CN109943190A - 一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料、制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料、制备方法及应用，属于化工材料技术领域。所述涂层材料甲组份和乙组份组成；甲组份与乙组份的质量比为(6.5～7.5):1；所述甲组份中：环氧树脂30～40份，溶剂25～35份，偶联剂0.5～1份，消泡剂1.5～2份，填料10～15份，导静电填料15～20份，改进导静电防腐填料0.1～0.4份；所述乙组分为脂肪族多元胺类固化剂。通过将甲组份和乙组分混合，得到所述涂层材料。将到所述涂层材料涂覆在基体上，固化反应后在基体上形成一种导静电防腐蚀功能复合涂层。所述涂层材料制得的涂层物理机械性能优越，导静电性效果好，防腐效果佳。

Description

一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料、制备方法及应用

技术领域

本发明涉及一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料、制备方法及应用，属于化工材料技术领域。

背景技术

目前，石油是我国的主要能源之一，伴随着我国石油化工工业的迅速发展，人们对于石油及化工产品需求越来越大，金属储油罐也日益增多。储油罐是油田、炼油厂、油库及加油站的重要设备，其安全长久运行一直备受国家重视。然而油品在运输以及储存过程中，金属和环境之间的反应会破坏或恶化金属储油罐，并且金属储油罐内外壁受各项因素影响很容易出现腐蚀，生成的腐蚀产物对油品的质量产生影响，导致巨大的经济损失。因此，腐蚀防护对于降低产品成本至关重要。在现有可以保护金属储油罐中的金属基材免受腐蚀的方法中，涂层的使用是最受欢迎的腐蚀防护方法之一，约90％的金属储油罐表面覆盖有保护涂层。有机涂层的保护效果非常好，因为它们的厚度相对较薄，取决于应用，有机涂层的厚度一般为5μm～250μm。有机涂层体系有三种抗腐蚀机理：物理化学(屏障)机理，电化学机理(抑制或阴极保护)和粘附机理。

另外作为储油罐需要考虑的是涂层的导静电性，油品在运输、储存以及加注过程中会因摩擦产生静电，若不及时导出积聚的静电，当放电能量达到可燃油品蒸汽与空气混合物的爆炸极限时，随时可能发生静电火花甚至发生爆炸，给国家财产、生态环境和人身安全带来极大威胁。虽然有机涂层是保护金属基材免受腐蚀的理想选择，但可能不适合石油储罐的保护，因为其导静电性非常低，这会引起静电积聚导致安全隐患。用于油罐的保护涂层应该具有良好的导静电性和防腐蚀性能。虽然有机涂层具有优异的防腐蚀性能，但不能处理流动的电子，导静电的问题无法解决。就电化学阻抗谱(EIS)测量而言，涂层的电阻被用作其阻止破坏金属基底的离子的效率的指示。因此，具有优异抗腐蚀性能的有机涂层可能不具有良好的导电性。导静电涂料是一种能够传导电流的功能性涂料，它可以将积聚的静电及时导出以避免发生灾害事故。

发明内容

针对现有导静电防腐蚀涂料产品存在的导静电性能与防腐蚀性能不能兼顾等问题，本发明的目的在之一于提供一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料，所述涂层材料中采用的石墨烯与导电云母粉复配形成的复合型聚合物能够有效提高涂层材料的导静电性、防腐性以及物理机械性能，克服现有导静电防腐涂料性能单一的缺点；同时，所述涂层材料中添加的石墨烯，在改善导静电性性能的同时可以进一步增强涂层的致密性，提高涂层的防腐蚀性能；并且该涂层材料中由于石墨烯的添加提高了涂层的机械性能。

本发明的目的在之一于提供一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料的制备方法。

本发明的目的在之一于提供一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料的应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料，所述涂层材料是由甲组份和乙组份组成的一种双组份型涂层材料；其中，甲组份与乙组份的质量比为(6.5～7.5):1；

所述甲组份的组成成分以及各成分的重量份数如下：

优选所述环氧树脂为环氧树脂E-20、环氧树脂E-44和环氧树脂E-51中的一种以上。

所述溶剂为二甲苯和正丁醇，优选二甲苯和正丁醇的质量比为(4～6):1。

所述偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)

