浅色厚浆型导静电环氧涂料的研制

   日期:2022-05-16     浏览:132    
核心提示:浅色厚浆型导静电环氧涂料的研制高 波1,2 姚敬华1,2 陈乃洪1,2 方大庆1,2(1. 厦门双瑞船舶涂料有限公司,361101 ;2. 中船
浅色厚浆型导静电环氧涂料的研制

高 波1,2 姚敬华1,2 陈乃洪1,2 方大庆1,2
(1. 厦门双瑞船舶涂料有限公司,361101 ;2. 中船重工725 研究所厦门分部,361002)

0 引言
一般来说,含有较多极性基团的聚合物(绝缘体)易带正电荷,而非极性绝缘体一般带负电荷,静电荷的积累,就是造成静电灾害的根源。静电荷的积累不但发生在固/ 固界面上,甚至固/ 气、固/ 液、液/气相界面上也会发生。解决的办法是通过添加抗静电剂,降低成膜物质的表面电阻(低于1011 Ω),以适应各种应用条件。贮罐在储装和使用过程中,存在着摩擦、撞压、喷射等一系列接触与分离过程,极易发生静电积累,产生高压静电。静电放电能量大于可燃混合物的最小引燃能时,会引起静电灾害。本文研制了一种浅色厚浆型导静电环氧涂料,以浅色代替深色,能很好地改善在贮罐中的施工和检验,同时有利于涂层修复等问题。该涂料由浅色导电填料、环氧树脂、颜填料、助剂和固化剂组成,其成膜机理是环氧树脂与固化剂进行反应,生成网状立体结构而达到固化,同时通过导电填料在成膜物之间形成导电网络而实现导静电的目的。

1 试验部分
1.1 原材料
环氧树脂、酚醛胺固化剂、金红石型钛白粉、其他颜填料、润湿分散剂、消泡剂、流平剂、流变助剂、HX-501 稀释剂、导电填料、导电剂、基材等。
1.2 仪器设备
搅拌釜、多功能分散机、研磨机、有气喷涂设备、上海精密科学仪器有限公司ZC36 型高阻计等。
1.3 涂料配方
导静电环氧涂料的配方见表1。
表1 导静电环氧涂料配方

1.4 涂料制备工艺
甲组分:首先将环氧树脂、HX-501 稀释剂、消泡剂、分散剂、流变剂装入反应釜,分散均匀。注意:如果外界温度低,需要对反应釜水浴加热,温度控制在50~60℃。然后加入颜填料,送至砂磨机研磨分散至细度达标。在高速分散条件下,慢慢往研磨后的涂料中加入导电填料,分散0.5 h 后,制得甲组分。乙组分:在使用前,分散均匀即可。将甲、乙两组分按比例充分混合后,用稀释剂调整至合适黏度,用有气喷涂设备喷涂于喷砂钢板上,涂膜厚度符合原油贮罐设计要求即可。
1.5 涂料成膜反应
环氧树脂固化剂的种类很多,本涂料选用的是酚醛胺固化剂。其主要的成膜反应如下:


1.6 性能检测
导静电环氧涂料的性能指标见表2。
表2 导静电环氧涂料的性能指标

2 结果与讨论
2.1 导电填料用量对涂层表面电阻率的影响
导电填料品种繁多,早期主要采用金属粉和炭粉,但金属粉价格昂贵,密度大,很少采用。而炭粉用作导电填料已经有多年,但在实际应用中发现:原油贮罐罐底的电解质溶液通过涂层到达钢板表面时,炭粉和钢板之间会形成电偶腐蚀而导致钢板腐蚀、穿孔,时有事故发生,所以,在最近出版的国标GB 50393—2008 中已不推荐使用炭系列的导静电涂料。这促进了近些年非炭系列的浅色导静电涂料的发展,而这类导静电涂料是通过湿法在颜填料表面包覆一层导电物而实现导电的。本文选用上海君江科技有限公司生产的导电填料,其性能指标见表3。
表3 导电填料的性能指标

导电填料均匀分布在基料树脂中形成导电网络,从而实现涂层的导静电性。导电填料过少,导电网络不连续,就无法实现导静电的效果;导电填料过多,导电效果好,但也带来许多负面影响,首先不符合GB 50393—2008 中要求涂层表面电阻率应在108~1011 Ω 的规定;其次虽然导电效果好,但为腐蚀提供通路,影响涂层的使用寿命。导电填料用量与涂层表面电阻率的关系见图1。


