CN113025167A - 一种双固化导静电陶瓷复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双固化导静电陶瓷复合材料及其制备方法，其特征在于由以下重量份数比的原料制成：不饱和高分子单体30‑50份、消泡剂0.05‑1.0份、光引发剂0.05‑1.5份、阳离子引发剂0.01‑0.05份、阳离子单体0.01‑0.05份、分散剂0.05‑1.0份、无机填料5‑30份、陶瓷粉10‑40份、导静电材料10‑20份、玻璃纤维15‑30份；本发明优点：具有优异的防腐性能、良好的导静电性能；优异的耐化学性能，超强的防渗防腐蚀导静电能力，与基材的附着力强，机械性能好，耐热冲击、耐热震、膨胀系数小；质量轻、可根据工程需要，切割或裁剪成各种形状，使用方便快捷，可大幅度缩短施工时间、施工难度及人工成本，且固化效果好，可用于石油管道、易燃易爆管道、埋地及穿越管道、石油储罐、储槽等的防腐防渗。

Description

一种双固化导静电陶瓷复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于复合功能材料生产技术领域，涉及无机-有机杂化陶瓷材料，具体涉及一种双固化导静电陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

油品在收发、输转、灌装过程中，油品分子之间和油品与其他物质之间的摩擦就会产生静电，随着摩擦的加剧，其电压也会增大，如果不能够进行及时疏导，当电压增加到一定程度时，就会发生静电放电现象，这样很容易引起油品爆炸着火。据分析，由于静电积聚引起放电而造成的爆炸火灾事故占油品爆炸火灾事故的绝大多数。因此，如何采取有效的措施防止油品储运过程中产生静电，或者如何能够及时疏导静电已经成为油品管理人员面临的一大难题。另外，原油中的硫有多种存在形式，分为活性硫和非活性硫。大部分可以归为以下三类：

第一类、在常温下易与金属反应，具有强烈的腐蚀性的酸性硫化物，主要成分有硫、硫化氢和低分子硫醇，硫醇受热后分解为烯烃和硫化氢，具有更强的腐蚀性。

第二类、主要是硫醚和二硫化物，他们在常温下呈中性，不腐蚀设备，受热后分解产生具有腐蚀性的物质——硫化氢，同样对金属造成较强的腐蚀。

第三类、主要是噻吩及其同系物、烷基硫化物、环状硫化物、烷基硫酸酯、磺酸、磺酸盐等，这些物质均会对金属造成严重的腐蚀。

另外，原油中杂质含量较多，在罐底滞留析出水和杂质，析出溶液呈酸性，具有很强的腐蚀性，导致钢材腐蚀严重。

传统的防腐导静电材料主要以导电防腐为主，但防腐涂层及材料的防腐性能较差，机械强度低，涂层本身几乎没有增强功能。施工时间长，难度大、要求高，施工后需要防护养护等，已经不能满足现代化生产的需要。尤其是在湿法脱硫烟囱、烟道防腐，老旧管道的修复、保温保冷层的保护等领域，传统的防腐材料及方案很难解决问题。

专利公开号CN111286160A《一种光固化纳米陶瓷防腐复合材料及其制备方法》中虽然提供了一种纳米陶瓷防腐复合材料，该复合材料具有很好的防腐效果，但其不具备导静电性能；若直接在该复合材料的基础上增加导静电材料，则固化效果不佳，影响使用效果；具体为：导静电材料石墨、导电纤维、碳等颜色为黑色，一方面会阻隔自由基光固波，另一方面还会吸收自由基光固波，导致材料固化不彻底，无法达到深层固化。

发明内容

本发明的目的一是为了解决传统防腐导静电材料防腐性能不佳，使用不便的问题；二是为了解决在现有纳米陶瓷防腐复合材料的基础上直接添加导静电材料，固化效果不佳的问题；提供一种双固化导静电陶瓷复合材料及其制备方法；采用双固化技术（自由基固化、阳离子光固化技术）制备一种节能、环保、施工方便、性能优越的防渗防腐导静电增强复合功能材料，在需要保护的基材上快速形成一个密封的套层或套管，可用于各种石油储罐及输送管道、加油站储点的防腐防护，施工方便快捷、材料性能优越、寿命长。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种双固化导静电陶瓷复合材料，其特征在于由以下重量份数比的原料制成：不饱和高分子单体30-50份、消泡剂0.05-1.0份、光引发剂0.05-1.5份、阳离子引发剂0.01-0.05份、阳离子单体0.01-0.05份、分散剂0.05-1.0份、无机填料5-30份、陶瓷粉10-40份、导静电材料10-20份、玻璃纤维15-30份。