所述消泡剂为德谦化学消泡剂6800、德谦化学消泡剂6600和毕克化学消泡剂BYK-066中的一种以上。

所述填料为金红石型钛白粉、有机陶土、锐钛型钛白粉和氧化锌中的一种以上。

所述导静电填料为的导电云母粉(ATO)，优选所述导静电填料的粒径为235目～1250目。

所述改进导静电防腐填料为石墨烯。

所述乙组分为脂肪族多元胺类固化剂；优选所述乙组分为乙二胺胺类固化剂、二亚乙基三胺胺类固化剂和异佛尔酮二胺胺类固化剂中的一种以上。

一种本发明所述导静电防腐蚀功能复合涂层材料的制备方法，所述方法步骤如下：

(1)将溶剂与环氧树脂混合，搅拌直到环氧树脂完全溶解，混合均匀；

(2)依次加入偶联剂、消泡剂和填料，得到混合浆料，用快手研磨机研磨，得到其中固体物质粒径为60μm以下的混合浆料A；

(3)将步骤(2)得到的混合浆料A与导静电填料混合，以2000r/min～3000r/min转速分散均匀，得到混合浆料B；

(4)将步骤(3)得到的混合浆料B与改进导静电防腐填料混合，以2000r/min～3000r/min转速分散均匀，得到甲组份；

(5)将甲组份和乙组分混合，得到本发明所述的一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料。

优选步骤(1)所述搅拌速度为400r/min～600r/min。

优选步骤(2)中所述研磨之后所得的混合浆料A中固体物质粒径为40μm～70μm。

一种本发明所述导静电防腐蚀功能复合涂层材料的应用，所述应用为将到所述涂层材料涂覆在基体上，固化反应后在基体上形成一种导静电防腐蚀功能复合涂层。

有益效果

1.本发明提供了一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料，所述涂层材料采用用浅色的导静电填料，漆膜表面颜色浅，油罐安全使用过程中利于目视检测。

2.本发明提供了一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料，所述涂层材料中采用的改进导静电防腐填料为石墨烯，石墨烯是一种具有新颖吸引力的二维碳纳米材料晶体，具有高表面积，导静电性和强机械强度，层状结构通过层的叠加，可以形成致密的物理阻挡层，并以其小尺寸效应填充到涂层的孔隙中，而且所述涂层材料中采用的导静电填料为导电云母粉，可以很好地分散在制得的涂层中，形成一个综合网络；所述涂层的内部电子通过导电路径转移到所述涂层表面以排除静电荷，其可以起到导电保护的作用；另外，石墨烯由于其特殊的带结构，具有优异的电性能，减小导电颗粒之间的距离，使所述涂层中的导电颗粒彼此接触以形成连续的链状导电通道，并且载体可在网状链上自由移动以使所述涂层导电；

3.本发明提供了一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料，所述涂层材料通过石墨烯含量的选择，来提高导电云母粉的导静电效果，并大大提高了防腐性能；

4.本发明提供了一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料，所述涂层材料制备工艺简单；

5.本发明提供了一种导静电防腐蚀功能复合涂层，所述涂层物理机械性能优越，导静电性效果好，防腐效果佳。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。

以下对比例和实施例中：

快手研磨机：广州标格达实验室仪器用品有限公司，BGD 760/3；

高速分散机：广州标格达实验室仪器用品有限公司，BGD 740/1。

对比例1

一种复合涂层材料，所述涂层材料是由A组份和乙组份组成的双组份型涂层材料，所述涂层材料的制备方法步骤如下：

(1)将35重量份的环氧树脂E-20置于分散罐中，加入40重量份的溶剂，溶剂为质量比为4:1的二甲苯和正丁醇，在600r/min的转速下分散至环氧树脂E-20完全溶解，混合均匀；

(2)再依次加入0.5重量份的偶联剂KH-550、1.5重量份的德谦化学消泡剂6800、14重量份的锐钛型钛白粉和1重量份有机陶土，使用快手研磨机进行研磨，得到其中固体物质粒径为60μm以下的混合浆料A；

(3)将步骤(2)得到的混合浆料A与15重量份，粒径为1250目的片状导电云母粉，加入到高速分散机中，在2000r/min的转速下分散，得到其中固体物质粒径为60μm以下的混合浆料B，即A组分；

