高氯化聚乙烯重防腐導(dǎo)靜電涂料的研究

呂維華 伍家衛(wèi) 夏德強(qiáng) 趙立祥 王有朋（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 甘肅 蘭州730060）

隨著科技發(fā)展和自動化程度的提高，各種機(jī)械設(shè)備和電器儀表產(chǎn)品遍及生活各角落，腐蝕、靜電和電磁干擾問題日益凸現(xiàn)，特別是在石油化工行業(yè)的儀器、設(shè)備、儲罐等在使用過程中的腐蝕和靜電起火，因此搞好防腐蝕、防靜電、抗電磁干擾工作具有重要意義[1-7]。

本研究用高氯化聚乙烯樹脂為涂料主要成膜物，自制高固體短油度醇酸樹脂為增韌改性樹脂，用硅烷偶聯(lián)劑改性導(dǎo)電石墨和硬脂酸鋅為防腐導(dǎo)電填料制成的重防腐導(dǎo)靜電涂料能夠在-20℃～40℃條件下帶銹涂裝，施工方便，干燥速度快，涂層具優(yōu)異的耐候性、耐水性、耐油性、耐鹽霧性、防霉性、阻燃性、耐強(qiáng)酸堿、強(qiáng)氯化劑等腐蝕性物質(zhì)和導(dǎo)靜電性能，光澤高、重涂性好，可作為受日光、風(fēng)雨、化學(xué)藥品侵蝕的交通運(yùn)輸、石油化工、電力、冶金、礦山、民用和建筑等行業(yè)的鋼鐵結(jié)構(gòu)設(shè)備的重防腐涂裝。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料與儀器

高氯化聚乙烯（HCPE-65M，濮陽市誠惠化工有限公司）、導(dǎo)電石墨（KS-44，青島市天和達(dá)石墨有限公司）、蓖麻油（石家莊市宏運(yùn)植物油廠）、三羥甲基丙烷（贛州市奇天化工有限公司）、己二酸（上海南翔試劑有限公司）、一縮二乙二醇（廣州光華科技有限公司）。

低真空掃描電子顯微鏡（JSM-5600LV，日本電子光學(xué)公司）、耐油防腐涂料電阻率測定儀（YFT-2006，廣州紫輝儀器科技有限公司）、涂膜沖擊器（QCJ-120，深圳市三諾電子儀器有限公司）、漆膜附著力試驗(yàn)儀（QFZ，武漢格萊莫檢測設(shè)備有限公司）、光澤儀（NGT(20/60/85o)，天津市精科材料試驗(yàn)機(jī)廠）、漆膜擺式硬度計（GB-X，天津試驗(yàn)機(jī)廠）、柔韌性測試儀（QTX-1731，天津市精科材料試驗(yàn)機(jī)廠）。

表1 增韌改性樹脂配方

表2 高氯化聚乙烯重防腐導(dǎo)靜電涂料配方

1.2 制備工藝

表3 涂料的主要性能指標(biāo)

1.2.1 增韌改性樹脂合成

在裝有攪拌器及溫度計、回流冷凝管的三口瓶中，依次加入各種原料，緩慢升溫至200℃，保持回流到合格，然后用甲苯兌稀，攪勻后包裝。檢測指標(biāo)：粘度50±5s（格氏管25℃），固 體 份80±2%， 羥 基 含 量3±0.5 %， 酸 值≤10mgKOH/g，樹脂配方見表1。

表4 增塑劑對涂料相關(guān)性能的影響

1.2.2 涂料制備

（1）在60℃下將HCPE 溶解成外觀透明的40% HCPE 甲苯液，待用。

（2）導(dǎo)電石墨用γ-氨丙基三乙氧基硅烷乙醇液進(jìn)行改性，100℃烘干，待用。

（3）將改性導(dǎo)電石墨、硬脂酸鋅和其它顏填料添加到自制增塑改性樹脂中，攪勻后研磨至40μm 以 下，然 后 再 添 加40%HCPE 液 和 適 量 混合溶劑，攪拌均勻即可，參考配方見表2。

1.3 漆膜主要性能檢測

1.3.1 樣板制備

(1) 導(dǎo)電性能檢測：按GB/T16906-1997 規(guī)定制樣并測試。

(2) 涂料常規(guī)性能檢測：按GB1727-92 和GB/T9271-88 中規(guī)定材質(zhì)進(jìn)行制樣和檢測，主要性能指標(biāo)參考ZBG51067-87《G52-31 各色過氯乙烯防腐漆》、GB13351-92《船底防銹漆通用技術(shù)條件》、GB50393-2008《鋼質(zhì)石油儲罐防腐蝕工程技術(shù)規(guī)范》，從安全的角度出發(fā)，本涂料設(shè)計的表面電阻率在106～107Ω，檢測結(jié)果見表3。

2 結(jié)果與討論

2.1 增韌改性物質(zhì)的選擇

HCPE 樹脂單獨(dú)使用脆性大，易剝落，需改性。本試驗(yàn)選用氯化石蠟-52(簡稱CP-52)和自制高固體醇酸樹脂(簡稱HSR)加以對比，以說明樹脂型增塑劑與高沸點(diǎn)溶劑型增塑劑增塑效果的差異。試驗(yàn)配方在顏基比為1.5 時，各種物料配比不變的情況下，單獨(dú)使用HSR 和CP-52，并改變它們的用量，所得涂料性能見表4。

