于喷涂，不再稀释。
2、喷涂时视工件选择喷枪,将喷油枪风量尽量调小，油量适中，喷涂中采用 湿喷方式,并保证所喷涂表面漆膜均匀、光滑,对难上油部位适当加喷。
3、干燥时间:5分钟空气干燥后,再于60℃-70℃下强制干燥30分钟,或者连续12小时自然干燥。
二、注意事项
1、喷涂前应充分搅拌，将罐底导电粉搅拌均匀后再使用。
2、喷涂时，开好的油罐中应带有自动搅拌装置，或者酌情进行手动搅拌保持导电漆处于均匀状态。
3、喷枪油量调整适当，在湿喷的前提下应尽量减小风量，不能出现干喷现象，对一些难上油的角落应加喷，以保证整个涂膜连续均匀达到良好的导电性。
4、测量时，应将工件冷却到室温再测量电阻。
杨华明 胡岳华 张慧慧
（中南大学资源生物学院，湖南长沙 410083）
摘要 以重晶石粉为基体，用化学共沉淀技术表面包覆掺杂的锡氧化物制备复合导电粉末。 采用正交实验设计方法，确定了复合导电粉末制备的优化条件，制得平均粒径为4.3μm、电阻率为8.1Ω·cm的复合导电粉末。研究了导电粉末用量对涂层电阻率的影响，当粉末添加量在20%～45%时，所制备导电涂料的电阻率仅为10Ω·cm。导电涂料对于频率小于100MHz的电磁波可以达到中等屏蔽值（40 dB），可应用于手机、笔记本电脑、电子医疗设备和军事设施等领域的抗电磁波干扰。探讨了导电粉末在导电涂料中的导电网络及赋存状态，认为导电粉末在涂料中的良好分散性并形成网络结构是确保涂料导电性的关键。
关键词 超细重晶石粉；复合导电粉末；掺杂；导电涂料；屏蔽特性
第一作者简介：杨华明，男，38岁，浙江省绍兴市人，博士、教授、博士生导师，主要研究领域为矿物资源精加工、功能矿物材料和无机非金属材料。电话：0731-8830549；E-mail：hmyang@mail.csu.edu.cn。
一、前言
导电粉末已广泛用于电子电器、航空航天、军事、电磁屏蔽和抗静电等领域，传统的导电粉末有金属粉末、炭黑、石墨、碳纤维、金属纤维和金属氧化物等。其中，金属粉末价格较贵，易氧化而降低导电性能；金属纤维混合分散不均，加工过程中易折断和发生取向，只用于导电性能要求特别好的电磁波屏蔽等场合；石墨所需的添加量较大（wB＝30%），使制品的性能变脆；碳纤维价格昂贵；金属氧化物粉末的导电性能较差；实际应用较多的是炭黑，尽管炭黑能赋予材料优良的导电性能，但是其色彩单一、着色性差的缺点很难满足不同领域和用户的要求。一般用于导电材料的导电粉末，要求其电阻率小于10Ω·cm。通过某些物理化学处理，把价格低廉的天然矿物加工成复合导电粉末，将促进导电复合材料的发展，也为矿物的高附加值开发提供一条新的途径。本文以重晶石粉为基体、采用化学共沉淀技术来制备复合导电粉末，并应用正交实验方法优化制备工艺。
二、实验方法
将重晶石矿物原料进行提纯、分级、粉碎，采用搅拌球磨机，以φ30mm的ZrO2球作介质，细磨得到不同粒径的超细重晶石粉。所用试剂四氯化锡（SnCl4·5H2O）、三氯化锑（SbCl3）、氢氧化钠和盐酸均为分析纯。激光法测粉体的粒度，白度仪测粉体的白度。
导电粉末制备的基本过程：取适量的超细重晶石粉置于一个500 mL的烧杯中，加蒸馏水（固体浓度为40%）搅拌，加热到设定的温度，将按比例配好的SnCl4/SbCl3盐酸溶液和40%左右的NaOH溶液分别均匀滴加，并使其维持在相应的pH值。滴定应控制在15～20 min内完成，继续搅拌10 min。取出烧杯后静置20～30 min，经过滤、蒸馏水多次洗涤，并除去游离的Cl-（可用AgNO3溶液检验至无白色沉淀生成）。滤饼经烘干、研磨成粉末，再置于瓷舟中在设定温度下焙烧30 min，冷却即可。
粉末电阻率测试：将粉末装入有机玻璃模子中，用电阻测定仪测量粉末电阻R，再由公式ρ＝R×A/H［式中ρ为粉末电阻率（Ω·cm），R为实测电阻值（Ω），A为粉末柱横截面积（cm2），H为粉末柱高度（cm），本实验中A＝0.915 cm2］，计算得到粉末的电阻率ρ。
使用的仪器设备为：ZJM-20搅拌球磨机，DT890A型电阻测定仪（0～200 MΩ），5-12型箱式电阻炉，Hydro-2000MU粉末粒度分析仪（Malverm公司），Autosorb-Ⅰ型比表面积测定仪和WSD-Ⅲ型白度仪。
根据以前的相关研究结果，影响导电粉末电阻率的主要因素有SnCl4·5H2O/SbCl3摩尔比、水解pH值、SnCl4·5H2O用量、水解温度和焙烧温度。本文采用正交实验设计：5 因素、4 水平的正交表L16（45）见表1。
表1 正交实验的因素及水平
三、复合导电粉末的制备
（一）正交实验结果
按照表1设定的条件进行实验研究，计算所得的粉末电阻率ρ见表2。
表2 正交实验的结果
注：超细重晶石粉基体的平均粒径4.1μm，白度82.4%，比表面积71.7 m2·g-1。
（二）极差分析
正交实验的极差分析见表3，用Kij表示第j列上水平号为i的各组试验验结果之和， 表示因素j第i水平的实验指标平均值（平均电阻率），极差Sj表示因素j的4个水平中平均实验指标的最大与最小值之差。由下式：
表3 正交实验的极差分析
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计算 、Sj，结果列入表3。本实验中的实验指标即为粉末电阻率ρ，并且要求电阻率越小越好，即min｛ ｝对应水平为该因素j的最佳条件。