(4)将步骤(3)制得的A组分和6重量份的乙二胺胺类固化剂按照质量比为6.5:1混合，得到一种复合涂层材料。

对比例2

一种复合涂层材料，所述涂层材料是由B组份和乙组份组成的双组份型涂层材料，所述涂层材料的制备方法步骤如下：

(1)将30重量份的环氧树脂E-20置于分散罐中，加入35重量份的溶剂，溶剂为质量比为6:1的二甲苯和正丁醇，在400r/min的转速下分散至环氧树脂E-20完全溶解，混合均匀；

(2)再依次加入0.5重量份偶联剂KH-550、1.5重量份的德谦化学消泡剂6800、9.5重量份的金红石型钛白粉和0.5重量份的有机陶土，使用快手研磨机进行研磨，得到其中固体物质粒径为60μm以下的混合浆料A；

(3)将步骤(2)得到的混合浆料A与15重量份，粒径为1250目的片状导电云母粉，加入高速分散机中，在1500r/min的转速下分散，得到其中固体物质粒径为60μm以下的混合浆料B；

(4)将步骤(3)得到的混合浆料B与0.4重量份的石墨烯，加入到高速分散机中，在3000r/min的转速下，分散均匀，得到B组分；

(5)将B组份和6重量份的乙二胺胺类固化剂按照质量比为6.5:1混合均匀，得到一种复合涂层材料。

实施例1

一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料，所述涂层材料是由甲组份和乙组份组成的双组份型涂层材料，所述涂层材料的制备方法步骤如下：

(1)将30重量份的环氧树脂E-20置于分散罐中，加入35重量份的溶剂，溶剂为质量比为6:1的二甲苯和正丁醇，在400r/min的转速下分散至环氧树脂E-20完全溶解，混合均匀；

(2)再依次加入0.5重量份的偶联剂KH-550、1.5重量份的德谦化学消泡剂6800、9.5重量份锐钛型钛白粉和0.5重量份的有机陶土，使用快手研磨机进行研磨，得到其中固体物质粒径为60μm以下的混合浆料A；

(3)将步骤(2)得到的混合浆料A与15重量份，粒径为1250目的片状导电云母粉，加入高速分散机中，在2000r/min的转速下分散，得到其中固体物质粒径为60μm以下的混合浆料B；

(4))将步骤(3)得到的混合浆料B与0.4重量份的石墨烯，加入到高速分散机中，在3000r/min的转速下，分散均匀，得到甲组份；

(5)将甲组份和6重量份的乙二胺胺类固化剂，按照质量比为6.5:1混合均匀后，得到本发明所述的一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料。

实施例2

一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料，所述涂层材料是由甲组份和乙组份组成的双组份型涂层材料，所述涂层材料的制备方法步骤如下：

(1)将20重量份的环氧树脂E-20和20重量份的环氧树脂E-51置于分散罐中，加入25重量份的溶剂，溶剂为质量比为6:1的二甲苯和正丁醇，在400r/min的转速下分散至环氧树脂E-20和环氧树脂E-51完全溶解，混合均匀；

(2)再依次加入1重量份的偶联剂KH-550、2重量份的毕克化学消泡剂BYK-066、9.5重量份的锐钛型钛白粉和0.5重量份的有机陶土，使用快手研磨机进行研磨，得到其中固体物质粒径为60μm以下的混合浆料A；

(3)将步骤(2)得到的混合浆料A与15重量份，粒径为1250目的片状导电云母粉，加入高速分散机中，在2000r/min的转速下分散，得到其中固体物质粒径为60μm以下的混合浆料B；

(4)将步骤(3)得到的混合浆料B与0.3重量份的石墨烯，加入到高速分散机中，在2000r/min的转速下，分散均匀，得到甲组份；

(5)将甲组份和6重量份的乙二胺胺类固化剂，按照质量比为7.5:1混合均匀后，得到本发明所述的一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料。

