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淺色復合導電涂料,利用自制的SnO2/ Sb2O3/ 石導電功能體與EP/ PGGE 體系復合制備導電涂料用原料及工藝
2019年08月23日    閱讀量:603    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

1 引言

抗靜電涂料為石油運貯設備提供了有效的防護, 它既能傳導電流排除積累的靜電荷, 又能起到防止設備腐蝕的作用。我國在上世紀90 年代開始對抗靜電涂料進行研究, 1992 年制定了/ 液體石油產品靜電安全規程0 的國家安全標準GB13348- 92。


標準要求: 貯罐內壁應使用防靜電防腐涂料, 涂料的體積電阻率應低與108? ?m ( 表面電阻率應低于109 ?m) 中國建材網cnprofit.com。我國先后開發出以碳系為主的1900 型、WA - 929 型以及H94 型等抗靜電涂料。不僅杜絕了靜電事故, 而且減輕了設備的腐蝕。


但抗靜電涂料在使用過程中也暴露出許多問題: 以金屬填料為主的抗靜電涂料導電性好, 但價格昂貴;以碳系為主的抗靜電涂料的導電性、耐腐蝕性好,但易沉積結塊、生產中難以分散和清洗、附著力差、易發生龜裂、耐油性差, 影響產品質量, 且顏色單調, 不易早期發現隱患等等。為此各國都開展了價廉、淺色抗靜電涂料的研究。


本文利用自制的價廉、色淺導電功能體, 同EP/ PGGE 體系復合制成的涂料各項性能經各種方法儀器表征, 其結果均達到國家標準要求的技術指標。涂料可廣泛應用于貯油罐、地板等防靜電的涂裝。


2 實驗部分

211 原料及規格

實驗用原料及規格見表1 所示。

淺色復合導電涂料,利用自制的SnO2/ Sb2O3/ 石導電功能體與EP/ PGGE 體系復合制備導電涂料用原料及工藝 中國建材網,cnprofit.com

實驗用原材料及規格

212 導電涂料的配方

以自制的環氧樹脂/ PGGE 體系( 以下簡稱改性環氧樹脂) 為成膜物質, 加入顏料、導電功能體、流變劑、助劑等按一定配比制成淺色抗靜電涂料。

213 導電涂料的制備

甲組分的制備: 首先對環氧樹脂改性且將改性環氧樹脂溶于溶劑中, 然后加入顏料、流變劑、助劑等攪勻, 經砂磨機研磨到規定細度, 再加自制導電功能體并使其分散均勻, 即制得甲組分。

乙組分的制備: 將多元胺進行改性后, 加入一定的助劑攪勻, 即制得乙組分。

214 抗靜電涂層的制備

將被涂物馬口鐵表面處理干凈, 用無水乙醇擦凈、晾干, 將甲乙兩組分按一定比例混合均勻, 調整好粘度; 在被涂物上按底漆兩道, 面漆兩道均勻涂刷, 室溫干燥一周后測試其各項性能。

215 涂膜電性能測試

涂膜的體積電阻率和表面電阻率參照美國材料協會標準ASTM D- 257- 93, 進行測試。并且, 對涂膜的附著力、沖擊強度、柔韌性、耐油性、耐水性、耐化學試劑性按國家標準進行了檢測。


3 結果與討論

311 成膜物質對涂層性能的影響

31111 稀釋劑的種類對涂層性能的影響

各種活性稀釋劑對環氧樹脂涂膜抗張強度、電導率等性能的影響見表2。

不同類別稀釋劑對聚合物的電導率抗張強度及膜性能的影響

淺色復合導電涂料,利用自制的SnO2/ Sb2O3/ 石導電功能體與EP/ PGGE 體系復合制備導電涂料用原料及工藝 中國建材網,cnprofit.com

由表2 可知, 加入聚乙二醇二縮水甘油醚( PGGE) 的環氧樹脂涂層具有好的柔韌性和高的電導率。這是因為PGGE 含有較長的柔性分子鏈段-o- , 在電場力的作用下, 鏈段的微布朗運動比較劇烈, 構像熵低, 導電性增強; 同時其兩端的環氧基團又能與固化劑反應形成交聯網絡, 因此涂層又有很好的成膜性和柔韌性。


乙二醇二縮水甘油醚( 669) 的柔性分子鏈段-o- 較短, 端基環氧基團與環氧樹脂和固化劑發生交聯形成了高密度的交聯聚合物, 所以導電性差, 膜硬。


聚乙二醇( PEG- 400) 由于無法與環氧樹脂形成交聯網絡而從表面溢出, 同時大量羥基向聚合物表面排列而易吸潮; PEG 20000 由于EO 鏈節太長而易使聚合物結晶, 導電性能低, 電阻率最高。


聚丙二醇二縮水甘油醚( EPG- 207) 與PGGE 一樣含有一定長度的柔性分子鏈段和可反應的環氧端基, 因此成膜后也具有良好的導電性和力學性能, 但由于丙二醇中甲基取代基的存在影響了鏈段分子的運動, 故EPG- 207 的導電率比PGGE 的稍低。而且EPG-207 的分子鏈太長, 加上取代基的影響, 使聚合物不易成膜而粉化。因此成膜物質應選EP/ PGGE 體系。