图1 导电填料用量与涂层表面电阻率的关系
由图1 可见:导电填料用量对导电涂料起着重要的作用。当其用量较低时,涂层的表面电阻率变化不大;当其用量增大到某一临界值(约10%)时,涂层的表面电阻率发生明显变化;当其用量继续增加(约25%)时,对涂层表面电阻率影响不大,涂层的表面电阻率变化趋缓,再继续增大其用量,反而增加成本。
2.2 颜填料用量对涂层表面电阻率的影响
颜填料的添加,一方面可形成各种色彩的涂膜,另一方面,可降低成本,减少能耗。随着涂料中颜填料用量增大,涂层的表面电阻率也逐渐增大;当颜填料用量达到一定值后,涂层处于绝缘状态,就失去了导静电的效果。发生此变化的原因是:当颜填料加入后,其在导静电填料粒子之间形成隔离层,破坏了导电粒子之间形成的导电网络,从而使涂层失去导静电效果。
2.3 助剂对涂层表面电阻率的影响
助剂种类繁多,如消泡剂、流平剂、润湿分散剂、流变剂等,其中润湿分散剂具有降黏、分散、防浮色、防发花等作用,同时还能提高涂膜的色彩强度和颜料贮存稳定性,促进流平,防止颜料沉淀等。经试验,对导静电填料效果较好的润湿分散剂有BYK-220S、BYK-110 等。在使用BYK-110 时,最好先配成溶液,更利于润湿分散。分散剂用量为总配方量的0.3%~0.5%。消泡剂具有破泡、消泡、降低表面张力的作用,使泡局部表面张力降低,促使液膜排液。本配方中加入消泡剂可消除涂层中的空气泡,防止因气泡阻隔而影响导电效率,增大导电填料接触面积,从而提高或增大导电率。经试验发现,效果较好的消泡剂有BYK-530、BYK-141、BYK-052 等,消泡剂用量为总配方量的0.01%~0.03%。流变剂具有抗流挂、防沉、增稠等作用,与树脂间形成悬浮体,使得颜填料在树脂中稳定存在,防止颜填料发生絮凝沉淀。本配方中加入流变剂有助于导静电剂的定向排列和导电填料的均匀分布,使之不沉淀。经试验发现,效果较好的流变剂有气相二氧化硅、氢化蓖麻油衍生物、聚乙烯蜡、聚酰胺蜡等。流变剂用量为总配方量的0.3%~0.7%。各种助剂的配用可促进导电填料与树脂的有机结合,提高涂层的抗静电性、机械性能和抗腐蚀性。
2.4 浅色厚浆型导静电涂料对施工的影响
目前市售导静电环氧涂料以颜色深,一次涂装厚度薄的品种居多,或者涂料颜色浅,但一次涂装厚度达不到设计要求,涂装道数多,涂装间隔很难掌握,从而影响涂层与涂层之间的附着以及涂层的使用寿命。本文研究的浅色厚浆型导静电涂料很好地解决了这一问题,涂装道数减少,显著提高工效。
2.5 与同类产品的性能对比
本文导静电环氧涂料与市售同类产品的性能对比见表4。
表4 本文导静电环氧涂料与同类产品的性能对比

由表4 可见:本涂料产品与某公司的产品基本性能相当,但本涂料产品应用范围更广,可在苛刻环境条件下使用,并且涂布率高,经济优势明显。

3 结语
(1) 导电填料用量对涂层的表面电阻率起着决定性的作用,其用量少,表面电阻率无变化;用量多,增加成本,且对贮罐的防腐性带来影响。
(2) 颜填料用量和助剂对涂层的表面电阻率也起着举足轻重的作用。根据涂料的其它性能,调整其用量和实际厚度。
(3) 与同类的浅色导静电涂料产品相比,在常规性能相当的情况下,本涂料产品的使用范围更广,能在更苛刻的环境下使用,导电性能和使用期都优于现有涂料产品。
(4) 本文研制的浅色厚浆型导静电涂料涂装道数减少,有效提高工效,具有明显的经济优势。
 









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