将以上对比例和实施例制得的涂层材料制成涂层，并进行性能测试如下：

用数显拉开法附着力测试仪(广州标格达实验室仪器用品有限公司BGD500)测试附着力，将所述涂层材料刷涂到两块Sa2.5级喷砂钢板上，固化后在所述钢板上所形成的涂层的厚度均为80μm，通过使用双组分粘合剂(3M Scotch-Weld Acrylic Low OdorAdhesive)将直径为20mm的锭子胶合在所述涂层的表面上，24h后，所述粘合剂完全固化，以垂直于所述涂层表面1MPa/s的速度拉出锭子，直到所述涂层与所述钢板分离。

用柔韧性测试仪(广州标格达实验室仪器用品有限公司BGD560)测试柔韧性；用抗冲击性测试仪(广州标格达实验室仪器用品有限公司BGD304)测试抗冲击性；按照GB/T5210—2006标准进行附着力，柔韧性和抗冲击性测试。为了确保测量的可重复性，所有测试都进行了三次。

将所述涂层材料刷涂到碳钢样板(BGD 2318--喷砂钢板)(150mm×70mm×0.8mm)上，固化后形成80μm的涂层；然后按照GB6950-2001标准进行导静电性能测试，检测所述涂层的导静电性能；对所述涂层按照GB/T1771-2007进行腐蚀性测试。

以上测试方法、仪器及结果如下：

表1所述涂层的性能测试仪器及方法

表2所述涂层的性能测试结果

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料，其特征在于：所述涂层材料由甲组份和乙组份组成；甲组份与乙组份的质量比为(6.5～7.5):1；所述甲组份的组成成分以及各成分的重量份数如下：

所述溶剂为二甲苯和正丁醇；

所述偶联剂为KH-550；

所述消泡剂为德谦化学消泡剂6800、德谦化学消泡剂6600和毕克化学消泡剂BYK-066中的一种以上；

所述填料为金红石型钛白粉、有机陶土、锐钛型钛白粉和氧化锌中的一种以上；

所述导静电填料为的导电云母粉；

所述改进导静电防腐填料为石墨烯；

所述乙组分为脂肪族多元胺类固化剂。

2.根据权利要求1所述的一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料，其特征在于：所述环氧树脂为环氧树脂E-20、环氧树脂E-44和环氧树脂E-51中的一种以上。

3.根据权利要求1所述的一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料，其特征在于：所述溶剂为质量比为(4～6):1的二甲苯和正丁醇。

4.根据权利要求1所述的一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料，其特征在于：所述导静电填料的粒径为235目～1250目。

5.根据权利要求1所述的一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料，其特征在于：所述乙组分为乙二胺胺类固化剂、二亚乙基三胺胺类固化剂和异佛尔酮二胺胺类固化剂中的一种以上。

6.根据权利要求1所述的一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料，其特征在于：所述环氧树脂为环氧树脂E-20、环氧树脂E-44和环氧树脂E-51中的一种以上；

所述溶剂为质量比为(4～6):1的二甲苯和正丁醇；

所述导静电填料的粒径为235目～1250目；

所述乙组分为乙二胺胺类固化剂、二亚乙基三胺胺类固化剂和异佛尔酮二胺胺类固化剂中的一种以上。

7.一种如权利要求1～6中任一项所述的导静电防腐蚀功能复合涂层材料的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：

(1)将溶剂与环氧树脂混合，搅拌直到环氧树脂完全溶解，混合均匀；

(2)依次加入偶联剂、消泡剂和填料，得到混合浆料，用快手研磨机研磨，得到其中固体物质粒径为60μm以下的混合浆料A；

(3)将混合浆料A与导静电填料混合，以2000r/min～3000r/min转速分散均匀，得到混合浆料B；

(4)将混合浆料B与改进导静电防腐填料混合，以2000r/min～3000r/min转速分散均匀，得到甲组份；

(5)将甲组份和乙组分混合，得到所述的一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料。

8.根据权利要求7所述的一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述搅拌速度为400r/min～600r/min。

9.根据权利要求7所述的一种导静电防腐蚀功能复合涂层材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述研磨之后所得的混合浆料A中固体物质粒径为40μm～70μm。

10.一种如权利要求1～6中任一项所述的导静电防腐蚀功能复合涂层材料的应用，其特征在于：将到所述涂层材料涂覆在基体上，固化反应后在基体上形成一种导静电防腐蚀功能复合涂层。