姜方群
(杭州油漆有限公司,浙江杭州310011)
淺色耐油導靜電防腐涂料制備及性能研究
姜方群
(杭州油漆有限公司,浙江杭州310011)
采用金屬包覆云母導電填料、有機防靜電劑與環(huán)氧樹脂、聚氨酯體系復合制備了導電防腐涂料,討論了樹脂對防腐性能的影響及導電填料添加量與導靜電的關系。
環(huán)氧樹脂;聚氨酯;導靜電;防腐涂料
導靜電防腐涂料既能傳導電流排除積累的靜電荷,又能起到防止環(huán)境和介質對設備的腐蝕,在石油化工行業(yè)的運輸、貯存石油制品的設備及電子、計算機行業(yè)的防靜電地坪等方面獲得廣泛應用。
GB 6950—2001《石油罐導靜電涂料技術指標》標準,提出了在石油貯罐內(nèi)壁應使用防靜電防腐涂料,確定石油儲罐導靜電涂料的表面電阻率為105<ρs<109Ω,同時在防腐蝕方面提出了更高的要求。通常導靜電涂料采用添加石墨粉和金屬粉末作為導電填充介質,但在使用過程中也存在許多問題:以金屬填料為主的抗靜電涂料導電性好,但在防腐方面效果并不十分理想,且價格昂貴;以碳黑、石墨為導電介質的導靜電涂料,具有較好的防腐性能,但對油品理化指標(如膠質、酸度、顏色、儲存安定性等)造成一定影響,而且其電阻率亦不夠穩(wěn)定,不易早期發(fā)現(xiàn)隱患等等,故不宜采用碳黑、石墨做導靜電填料[1]。本文主要研究以金屬包覆導電云母填料為主導電介質,高分子環(huán)氧和聚氨酯為成膜樹脂制備淺色導靜電防腐涂料。
實驗用原料及規(guī)格見表1所示。
表1 實驗用主要原材料及產(chǎn)地
原料名稱產(chǎn)地正丁醇工業(yè)級無水乙醇工業(yè)級MIBK工業(yè)級改性胺上海君江化工導電填料上海君江化工JS180抗靜電劑杭州市化工研究院
儀器:ACL MODEL 385型表面電阻測定儀,美國ACL公司
以環(huán)氧樹脂為成膜物質,加入顏料、導電填料、流變劑、助劑等按一定配比制成淺色抗靜電涂料。其中列舉灰色導靜電環(huán)氧聚氨酯面漆主劑配方,詳見表2。
表2 灰色導靜電環(huán)氧聚氨酯面漆配方
工藝流程圖:
主劑的制備:按配方比例將609-40環(huán)氧樹脂液加入配料罐,然后依次加入顏料、助劑等攪勻,經(jīng)砂磨機研磨到規(guī)定細度,再加導電填料并使其分散均勻,即制得主劑。
固化劑的制備:采用公司自行研制的PU40固化劑。首先將合成脂肪酸、苯酐、苯甲酸和多元醇通過加熱酯化反應合成脂肪酸改性聚酯多元醇;然后將此脂肪酸改性聚酯多元醇、TDI加熱聚合反應,再加入適量改性劑降低游離TDI,最后加入一定的助劑攪勻,即制得此固化劑。
將面積150 mm×150 mm×1 mm冷軋鋼板噴砂處理至Sa 2.5級,噴涂樣板一道涂膜,自然干燥后噴涂第二道涂膜,使干膜總厚度達到150 μm,在恒溫、恒濕條件下(23℃±2℃;50%±5%)至涂膜完全固化為止后,樣板待用。
測試前用無水酒精清洗試樣,將ACL MODEL 385型表面電阻測定儀放在需測試樣的表面,按下紅色按鈕并保持穩(wěn)定,直到指示燈不再改變,根據(jù)指示燈的位置讀取數(shù)據(jù)[1]。
成膜樹脂的性質對涂膜的防腐性能、機械性能及施工性能起著關鍵作用。導靜電防腐涂料主要用于油罐的內(nèi)壁和地坪的防腐,因此必須要有優(yōu)異的耐酸堿性能和耐溶劑性,同時也要有良好的施工性能,能在常溫固化干燥。在常用的樹脂中,環(huán)氧/聚酰胺和環(huán)氧/聚氨酯體系的防腐性能最為優(yōu)異[2]。
2.1.1 主劑樹脂的選擇
在本項目中選用中高分子量609-40(E-12)環(huán)氧樹脂,它有較高的羥基含量,與聚氨酯反應后有足夠的交聯(lián)度,從而能保證漆膜有優(yōu)異的耐溶劑性、耐酸堿性和較好的機械性能,特別是耐熱水性,用其它樹脂體系的很難達到要求。見表3。
表3 各種環(huán)氧樹脂固化劑體系的耐熱水性能
E-20/聚氨酯體系在防腐涂料中應用較為常見[3],但實驗中經(jīng)常由于耐熱水的指標達不到要求,出現(xiàn)起泡現(xiàn)象。分析原因可能是E-20樹脂的羥基含量低,交聯(lián)密度小,而造成耐水強度不夠穩(wěn)定。
