一種抗靜電水性聚氨酯涂料的制備與性能研究

2018-09-06 08:48:22牛潤林

山西化工 2018年4期

牛潤林

(山西省應用化學研究所(有限公司)，山西太原 030027)

引言

靜電積累會使很多物品在使用過程中會出現吸塵、電擊等現象，尤其在油品儲運過程中，更會造成油品污損甚至爆燃事故。為了防止這種情況的發生，抗靜電涂料成為了研究的重點。傳統的抗靜電涂料通常是將各種導電填料在基體樹脂中混合制備，耐候、耐腐蝕性能已經逐漸不能滿足市場的需求。以油品儲罐為例，當前主要使用的環氧類涂料由于液面變化經常會暴露在空氣環境中，管壁的涂層會隨時間逐漸出現粉化脫落的現象，影響抗靜電效果的同時，其中的導電填料金屬、石墨或者金屬氧化等還會污損油品。因而，研發一種具有更好的耐候、耐腐蝕性能的抗靜電涂料勢在必行。

本文通過對水性聚氨酯基體樹脂、抗靜電劑的選擇調配，制備了一種具有良好耐候、耐腐蝕性能的水性聚氨酯抗靜電涂料，更貼近環境的同時，滿足了實際工程的需要。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

水性聚氨酯，WD-8632，山西科諾奧合成材料有限公司；石墨粉末，上海舟山化工有限公司；分散劑，WT-21，上海贏創有限公司；流平劑，BYK-333，德國畢克化學；消泡劑，AKN-3386，千佑化工有限公司；抗紫外劑，TINUVIN-326，上海卜丁化工有限公司。

1.2 氧化石墨烯懸浮液的制備

首先，將10 g高錳酸鉀粉末加入100 mL 98%的濃硫酸中，隨后，將10 g石墨粉末加入進行氧化反應，反應30 min后，用去離子水洗滌過濾多次，然后烘干。再加入50 mL去離子水中經過超聲分散，制成棕黃色懸浮液，隨后，在紫外燈箱中照射48 h進行紫外輻照還原。最終制得抗靜電劑，備用。

1.3 抗靜電涂料的制備

取水性聚氨酯樹脂100 g，分別加入2 g分散劑,0.4 g消泡劑，0.5 g流平劑，0.1 g的抗紫外劑，制成空白基料0#，然后，分別加入氧化石墨烯懸浮液10 mL和20 mL，超聲分散20 min后，加入10 mL酒精，繼續分散3 min。最終制得涂料樣品1#和2#。

1.4 涂層的制備

使用噴槍將涂料均勻噴涂于金屬基材上，室溫下自然干燥168 h，制得200 μm～300 μm厚度的涂層進行性能檢測。

1.5 測試與表征

對空白基料0#、1#和2#所制得涂層進行電鏡掃描。

依照GB/T1731測試涂層柔韌性；依照GB/T1720測試涂層附著力；依照GB/T10125測試涂層耐鹽霧性；依照GB/T1734測試涂層耐酸堿性和耐汽油性；依照GB/T16422.3測試涂層耐紫外光老化性能；依照GB/T 15662-1995測試涂層的表面電阻率。

2 結果及討論

2.1 空白基料0#與添加了氧化石墨烯的1#和2#樣的SEM圖

由第17頁圖1中可以看出，氧化石墨烯在基料中分散均勻。隨氧化石墨烯加入量的增加，圖1c)中顆粒密度明顯大于圖1b)，但并未因氧化石墨烯加入量的增加出現明顯的顆粒團聚現象。氧化石墨烯的均勻分散有利于導電通路的形成，從而提高涂料的抗靜電性能，同時，表面的極性基團能夠在成膜過程中增加交聯密度，改善涂層的力學性能。

圖1 不同氧化石墨烯加入量涂層的SEM圖

2.2 樣品物理性能的檢測

如表1所示，加有抗靜電劑氧化石墨烯的涂料1#和2#樣品都具有對金屬基材良好的附著力，同時，涂層本身的柔韌性也符合國家標準的要求。并且，隨著氧化石墨烯的加入量增加，耐磨性能有所提高。

表1 涂層物理機械性能測試結果

2.3 樣品的耐候性能測試

通過1 000 h的耐鹽霧測試，1#和2#樣品的測試結果如表2所示。結果表明，2種配比的涂料都具備良好的耐鹽霧性能，能夠滿足使用的需要。

表2 涂層耐鹽霧性能測試結果

2.4 樣品的耐酸堿性和耐汽油性測試

考慮到本配方的開發是為了滿足油罐涂裝的需求，對樣品進行了耐酸堿性和耐汽油浸泡性的測試，測試結果如表3和表4所示，720 h的測試后，涂層完整，無明顯起泡開皺現象。結果表明，1#和2#兩種配方都能夠滿足油罐涂裝的使用環境的要求。

2.5 樣品的耐紫外光老化性能測試

考慮到使用過程中，由于油罐液面的變化，涂層會直接裸露在大氣環境中，在紫外光老化箱中對樣品的耐紫外光性能進行了測試，通過對光澤度的檢測來比對失光率，測試結果如表5所示。測試表明，受氧化石墨烯加入量的影響，2#樣品自身光澤度低于1#樣品，但在1 000 h紫外光老化測試之后，2#的失光率僅為1.09%，優于1#樣品。這是由于，加入的氧化石墨烯在體系中可以捕捉自由基，能夠阻隔涂層本身的光氧降解。2個樣品的耐紫外光老化綜合評級為0級，俱為優良。