资讯类型:标准查询
无溶剂环氧导静电涂料的研制
  加入时间:2010年2月3日16:23
 
                       无溶剂环氧导静电涂料的研制
                  杜建伟,张丽萍,张喃,郭晓军,贺江
             (中国石油集团海洋工程有限公司固井事业部,天津300451)
   摘要:研制了一种无溶剂环氧导静电涂料,给出了该涂料的 配方并测试了涂层性能。讨论了活性稀释剂、导电填料、颜料 及浸泡介质对涂层导电率的影响。结果表明,该涂料安全环保, 性能符合国标要求。
   关键词:导静电涂料;环氧;无溶剂;活性稀释剂;导电填料; 颜料;浸泡介质
1前言
油罐的静电危害主要是带电油流使油罐内静电压 升高,若油罐内仅采用一般的绝缘防腐层,则油罐内 静电不能及时排导,就存在油罐爆炸的隐患。因此, 油罐防腐不仅要有较好的耐蚀性,还要有优良的导静 电性。目前市场上溶剂型的导静电涂料虽有良好的耐 蚀性,但施工安全方面存在着巨大的隐患,如新疆独 山子石化在建原油储罐时就曾发生爆炸事故,是由于 工人在进行储罐内部防腐作业时,防腐油漆中的有机 物挥发在油罐内发生闪爆而引起的。油罐内壁防腐大 多是在密闭的环境下施工,空气不流通,采用含溶剂 的涂料会影响施工工人的身体健康。因此,从安全和 环保角度考虑,无溶剂导静电防腐蚀涂料应是今后油 罐内壁防腐选用的理想品种。
本文介绍的双组分常温自干型非碳系无溶剂环氧 导静电涂料由浅色导电填料、环氧树脂、颜填料、助 剂、活性稀释剂和固化剂制成,其成膜机理是活性稀 释剂、环氧树脂与固化剂之间发生反应,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。
2试验
2.1试验原料及涂料配方
表1为试验中所用的原料及其生产厂家。

研制的配方可分为涂料(A组分)和固化剂(B组分) 2组,各组分配比见表2。

2.2涂料制备
涂料(A组分)的制备:首先将环氧树脂、活性稀 释剂装入反应釜,使其充分混溶后加入颜料、填料、 分散剂、消泡剂,分散均匀后,送至砂磨机进行研磨, 研磨分散至细度达标;加热研磨后的涂料至50~60°C, 高速分散条件下慢慢加入导电填料至填料分散均匀后 加入流平剂、防沉剂、导静电助剂等剩余成分,分散 半小时后制得成品。
固化剂(B组分)的制备:将固化剂和降黏反应物 充分混合均匀后,在高速分散条件下慢慢加入导电填 料、分散剂、防沉剂和消泡剂,分散半小时后制得成 品。
2.3涂料成膜的主要反应
环氧树脂固化剂的种类很多,考虑到无溶剂导静 电涂料的涂料黏度和涂层性能,选用芳香胺改性的胺 类固化剂,但在固化剂选择上尽量考虑选择黏度较低 的品种。其涂料成膜发生的反应如下[ 1]:

2.4性能测试
依据表2中无溶剂环氧导静电涂料基本配方配制 的涂料,按标准规定对底漆和面漆进行检测,结果见 表3。
3结果与讨论
3.1不同活性稀释剂对涂料性能的影响
环氧树脂是该涂料的主要成膜物,由于导电填料 的加入会使涂料黏度急剧增大,因此选择了树脂体系 黏度较小的618环氧树脂。

618环氧树脂在常温下黏度仍较大,不利于施工, 因此需加入一定量的带环氧基团的活性稀释剂进一步 降低黏度。目前用于环氧树脂涂料的活性稀释剂主要 有单缩水、双缩水和三缩水几类。对常用的活性稀释 剂进行了性能检测,检测时保持环氧树脂和固化剂品 种一样,稀释剂加入量以保持与环氧树脂混合后黏度 不大于100 s(涂-4杯)为准,试验结果如表4所示。

