CN102643605B - 一种用于煤矿瓦斯抽放管道的阻燃导静电有机硅纳米陶瓷涂料 - Google Patents

Abstract

本发明属于阻燃导静电有机硅材料技术领域，具体涉及一种应用于煤矿瓦斯抽放管道的阻燃导静电有机硅纳米陶瓷涂料及其制备方法。涂料组分包括有机硅树脂、金属氧化物、硅酸盐填料、碳系物质、纳米陶瓷粉体以及混合溶剂。将各组份按配比称重，混合，制成粘稠状悬浮流体。本发明将有机硅涂料与纳米陶瓷两项技术结合起来，通过在高温条件下漆膜实现由有机型到无机型转变，在金属基层上形成具有阻燃、导静电、耐温、防腐、机械性能好的无机涂层，从而实现对基体的综合防护。可广泛应用于输油管线、瓦斯管道以及化工设备的防腐。

Description

一种用于煤矿瓦斯抽放管道的阻燃导静电有机硅纳米陶瓷涂料

技术领域

本发明属于涂料领域，具体涉及一种用煤矿瓦斯抽放管道的阻燃导静电有机硅纳米陶瓷涂料。

背景技术

煤炭生产和采矿作业在钻探和开采过程中的瓦斯抽放对矿山瓦斯治理起着举足轻重的作用。目前，煤矿中瓦斯的抽放管分为非金属管道和钢管。非金属管道主要包括玻璃钢管、聚氯乙烯管（PVC）、聚乙烯管（PE）。玻璃钢管存在脆性大，抗冲击性差等缺点，而聚氯乙烯以及聚乙烯管承压不强，耐老化性能较差。专利CN 102146178 A公布了一种用于煤矿瓦斯抽放管道的阻燃抗静电聚乙烯及其制备方法，具有良好的阻燃和抗静电特性，但在机械强度上并没有相应的提高。

瓦斯抽放管中的钢制管道，由于矿井下空气潮湿，存在易燃易爆粉尘及气体、各种腐蚀性气体和液体，钢管易腐蚀，并容易因撞击而产生火花带来安全隐患。因此有必要对钢管进行防护处理，提高其使用寿命及安全。在钢管表面进行涂覆处理是对钢管进行防护提高其寿命的有效途径。瓦斯管道防护涂层常采用高分子聚乙烯、环氧、聚丙烯酸以及聚脲类防护涂层，这类涂层的机械强度不高，运输安装过程中受撞击后容易脱落，且这类涂料易燃，抗静电效果差，很难适应矿井下复杂的工矿环境。

面对矿井中安全生产形式严峻的这一状况，从通风、抽水、排放瓦斯等管道上采用新材料，进行技术改造，增加安全技术措施，提高安全生产水平，无疑是十分必要而急迫。

有机硅树脂以硅氧为其主链，Si-O键的极性很大，对所连烃基基团起到屏蔽作用，并且受热后在有机硅表面生成了-Si-O-Si-链的保护层，减轻了对高聚物内部的影响。这一特性使有机硅具有了优异的耐热性和耐候性，被广泛应用于建筑、电子、汽车、医疗等行业，显示出良好的应用前景。

纳米陶瓷粉体是介于固体与分子之间的具有纳米数量级尺寸的亚稳态中间物质。随着粉体的超细化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了块状材料所不具有的特殊的性能，如大的比表面及和高的化学性能，较高的强度和韧性。

发明内容

本发明的目的是解决现有涂料在瓦斯管道表面形成的防护涂层机械强度低、抗静电差、易燃的问题，提供一种机械强度高的阻燃导静电有机硅纳米陶瓷涂料。

本发明实现上述目的所采用的技术方案如下：

一种用于煤矿瓦斯抽放管道的阻燃导静电有机硅纳米陶瓷涂料，其特征在于，它是以有机硅树脂为基料，配以防腐颜料、纳米陶瓷粉体、硅酸盐填料、碳系导电颗粒、助剂以及溶剂混合而成。

进一步，各原料组分的质量配比如下：有机硅树脂20～40%、防腐颜料10～15%、纳米陶瓷粉体5～10%、硅酸盐填料10～30%、碳系导电颗粒5～8%、助剂1～3%，余量为溶剂。

进一步，所述防腐颜料为磷酸锌。

进一步，所述纳米陶瓷粉体为碳化硅、三氧化二铝、氮化硅和二氧化硅中的至少一种。

更进一步，所述纳米陶瓷粉体的颗粒直径为50～300nm。

进一步，所述碳系导电颗粒为石墨和/或导电碳黑。

进一步，所述助剂为有机膨润土和/或气相二氧化硅。

进一步，所述硅酸盐填料为云母粉、滑石粉和高岭土中的至少一种。

进一步，所述溶剂为甲苯、二甲苯、重芳烃、丁醇和环已酮中的至少一种。

上述涂料的使用方法：将涂料在瓦斯抽放管道涂装后经过烘烤处理在瓦斯抽放管道上形成纳米陶瓷涂层从而实现对其综合保护。

具体地使用方法：将所述阻燃导静电有机硅纳米陶瓷涂料涂覆在瓦斯抽放管道表面后，表干后在250～350℃下热固化处理0.5～3小时。

本发明的瓦斯抽放管道用阻燃抗静电涂料，综合性能优良，性价比高。本发明的优势主要体现在：

1、涂层防腐性能优异 

该涂层中除了添加防腐性能强的活性颜填外，添加的纳米陶瓷粉体表面的羟基与有机硅树脂中的—Si—O—Si—主链和侧链中的O原子发生键合作用，使有机硅涂层形成致密的网状涂膜结构，提高了涂层的耐蚀性。该涂层可在钢管内外表面同时进行防腐。耐腐蚀性强，可耐酸碱腐蚀，适用于煤矿井下具有各类腐蚀性气体的工况环境。 