由直观分析可得，制备重晶石基复合导电粉末的最佳工艺条件为A1B2C4D1E3，即水解pH值1.5，SnCl4·5H2O/SbCl3摩尔比15∶1，SnCl4·5H2O为15%；水解温度50℃；焙烧温度600℃。极差Sj越大表明该因素对实验结果影响越大，由表3可看出因素主次关系为C＞B＞A＞E＞D，即各因素对粉末电阻率影响由大到小依次为SnCl4·5H2O用量、SnCl4·5H2O/SbCl3摩尔比、水解pH值、焙烧温度、水解温度。
（三） SnCl4·5H2O用量对粉末电阻率的影响
从上述正交实验中表明，SnCl4·5H2O用量对粉末电阻率影响最大。导电粉末的导电性能主要取决于粉末基体表面的掺锑SnO2包覆层。物料配比一定时，SnCl4·5H2O的加入量过少，基体表面不能完全被包覆或包覆层很薄而难以形成连续的导电网络结构，导电粉末基体的暴露点增多。随着水解反应物料量的增加，导电网络结构逐渐形成并完善。此时，导电粒子表面可以看作是由无数个并联的小电阻，粉末电阻率降低。当粉末量到达一定量时，导电网络已经形成，导电粉末的电阻率随加料量的增加而趋于不变。在 SnCl4·5H2O/SbCl3比例一定的情况下，随着SnCl4·5H2O量的增加，Sb5＋取代Sn4＋而进入晶格中，使导电粉末的外观颜色变深。本实验固定其他条件（均为正交实验的最佳条件），研究SnCl4·5H2O用量对实验结果的影响，如表4所示。由表4可看出，随着SnCl4·5H2O加入量的增多，导电粉末的导电性能增大，这一结果与上述正交实验的结论相一致，但粉末白度降低，颜色加深。
表4 SnCl4·5H2O用量对粉末电阻率的影响
注：用作基体的超细重晶石粉，平均粒径4.1μm，白度82.4%，比表面积71.7 m2·g-1
（四）原料粒径对粉末电阻率的影响
原料粒径对粉末的导电性也有很大的影响。粉末电阻率测定有如下的关系：
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式中：Rs为粉末电阻的测定值；R为粉末粒子电阻；R1为粒子之间的接触电阻；R2为粒子内部的微气孔产生的电阻值；R3为试样与压柱之间的电阻。
通常，R2、R3值不大，可忽略，R值对某种粒子来说是常数。因此，测试电阻值Rs主要取决于R1值。粒径越小，单位体积的试样中的粒子个数增加，粒子之间的接触电阻R1值增大。另一方面，粒径太大不利于水解产物的均匀吸附，且不能满足某些领域的应用要求。固定由正交分析确定的最佳条件而改变重晶石基体粒子的细度进行试验，结果如表5所示。当原料平均粒径为4.1μm时，产品的体积电阻率最低（8.1Ω·cm），达到了同类产品标准。
表5 原料粒度对导电粉末电阻率的影响
注：d0和S代表重晶石粉末的平均粒径和比表面积；ρ和d代表导电粉末的电阻率和平均粒径。
四、锑掺杂锡氧化物的缺陷与能级效应
利用重晶石的天然特性，在重晶石表面覆盖一层掺锑的SnO2层就可以制得导电性能优良的浅色导电粉末。纯的SnO2导电性能差，经过适当的掺杂处理后则具有半导体性质。根据能带理论的能级模型，当禁带宽度降到一定程度时，室温下，热能（晶格振动）就可使电子跃迁到导带而实现导电。在半导体每单位体积的载流子数一般比每一单位体积的原子数要少得多。绝缘体、半导体与导体的能级模型如图1所示。
图1 绝缘体、半导体及导体的能带模型
阴影为电子占据的范围
绝缘体禁带较宽，一般大于4eV，满带上的电子被激发的几率极小，不能导电；而半导体的禁带的宽度较小，电子被激发的几率较大，有一定的导电能力。图2为费米能级与温度的关系。复合导电粉末的制备过程中，采用锑掺杂锡的氧化物，并通过掺杂以期达到获得高性能的产品，锑掺杂氧化物Sb：SnO2的能级见图3。
图2 费米能级与温度的函数关系示意图
1—施主半导体；2—受主半导体；3—导带中电子简并
图3 掺杂锡氧化物Sb：SnO2的能级图
掺杂可以增加基体的导电能力，这也是半导体导电的主要原因；同时，掺杂缺陷的存在引起非整比化合物的生成，这类非整比化合物对材料的导电性能有很大的影响。根据晶体学可知，缺陷反应中填隙类型存在的可能性不大，而由于离子半径大小，形成氧空位的可能性也不大。
由于氧离子半径较大，锑掺杂锡氧化物最主要的掺杂反应是：
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五、复合导电粉末在涂料中的导电网络
抗静电和导电涂料是复合导电粉末的最大应用领域，环保、功能性涂料已成为国内外研究的重点。导电性主要取决于导电粉末在聚合物基料中的分散状态，若分散不均匀，则整个复合体系不具有导电性，当粉末颗粒均匀的分布在聚合物基体中，形成网络状，整个复合体系才会具有导电性。影响涂料导电能力的关键因素有两个：一是粒子之间的接触数目，这实际上即导电通道的多少；二是粒子之间接近程度。图4表示导电粉末在导电涂料中的存在形式，图5表示导电涂料中的粉末颗粒在涂膜形成过程中可能出现的接触状态和等效电路。
图4 导电粉末在导电涂料中的赋存状态
图5 粉末颗粒的接触状态和等效电路
六、复合导电粉末用于生产屏蔽涂料