由表4可以看出,不同的活性稀释剂对涂层的物 理机械性能和抗化学介质性能有影响,这主要是由于 活性稀释剂参与环氧树脂的固化反应所形成的高分子 网络结构不同而引起的。由表4可以看出,690和636 这2种活性稀释剂的综合性能最好,由于690的价格 相对较低,黏度也比636低,因此最后确定采用690 环氧活性稀释剂,其用量控制在8%~25%之间。
3.2浅色导电填料的种类和用量对涂层表面电阻率的 影响
导电填料品种很多,早期主要以金属粉(如金粉、 银粉等)和碳粉(碳黑或石墨)为主。金属粉由于价格昂 贵、密度较大,采用较少;碳粉用于导静电涂料已有 多年,但由于罐底电解质溶液通过涂层渗透到钢铁表 面,在石墨和钢铁之间形成电偶腐蚀[ 2]而导致的事故时 有发生,因此,新近出版的国标GB 50393–2008 [3]已不 推荐采用碳系导静电涂料。近几年来快速发展的浅色 导电粉,主要是通过湿法在颜填料表面包覆一层导电 物而实现导电效果。本文就是采用该类导电材料,选 择了5种浅色导电填料,其具体性能见表5。

导电填料通过在树脂中形成导电网络而实现涂层 的导静电性能。填料过少,导电网络不连续,就无法 实现导静电的效果。填料过多,一方面涂料黏度过大, 不利于施工;另一方面,成膜物不能完全包覆填料, 从而影响涂层的物理机械性能和耐化学介质浸泡性 能。图1是这5种导电填料不同的加量与涂层表面电 阻率的关系。
 
由图1可以看出,对于不同的导电填料,其涂层 表面电阻率随着导电填料含量的变化出现了大致相同 的趋势。当导电填料含量较低时,表面电阻率变化很 小;随着导电填料含量的增加,表面电阻率逐渐变小; 当填料达到某一极限值时,涂层表面电阻率大幅度下 降(图形变陡);当填料继续增加,涂层表面电阻率又 趋于稳定。这一趋势的发生原因是:当导电填料含量 较低时,各导电粒子之间在基体中呈孤立分散状态, 相邻粒子间距离较大,此时涂层几乎处于绝缘状态; 随着填料的增加,粒子间距离变小,涂层表面电阻率 相应变小;当填料达到某一极限值时,粒子之间距离 很近,相互接触而形成了导电通路或导电网络,使表 面电阻率急剧下降;继续增加导电填料,此时只是增 加导电网络的数量,对涂层的表面电阻率影响不大, 表面电阻率又趋于稳定。
图1中5条曲线虽然变化趋势相同,但是不同的 导电填料对涂层表面电阻率的影响情况相差很大。如 BC-T11导电填料在含量为15%左右时,表面电阻率即 发生剧变,而其他填料在此范围内尚处于绝缘状态。 表面电阻率发生急剧变化时的填料用量不完全一致, 是由于不同的导电填料其粒径和形状不同,以及它们 自身的电阻率也不同而引起的。
国标GB 50393–2008规定,导静电涂层的表面电 阻率在10 8 ~10 11 ?之间。从图1可以看出,ECP-M1A 和ECP-T1这2种导电填料形成的涂层表面电阻率符合 国标要求时,用量范围较宽,保持符合要求的涂层表 面电阻率相对容易一些;其他几种导电填料形成的涂 料涂层表面电阻率变化过快,涂层表面电阻率符合国 标要求时的用量范围较窄,生产时不易控制。同时, 采用加量范围较窄的导电填料,储存时会因导电填料 的少许沉淀而造成涂料涂层表面电阻率不符合要求。 因此,选用ECP-M1A和ECP-T1这2类导电填料, ECP-M1A用量控制在22%~35%之间,ECP-T1用量 控制在26%~45%之间。最佳导电填料为ECP-M1A, 较优的用量为28%。
3.3颜料加入量对涂层表面电阻率的影响
涂料中加入颜料的目的是为了制出各种色彩的涂 膜。笔者计划研制的环氧无溶剂导静电涂料准备采用 铁红色和浅灰色,因此选用了铁红和钛白粉2种颜料 进行影响试验,图2示出了这2种颜料含量对涂层表 面电阻率的影响。