进一步，所述一种双固化导静电陶瓷复合材料，其特征在于由以下重量份数比的原料制成：不饱和高分子单体42-45份、消泡剂0.07-0.08份、光引发剂0.08-1.2份、阳离子引发剂0.02-0.03份、阳离子单体0.02-0.03份、分散剂0.08-0.09份、无机填料22-28份、陶瓷粉15-25份、导静电材料13-17份、玻璃纤维18-22份。

进一步，所述一种双固化导静电陶瓷复合材料，其特征在于由以下重量份数比的原料制成：不饱和高分子单体33-38份、消泡剂0.075份、光引发剂0.09-1.1份、阳离子引发剂0.025份、阳离子单体0.025份、分散剂0.085份、无机填料10-15份、陶瓷粉18-25份、导静电材料14-16份、玻璃纤维26-28份。

进一步，所述阳离子单体为3-乙基-3-((甲基丙烯酸氧基)甲基)氧杂环丁烷或3-乙基-3-羟甲氧杂环丁烷。

进一步，所述阳离子引发剂为异丙苯基环戊二烯铁六氟磷酸盐、双（4-十二烷基苯）碘六氟锑酸盐中一种或两种。

进一步，所述导静电材料为500目导电纤维、炭黑、石墨中的一种或多种。

进一步，所述不饱和高分子单体是指环氧丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、乙烯基树脂等中的一种或多种；所述消泡剂型号为BYK-555。

进一步，所述光引发剂由2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、苯偶酰双甲醚按质量比为3:5组成；所述分散剂由十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、甲基戊醇按质量比为6:2:5组成；所述无机颜填料主要为氢氧化铝、氢氧化镁、石英粉中的一种或多种。

进一步，所述陶瓷粉的细度为800-1200目；所述的玻璃纤维是指玻璃短纤维、玻纤毡等。

一种双固化导静电陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）按上述重量份数比称取各原料备用；

（2）将高分子单体放入带有高速搅拌器的混合容器中，在不断搅拌下分别加入消泡剂、光引发剂、阳离子引发剂、阳离子单体，混合均匀；然后向上述容器中加入分散剂、无机填料、陶瓷粉、导静电材料，高速搅拌15-30 min制备树脂浆液；

（3）将树脂浆液转入SMC片机组进料斗中，并将薄膜、玻璃纤维装入SMC片机组，用SMC片机组生产产品。

本发明所述双固化导电陶瓷复合材料的使用方法：根据工程需要，切割或裁剪成各种形状，在避免阳光直射下采用粘贴、缠绕、包裹等方式贴附在待防护的基材上；贴好后，可在阳光或紫外灯照射下快速固化，具有超高强度、高附着力、无缝密封的防渗、防腐、耐磨、导静电密封套层或套管。

自由基固化体积收缩大，附着力差，阳离子固化体积收缩小，附着力好；氧对自由基固化有显著的阻聚作用，而对阳离子固化没有阻聚作用；此外，阳离子固化存在“暗反应”，当稳定UV光源后，仍会发生固化反应，因此采用双固化即自由基光固加阳离子光固可解固化效果不佳的问题。在原有材料配方基础上再加上氧杂环丁单体，该单体同时拥有氧杂环和丙烯酸酯功能团，可以使自由基光固和阳离子光固完全结合,提高机械性能。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1. 本发明所述双固化导静电陶瓷复合材料具有优异的防腐性能（见表2）、具有良好的导静电性能（表面电阻率在10⁵-10¹²Ω）；

2.具有优异的耐化学性能，超强的防渗防腐蚀导静电能力，与基材的附着力强，机械性能好，具有耐热冲击、耐热震、膨胀系数小（77.22um/(m·℃），对一般的酸、碱、盐、有机溶剂、卤水、海水及土壤腐蚀等都有很好的抵抗能力，保证基材的长期稳定性；

3.本发明所述双固化导电陶瓷复合材料质量轻、工程设计简单、使用灵活方便，可根据工程需要，切割或裁剪成各种形状，使用方便快捷，可大幅度缩短施工时间、施工难度及人工成本，且固化效果好，固化后巴氏硬度可达61HBa，可形成高强度的无缝密封防渗防腐绝缘保护套层，从根本上阻止层内、外介质或空气的对流，起到极佳的防渗、防腐、导静电、防护、增强等作用；

4.该材料固化后具有防渗、防腐、耐磨、导静电、增强防护等功能，可用于石油管道、易燃易爆管道、埋地及穿越管道、石油储罐、储槽等的防腐防渗、导静电、防火防爆、增强保护等，应用十分广泛。