2、涂层机械性能好

添加的纳米陶瓷粉体由于颗粒尺寸小，比表面积大，表面能高，表面原子严重配位不足，具有很强的表面活性与超强的吸附能力。在涂料中，陶瓷粉体极易与有机硅树脂中的氧起键合作用，分散到有机硅涂料中，在加热烘烤后，将会在有机硅涂层形成的-Si-O-Si-链中形成弥散强化，提高涂层的韧性和耐磨性能，提高了涂层与基体之间的结合强度（附着力），并对涂层起到增强、增韧作用（冲击强度、柔韧性）。该涂层附着力1级，硬度≥2H，耐冲击性能≥50kg·cm。

3、阻燃、导静电性能突出

涂层经过高温固化处理，可以在350℃下长期工作，其氧指数、阻燃时间等指标达到或超过国家标准规定，涂层中添加了石墨，可有效降低固化后涂层的表面电阻，表面电阻率≤1×10⁶Ω，符合GB13348石油静电安全规程和GB6950石油静电涂料技术指标等规定，适合井下输送易燃、易爆气体的管道防静电和阻燃。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但它们不是对本发明的限定。 

如无特别说明，以下的份数均指质量。（重芳烃购自中国石油化工股份有限公司长岭分公司）

实施例一

将纯有机硅树脂（购自中昊晨光化工研究院）30份、磷酸锌 15份、碳化硅（颗粒直径，即粒径50～100nm）10份，云母粉25份、石墨7份、有机膨润土（购自六盘水神源矿业有限公司）2份与溶剂二甲苯 11份混合，在砂磨机上研磨2小时，即得阻燃导静电涂料。

使用方法：将涂料喷涂于管道表面，表干后在300℃处理2小时，即可形成涂层。

实施例二

将纯有机硅树脂20份、磷酸锌13份、三氧化二铝（粒径50～300nm）7份、滑石粉30份、石墨5份、有机膨润土1份与溶剂甲苯24份混合，在卧式砂磨机上研磨2.5小时，即得阻燃导静电涂料。

使用方法：将涂料喷涂于管道表面，表干后在350℃处理40分钟，即可形成涂层。

实施例三

将纯有机硅树脂40份、磷酸锌10份、二氧化硅（粒径50～300nm）5份、高岭土10份、导电碳黑8份、气相二氧化硅（购自济宁青云化工有限公司）3份与溶剂二甲苯24份混合，在棒销式砂磨机上研磨2小时，即得阻燃导静电涂料。

使用方法：将涂料喷涂于管道表面，表干后在320℃处理70分钟，即可形成涂层。

实施例四

将纯有机硅树脂25份，磷酸锌15份、氮化硅（粒径50~300nm）8份，云母粉21份，石墨6份，导电碳黑2份，气相二氧化硅2份与溶剂环已酮23份，在立式砂磨机上研磨2小时，即得阻燃抗静电涂料。

使用方法：将涂料喷涂于管道表面，表干后在350℃处理30分钟，即可形成涂层。

使用上述实施例1～4制得的粉料涂覆管道表面所形成的涂层性能检测如下：

由于该涂层集阻燃、导静电、耐热以及机械强度好等多功能为一体，工艺简单，使用方便，可操作性强，因此该涂层在煤矿瓦斯抽放管道的应用方面具有广阔的前景。

Claims (4)

1.一种用于煤矿瓦斯抽放管道的阻燃导静电有机硅纳米陶瓷涂料，其特征在于，以有机硅树脂为基料，配以防腐颜料、纳米陶瓷粉体、硅酸盐填料、碳系导电颗粒、助剂以及溶剂混合而成，各组分的质量配比如下：

有机硅树脂20～40%；

防腐颜料10～15%；

纳米陶瓷粉体5～10%；

硅酸盐填料10～30%；

碳系导电颗粒5～8%；

助剂1～3%；

余量为溶剂；

其中，所述防腐颜料为磷酸锌；所述纳米陶瓷粉体为碳化硅、三氧化二铝、氮化硅和二氧化硅中的至少一种；所述纳米陶瓷粉体的颗粒直径为50～300nm；所述碳系导电颗粒为石墨和/或导电碳黑；所述硅酸盐填料为云母粉、滑石粉和高岭土中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的用于煤矿瓦斯抽放管道的阻燃导静电有机硅纳米陶瓷涂料，其特征在于：所述助剂为有机膨润土和/或气相二氧化硅。

3.根据权利要求1所述的用于煤矿瓦斯抽放管道的阻燃导静电有机硅纳米陶瓷涂料，其特征在于：所述溶剂为甲苯、二甲苯、重芳烃、丁醇和环已酮中的至少一种。

4.权利要求1-3任一项所述用于煤矿瓦斯抽放管道的阻燃导静电有机硅纳米陶瓷涂料的使用方法，其特征在于：将所述阻燃导静电有机硅纳米陶瓷涂料涂覆在瓦斯抽放管道表面后，表干后在250～350℃下热固化处理0.5～3小时，在瓦斯抽放管道上形成纳米陶瓷涂层从而实现对其综合保护。