由图2可以看出,随着涂料中颜料含量的加大, 涂层的表面电阻率变大。当颜料含量达到一定值后, 涂层处于绝缘状态,涂层失去导静电效果。这一趋势 形成的原因是:当颜料加入涂料中后,颜料粒子在导 电填料粒子之间形成隔离层,破坏了导电填料的导电 网络,使涂层失去导静电效果。铁红和钛白粉的粒径 和形状不同,因而对导电填料的隔离效果也不同,钛 白粉的影响比铁红稍大一些。按照GB 50393–2008对 涂层表面电阻率的要求(108~10 11?),钛白粉的含量 不能超过导电填料的9%,氧化铁红不能超过12%。
3.4助剂及其影响
助剂在涂料中的作用很多,如消泡剂、防沉剂等。 随着涂料行业的不断发展,对涂料涂层性能的要求越 来越多,单靠树脂本身有时很难达到要求。因此涂料 助剂得以广泛发展,助剂品种也越来越多,尤其是多 功能性助剂,如某些分散剂不仅具有提高研磨效率的 作用,而且具有防沉淀、改变流平等作用。无溶剂导 静电涂料由于导电填料加量大,而涂料黏度大也使其 在树脂中的分散较困难,因此更需加入助剂来进行调 节。
分散剂具有润湿、降黏、分散、防浮色、防发花 等作用,还能提高涂膜光泽,促进流平,防止颜料沉 淀等作用。经试验,对导电填料分散效果较好的分散 剂有德国毕克化学公司的220S、161、110,埃夫科纳 助剂有限公司的5010、4080,等。分散剂用量为总配 方的0.2%~0.5%。
流平剂可降低涂料的表面张力,延长流动时间, 从而提高涂料的流平性。环氧无溶剂导静电涂料由于 黏度高、表面张力大、流平性不佳,涂膜易出现橘皮、 刷痕、波纹、缩孔和针孔等表面缺陷,因此需加入流 平剂进行改善。经试验,较好的流平剂有德国毕克化 学公司的320、354、358N,埃夫科纳助剂有限公司的 3030、3777、3600,等。分散剂用量为总配方的0.1%~ 0.4%。
防沉剂通过与树脂液间形成悬浮体,使颜填料在 树脂液中稳定存在,防止颜填料发生絮凝沉淀。经试 验,较好的防沉剂有美国海明斯特殊助剂公司的434、 828、SD-2,德国毕克化学公司的656等。防沉剂用量 为总配方的0.2%~0.5%。
虽然无溶剂环氧涂料没有溶剂挥发,相对而言气 泡较少,但仍然会因空气的混入而产生气泡,因此应 加入一些消泡剂。经试验,较好的消泡剂有德国毕克 化学公司的141、065、530等,其用量为总配方的 0.03%~0.05%。偶联剂通过与环氧和填料之间形成化学键而提高 导电填料在涂料中的分散效果,并可显著提高涂层的 附着力。经试验,效果较好的偶联剂有南京曙光化工 厂的KH550和KH560硅烷偶联剂,其用量为总配方 的0.1%~0.3%。
3.5介质浸泡对涂层表面电阻率的影响
为验证介质浸泡对涂层电阻率的影响,笔者在塑 料膜上涂刷导静电涂料后,测试了涂层浸泡在不同介 质中表面电阻率的变化情况,结果见表6。
 
从表6可以看出,涂层表面电阻率在酸中浸泡后 略有变化,但仍在标准规定的范围内,这可能与导电 填料本身抗酸性相对偏弱有关。而其他介质(碱、盐、 汽油、溶剂油)对涂层的表面电阻率几乎没有影响。盐 雾试验结果也表明,涂层表面电阻率在1 000 h内未发 生变化。
4结论
(1)采用适当的活性稀释剂替代常规溶剂,通过 各种助剂的添加,改善导电填料在环氧树脂中的分散状 态,制成的非碳系浅色无溶剂环氧导静电涂料,其涂层 性能完全符合国标GB 50393–2008规定的技术指标。 
(2)经12个月的化学介质和汽油浸泡,涂层的表 面电阻率仍然符合要求。
(3)本文所研制的涂料既安全又环保,是石油、 轻质油等钢质储罐采用的理想产品。
参考文献:
[1]杜建伟,张静,梁镐,等.超厚膜无溶剂环氧涂料的研制[J].涂料工业, 2007,37(2):8-9.
[2]李运德,李春,黄哲龙.浅色导静电防腐涂料的研制[J].化学与生物 工程,2004,21(3):42-43.
[3]中华人民共和国建设部.GB 50393–2008钢质石油储罐防腐蚀工程技 术规范[S].北京:中国计划出版社,2008. 
文章来自:中国防腐网
文章作者:信息部
新闻推荐
关闭窗口
交流合作 | 汇款说明 | 广告刊登 | 企业建站
电话:0371-63920667 传真:0371-63942657-8001
E-mail:fsp214@126.com 豫ICP备05007978号
版权所有:中国防腐网 技术支持:简双
版权说明:本站部分文章来自互联网,如有侵权,请与信息处联系