2.1.2 固化劑的選擇
在防腐涂料中,環(huán)氧樹脂的固化一般選擇胺類固化劑,但在工程施工中常常由于配比的穩(wěn)定性較差,在冬季低溫固化時間較長,在夏季高溫季節(jié)施工時間很短,由于施工難度較大,常常引起質量問題。在本項目中選用聚氨酯預聚物作固化劑,它能與高分子量環(huán)氧樹脂的羥基交聯(lián)反應,可在低溫固化,施工配比容易控制,漆膜具有優(yōu)異的耐水性、耐溶劑性、耐化學品性和柔韌性[4]。
2.2.1 導電填料
在導靜電涂料中添加的導電填料性能決定了涂料導靜電性能的穩(wěn)定性。常用的導電填料有三類:金屬填料、碳系填料和包覆型復合材料。包覆型復合材料是近幾年來出現(xiàn)的新材料,其中導電云母粉是以濕法白云母為基質,采用納米技術,通過表面處理、半導體摻雜處理,使其基質表面形成導電性氧化層,從而制得一類新型電子導電功能性半導體顏(填)料。導電云母粉呈鱗片狀,其外觀一般呈灰白色或淺灰色粉末,具有色淺、化學穩(wěn)定性高、耐腐蝕、導電性好、價格低等特點,與其它顏料配合使用可制成各種淺色、彩色、近白色的永久性導電、防靜電涂料。
按照表2配方將導電云母粉和超細滑石粉按不同的比例添加,測出導電云母粉添加量與表面電阻的關系,見表4。
表4 導電云母粉添加量與表面電阻的關系
從表4可知,就導電粉的添加量而言,涂料的導電性隨其添加量的增加一同提高,當達到某個量時(稱臨界添加量或臨界濃度),導電性能最佳,其后導電性能趨于平穩(wěn)變化或下降。在本涂料中,導電云母添加量控制在20~25%,電阻率較穩(wěn)定,防腐性能及綜合性能優(yōu)異。
2.2.2 有機抗靜電劑
有機抗靜電劑為長鏈的季銨鹽,添加到涂料中能在涂層表面形成一層含水的導電層,從而消除了靜電。在環(huán)氧涂料中,應選擇胺值較小的抗靜電劑,否則它會影響涂料的貯存穩(wěn)定性,在本項目中選擇了高效JS180抗靜電劑,添加量為涂料固含量的0.5%左右,添加后涂膜導電性能穩(wěn)定提高,同時也不影響涂料的耐化學性能。
在本項目中采用導電云母粉和抗靜電劑復合,達到了較好的防靜電性能,同時涂料的施工性能也大大地提升,不會由于涂膜的厚薄不勻而產(chǎn)生導電性能的失效,因而達到技術指標要求。
導靜電防腐涂料的施工對導電性能有一定的影響,特別是配料時應攪拌均勻,防止因導電介質的分布不勻造成的導電不穩(wěn),同時一次涂裝的厚度不能太厚,一般控制在100 μm以下,否則會引起由于導電云母在表面分布少,導電性能下降。抗靜電涂料只有充分固化交聯(lián)后才能體現(xiàn)出良好的物理力學性能和穩(wěn)定的抗靜電性能,通常情況下,常溫固化6天后,涂層的體積電阻趨于穩(wěn)定狀態(tài)。此時,漆膜強度達到最大值,可做各種性能檢測試驗。
在上述各種條件研究的基礎上,確定了涂料的最佳配方,經(jīng)測試其綜合性能見表5。
表5 導電涂料的綜合性能
采用導電云母填料、有機防靜電劑與環(huán)氧樹脂、聚氨酯體系制備的導靜電防腐涂料,具有導電性能穩(wěn)定,表面電阻小于107Ω,達到了GB 6950-2001《石油罐導靜電涂料技術指標》的要求。在配方設計中,成膜樹脂采用較高分子量的609環(huán)氧樹脂與聚氨酯固化劑配合,使漆膜具有優(yōu)異的耐水性、耐溶劑性、耐化學品性和柔韌性。
[1]宋廣成.《石油罐導靜電涂料技術指標》國標應用導則[J].中國涂料,2004,(1):44-46.
[2]譚竹洲.涂料工藝:第三版[M].北京:化學工業(yè)出版社, 1997:660-662.
[3]張學卿.聚氨酯油罐導電涂料[J].現(xiàn)代涂料與涂裝;2007,(9):36-39.
[4]劉國杰.涂料應用科學與工藝學[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,1999:308-309.
10.3969/j.issn.1007-2217.2012.03.008
2012-06-11