复合导电粉末一个重要的用途是生产抗静电和屏蔽涂料，广泛应用于储油设施、电子元件封装、超净化环境、国防设施、防腐工程和电磁波干扰（electromagnetic interference，EMI）等领域。随着工业的日新月异，对导电涂料的要求也越来越高，早先开发出的静电涂料在使用中暴露出许多问题来：以金属系粉末（如金粉、银粉、镍粉）为主的导电涂料的导电性好，但其价格昂贵，使用价值不大；铜粉价廉，但易被氧化；碳系粉末为主的导电涂料的导电性和耐腐蚀性好，但耐油性和附着力差，并且涂料的颜色较深。为了解决上述问题，德国、法国、日本等国家分别在20世纪90年代研制出以金属氧化物为导电粉末的浅色、白色导电涂料，但成本较高。
图6 导电粉末填充量对屏蔽涂层电阻率的影响
图7 屏蔽涂层的屏蔽效应
采用本项目研制的高性能复合导电粉末，通过考察其用量对涂层电阻率的影响（图6），涂层电阻率用ACL 385型电阻率测试仪检测。当粉末添加量在20%～45%时，所制备的丙烯酸屏蔽涂料涂层的电阻率小于10Ω·cm，而纯丙烯酸涂料电阻率大于105Ω·cm。
根据Schelunoff理论，屏蔽效应的总和S为
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当复合导电粉末（ρ电阻率）的用量为20%、涂层厚度（t）为40μm时，屏蔽涂料的效果与频率（f）的关系见图7，这种涂层对于频率小于100 MHz 的电磁波可以达到较好的屏蔽值（35～40 dB），可应用于手机、笔记本电脑、电子医疗设备、电子计量等电子产品的抗电磁波干扰。
Preparation and Application of Advanced Barite-matrix Composite Conductive Powders
Yang Huaming，Hu Yuehua，Zhang Huihui
（School of Resources Processing and Bioengineering，Central South University，Changsha 410083，China）
Absract：Barite-matrix composite conductive powder coated with antimony-doped tin oxide（Sb-SnO2/BaSO4，SSB） has been successfully prepared by chemical co-precipitation technology.The optimum processing parameters of preparing composite conductive powder are determined by orthographic method.The conductive powder with 4.1μm of average particle diameter and 8.1Ω·cm of volumetric electric resistivity is prepared under the optimum parameters.Effect of SSB percentage on resistivity of coated layer was investigated.The resistivity of acrylic acid paint was only 10Ω·cm when percentage of SSB reaches 20%～45%，which indicates interesting application potential in several fields.Conductive paint with SSB as filler shows excellent shield value（40dB） to electromagnetic waves of less than 100MHz.It can be widely applied in the fields of mobile phone，notebook PC，medical facility，electronic measuring apparatus and military establishments for antijamming of electromagnetic waves.Conductive network and condition of conductive powder in conductive paint were primarily discussed，it is indicated that well dispersion and network formation of conductive powder in paint is the key to keep better conductive property of paint.
Key words：ultrafine barite powder，composite conductive powder，doping，conductive paint，shield property.