31112 稀釋劑含量對成膜物質性能的影響

稀釋劑的加入對環氧抗張強度、導電性等性能影響較大。以PGGE 為例, 隨著PGGE 含量的增加, EP/ PGGE 體系的電導率逐漸增大, 當PGGE含量分數超過70% 時, 其電導率趨于平緩。此時該體系以柔性鏈為主, 即使再增加柔性鏈含量也無助于導電性能的提高。


PGGE 含量過高, 環氧樹脂含量過少時便會失去環氧樹脂所具有的優良力學性能、耐腐蝕性和粘接力等性能。在EP/ PGGE 體系中, EP 的含量小于30w t%時, 聚合物強度很差, 成膜困難; 當EP含量從30w t%增加到60w t%時, 聚合物抗張強度增加近二個數量級; 


當EP 含量繼續增加, 此時聚合物中分子以環氧樹脂網絡為主, 聚合物的抗張強度增加趨于平緩; 當PGGE 含量為20 wt% 時, 聚合物的抗張強度與純環氧樹脂相當, 斷裂伸長率比純環氧樹脂的要大, 即柔韌性提高。


31113 固化劑對涂層性能的影響

抗靜電涂料一般要求在常溫下固化, 用于常溫下的環氧樹脂固化劑主要有多元胺、多元胺加成物和低分子聚酰胺樹脂等。由表3 可以看出, 幾種自制多元胺加成物的耐化學品性、柔韌性、固化速度快及不泛白和固化物耐水性等特點的比較。通過實驗發現, 用自制的多元胺加成物特別是5# 、6 # 作為EP/ PGGE 體系的計量固化劑, 達到了涂料常溫下固化快、柔韌性好、穩定性好、耐油、耐水的目的。

幾種固化劑性能的比較

淺色復合導電涂料,利用自制的SnO2/ Sb2O3/ 石導電功能體與EP/ PGGE 體系復合制備導電涂料用原料及工藝 中國建材網,cnprofit.com

31114 固化時間對涂層性能的影響

固化時間對涂料性能也有影響, 抗靜電涂料只有充分固化交聯后才能體現出良好的物理力學性能和穩定的抗靜電性能。隨著成膜物質的交聯固化,體積電阻不斷增加, 常溫下固化6 天后, 涂層的體積電阻趨于穩定狀態。


31115 固化劑用量對涂層性能的影響

固化劑的用量與環氧樹脂的環氧值有關, 即對于胺類固化劑, 每100g 樹脂需固化劑的量為:

W= [ M/ ( n ?a%) ] Ev

式中M 為胺類分子量; n 為胺類活潑氫數;a% 為胺含量; Ev 為樹脂的環氧值。

對于環氧樹脂( E- 44) / PGGE ( Ev= 0.129)體系( 50/ 50) , 100g 樹脂所需改性胺固化劑用量W= 25g, 其計算值與實際實驗基本相符。


31116 導電功能體對涂層導電性能的影響

涂層體積電阻與導電功能體添加量的關系, 功能體的添加量有一個臨界范圍, 當填料的添加量為w t%= 5% ~ 8% 時, 涂層的導電性能變化很大,其Qv 從( 109~ 1012) ? ?m。


當填料的用量為8%~15% 時, 涂層的電阻率可控制在( 106 ~ 109) 8 ?m范圍內。超過15% ( w t ) 時涂層的導電性能隨其用量的增加沒有明顯的變化, 相反其用量繼續增加時會影響涂層的其他性能, 而且增加了涂料的生產成本, 市場競爭力差。


分析其原因主要因為當填料含量較少時, 填料以孤立顆粒或小聚集體形式分布在涂層中, 形成彼此接觸的完整導電回路的幾率小, 且粒子之間的樹脂聚合物較多, 在外加電場的作用下難以發生隧道效應或場致發射現象, 故涂層的導電性能比較差, 且不穩定, 甚至為絕緣狀態。


當用量繼續增加時, 粒子之間的接觸幾率增大, 特別是當用量達到臨界范圍時, 分布在涂層中的導電粒子之間相互接觸可以完整的回路, 在外加電場的作用下發生導電通道或滲流現象, 從而導致涂層的導電性能急劇增加。


312 復合型抗靜電涂料的綜合性能

在上述各種條件研究的基礎上, 確定了涂料的最佳配方, 經測試其綜合性能見表4。

導電涂料的綜合性能

淺色復合導電涂料,利用自制的SnO2/ Sb2O3/ 石導電功能體與EP/ PGGE 體系復合制備導電涂料用原料及工藝 中國建材網,cnprofit.com

4 結論

利用自制的SnO2/ Sb2O3/ Vermiculite ( 石)導電功能體與EP/ PGGE 體系復合制備了導電涂料, 研究了復合導電涂料的電導率與稀釋劑種類、含量的關系, 涂料的抗張強度與稀釋劑、固化劑的關系。所得到的復合導電涂料其電導率在107S ?m左右, 主要技術指標: 導電性能、抗沖擊性能、耐水、耐油性能及耐腐蝕性能等均達到GB6950 -2001 所要求的標準。


而且, 因其復合使用的導電功能體顏色淺, 制成的涂料顏色也淺, 且可調整; 與使用黑色炭系填料相比其涂層有較好的耐油性、穩定性、不龜裂、裝飾性強; 與使用其它淺色復合導電填料相比, 其生產成本低、市場競爭力強。復合導電涂料可廣泛用于貯油罐、地板等的防靜電涂裝。


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