高氯化聚乙烯重防腐導靜電涂料的研究

呂維華 伍家衛 夏德強 趙立祥 王有朋（蘭州石化職業技術學院， 甘肅 蘭州730060）

隨著科技發展和自動化程度的提高，各種機械設備和電器儀表產品遍及生活各角落，腐蝕、靜電和電磁干擾問題日益凸現，特別是在石油化工行業的儀器、設備、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，用硅烷偶聯劑改性導電石墨和硬脂酸鋅為防腐導電填料制成的重防腐導靜電涂料能夠在-20℃～40℃條件下帶銹涂裝，施工方便，干燥速度快，涂層具優異的耐候性、耐水性、耐油性、耐鹽霧性、防霉性、阻燃性、耐強酸堿、強氯化劑等腐蝕性物質和導靜電性能，光澤高、重涂性好，可作為受日光、風雨、化學藥品侵蝕的交通運輸、石油化工、電力、冶金、礦山、民用和建筑等行業的鋼鐵結構設備的重防腐涂裝。

1 實驗部分

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）、導電石墨（KS-44，青島市天和達石墨有限公司）、蓖麻油（石家莊市宏運植物油廠）、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）、漆膜附著力試驗儀（QFZ，武漢格萊莫檢測設備有限公司）、光澤儀（NGT(20/60/85o)，天津市精科材料試驗機廠）、漆膜擺式硬度計（GB-X，天津試驗機廠）、柔韌性測試儀（QTX-1731，天津市精科材料試驗機廠）。

表1 增韌改性樹脂配方

表2 高氯化聚乙烯重防腐導靜電涂料配方

1.2 制備工藝

表3 涂料的主要性能指標

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：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）導電石墨用γ-氨丙基三乙氧基硅烷乙醇液進行改性，100℃烘干，待用。

（3）將改性導電石墨、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) 導電性能檢測：按GB/T16906-1997 規定制樣并測試。

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

2 結果與討論

2.1 增韌改性物質的選擇

HCPE 樹脂單獨使用脆性大，易剝落，需改性。本試驗選用氯化石蠟-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溶劑型增塑劑增塑效果的差異。試驗配方在顏基比為1.5 時，各種物料配比不變的情況下，單獨使用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 轉向HSR，所以綜合考慮漆膜裝飾性、防腐性和其它各項性能，應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，涂層導電性差，光澤高，沖擊強度低。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，本試驗確定為5～7 萬。

2.3 硅烷偶聯劑的影響

導電石墨比重大，不易分散，在漆中易發生團聚、返粗、沉淀、分層現象，直接影響涂料儲存穩定性等各項性能，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。本試驗選用KH550 對石墨進行表面改性，結果見圖2。可以看出隨著KH550 用量增加，涂層導電性等性能先提高再降低。這是因為用KH550 改性石墨時，在表面能夠形成一個與樹脂交聯的沉積層，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，使導電性降低，同時過量的偶聯劑也會起到交聯劑的作用，提高樹脂的交聯度，使硬度增大，附著力和沖擊強度劣化，最佳用量1%～2%。

圖2 KH550 對涂料性能的影響

2.4 石墨對導電性和耐熱性的影響

HCPE 本身絕緣，其導電性源于導電石墨，是涂層導電的關鍵，其對性能的影響見圖3。

圖3 導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電性高。這是因為硅烷偶聯劑是一類具有有機官能團的硅烷，分子中同時具有能和無機質材料(如石墨、玻璃等)與有機質材料(合成樹脂等)進行化學反應的基團，因此在無機物質和有機物質的界面之間架起了一座“分子橋”，使漆膜各項性能提高。

2.5 導電石墨及導電涂層微觀形貌

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

圖5 導電石墨與導電涂料微觀形貌

3 結論

本試驗所制重防腐導靜電涂料表面電阻率在106～107Ω，各項物化性能超過了相應產品技術標準，尤其是耐老化性和防腐性能優異。通過耐鹽霧試驗推算使用壽命超過10 年，產品主要用于石油化工儲罐、化工機械設備、船舶、橋梁等鋼結構物品的防腐表面涂裝。

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