可以看出：CP-52 增塑效果顯著，少量添加，漆膜就迅速變軟。HSR 增塑效果柔和，沖擊強(qiáng)度和附著力等性能隨用量增加而逐步改善，同時光澤和豐滿度會大幅度提高，但若過量，漆膜主體性能將逐步由HCPE 轉(zhuǎn)向HSR，所以綜合考慮漆膜裝飾性、防腐性和其它各項性能，應(yīng)配合使用樹脂型和溶劑型增塑劑。

2.2 增韌樹脂分子量對涂料性能的影響

HSR 的相對分子量對涂料性能影響很大，本試驗(yàn)在配方不變的情況下，采用不同分子量的樹脂制成涂料，然后檢測，主要性能變化見圖1。

圖1 HSR 相對分子量對導(dǎo)電涂料性能的影響

可以看出：HSR 分子量小，增塑效果明顯，漆膜軟；浸潤分散效果好，成膜時因樹脂收縮作用弱而使石墨表面包裹的樹脂厚，涂層導(dǎo)電性差，光澤高，沖擊強(qiáng)度低。隨著分子量增大，溶解性漸差，成膜后石墨表面包裹的樹脂漸薄，顆粒間距漸縮短，從而獲得良好的導(dǎo)電性，但其它性能逐漸降低；若分子量過大，涂層不足以保證連續(xù)性，各項性能大幅度降低。所以要獲得綜合性能良好的涂層，分子量需控制在適宜范圍，本試驗(yàn)確定為5～7 萬。

2.3 硅烷偶聯(lián)劑的影響

導(dǎo)電石墨比重大，不易分散，在漆中易發(fā)生團(tuán)聚、返粗、沉淀、分層現(xiàn)象，直接影響涂料儲存穩(wěn)定性等各項性能，同時漆膜在使用期間，石墨易向表層緩慢遷移，從而影響裝飾性和使用性能，需加以固定。本試驗(yàn)選用KH550 對石墨進(jìn)行表面改性，結(jié)果見圖2?？梢钥闯鲭S著KH550 用量增加，涂層導(dǎo)電性等性能先提高再降低。這是因?yàn)橛肒H550 改性石墨時，在表面能夠形成一個與樹脂交聯(lián)的沉積層，從而提高石墨的潤濕分散性和固定性，防止遷移，若過量，石墨表面就會形成一層較厚的樹脂層，使導(dǎo)電性降低，同時過量的偶聯(lián)劑也會起到交聯(lián)劑的作用，提高樹脂的交聯(lián)度，使硬度增大，附著力和沖擊強(qiáng)度劣化，最佳用量1%～2%。

圖2 KH550 對涂料性能的影響

2.4 石墨對導(dǎo)電性和耐熱性的影響

HCPE 本身絕緣，其導(dǎo)電性源于導(dǎo)電石墨，是涂層導(dǎo)電的關(guān)鍵，其對性能的影響見圖3。

圖3 導(dǎo)電石墨對涂料性能的影響

可以看出改性石墨較未改性石墨制成的涂料耐熱性和導(dǎo)電性高。這是因?yàn)楣柰榕悸?lián)劑是一類具有有機(jī)官能團(tuán)的硅烷，分子中同時具有能和無機(jī)質(zhì)材料(如石墨、玻璃等)與有機(jī)質(zhì)材料(合成樹脂等)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的基團(tuán)，因此在無機(jī)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)的界面之間架起了一座“分子橋”，使漆膜各項性能提高。

2.5 導(dǎo)電石墨及導(dǎo)電涂層微觀形貌

圖5(a)顯示導(dǎo)電石墨粉是一種鱗片狀非金屬礦物質(zhì)，鱗片厚度約300nm，用它制成導(dǎo)電涂料(b)顯示出石墨鱗片經(jīng)研磨而被均勻分散成更細(xì)的鱗片，厚度約100nm，涂刷后，隨著溶劑揮發(fā)，石墨鱗片由原來的無序狀態(tài)變成有序排列，層疊在一起，形成較規(guī)則的層狀致密涂層，可以看出具有優(yōu)良的阻隔性，屏蔽效應(yīng)顯著，從而揭示了漆膜具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、防腐性、耐酸堿性、耐化學(xué)藥品性、耐水、耐候、耐老化性的原因所在。

圖5 導(dǎo)電石墨與導(dǎo)電涂料微觀形貌

3 結(jié)論

本試驗(yàn)所制重防腐導(dǎo)靜電涂料表面電阻率在106～107Ω，各項物化性能超過了相應(yīng)產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是耐老化性和防腐性能優(yōu)異。通過耐鹽霧試驗(yàn)推算使用壽命超過10 年，產(chǎn)品主要用于石油化工儲罐、化工機(jī)械設(shè)備、船舶、橋梁等鋼結(jié)構(gòu)物品的防腐表面涂裝。

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