附图说明

图1本发明制得的导静电陶瓷复合材料产品示意图；

图2为实施例6产品固化后形成的坚硬套管照片。

具体实施方式

一种双固化导静电陶瓷复合材料的制备方法，具体实施步骤如下：

实施例1

将25份环氧丙烯酸树脂单体加入带有高速搅拌器的不锈钢容器中，分别取0.08份消泡剂（BYK-555）、0.05份光引发剂（2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、苯偶酰双甲醚按质量比为3:5组成），0.01份阳离子引发剂异丙苯基环戊二烯铁六氟磷酸盐，0.05份阳离子单体（3-乙基-3-((甲基丙烯酸氧基)甲基)氧杂环丁烷），混合后在不断搅拌下加入上述容器中，加入0.1份分散剂（由十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、甲基戊醇按质量比为6:2:5组成）及12份氢氧化铝，0.15份氧化镁，30份陶瓷粉（800目），10份导静电材料（500目导电纤维），高速搅拌20min后得到混合树脂浆液；将树脂浆液转入SMC片机组进料斗中，并将薄膜、玻璃纤维布或毡装入SMC片机组，设置控制玻璃纤维布为20份；开机生产得到产品样品1。

实施例2

将30份环氧丙烯酸树脂单体放入带有高速搅拌器的不锈钢容器中，分别将0.20份消泡剂（BYK-555）、0.45份光引发剂（2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、苯偶酰双甲醚按质量比为3:5组成）, 0.03份阳离子引发剂异丙苯基环戊二烯铁六氟磷酸盐,0.03份阳离子单体（3-乙基-3-羟甲氧杂环丁烷）、混合后在不断搅拌下加入上述容器中，然后加入0.50份分散剂（由十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、甲基戊醇按质量比为6:2:5组成）及0.40份氧化镁，30份陶瓷粉（1200目），12份导静电材料（炭黑），高速搅拌20min后得到树脂浆液；将树脂浆液转入SMC片机组进料斗中，并将薄膜、玻璃纤维短切纱装入SMC片机组，设置控制玻璃纤维短切纱为20份；开机生产得到产品样品2。

实施例3

将40份环氧丙烯酸树脂单体放入带有高速搅拌器的不锈钢容器中，分别将0.5份消泡剂（BYK-555）、0.6份光引发剂（2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、苯偶酰双甲醚按质量比为3:5组成）, 0.02份阳离子引发剂双（4-十二烷基苯）碘六氟锑酸盐、0.025份阳离子单体（3-乙基-3-羟甲氧杂环丁烷）,混合后在不断搅拌下加入上述容器中，然后加入0.7份分散剂（由十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、甲基戊醇按质量比为6:2:5组成）及3份氢氧化铝，0.5份氧化镁，30份陶瓷粉（900目），15份导静电材料（石墨），高速搅拌20 min后得到树脂浆液；将树脂浆液转入SMC片机组进料斗中，并将薄膜、玻璃纤维布装入SMC片机组，设置控制玻璃纤维布为25份；开机生产得到产品样品3。

实施例4

将30份乙烯基不饱和树脂单体放入带有高速搅拌器的不锈钢容器中，分别将0.30份消泡剂（BYK-555）、0.40份光引发剂（2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、苯偶酰双甲醚按质量比为3:5组成）, 0.05份阳离子引发剂双（4-十二烷基苯）碘六氟锑酸盐、0.04份阳离子单体（3-乙基-3-羟甲氧杂环丁烷），混合后在不断搅拌下加入上述容器中，然后加入0.5份分散剂（由十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、甲基戊醇按质量比为6:2:5组成）及25份氢氧化铝，0.5份氧化镁及40份陶瓷粉（1000目），18份导静电材料（炭黑10份、石墨8份），高速搅拌20min后得到树脂浆液；将树脂浆液转入SMC片机组进料斗中，并将薄膜、玻璃纤维布装入SMC片机组，设置控制玻璃纤维布为20份；开机生产得到产品样品4。

实施例5

将20份双固化不饱和树脂放入带有高速搅拌器的不锈钢容器中，分别将0.1份消泡剂（BYK-555）、0.12份光引发剂（2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、苯偶酰双甲醚按质量比为3:5组成）, 0.05份阳离子引发剂异丙苯基环戊二烯铁六氟磷酸盐、0.015份阳离子单体（3-乙基-3-羟甲氧杂环丁烷），混合后在不断搅拌下加入上述容器中，然后加入0.15份分散剂（由十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、甲基戊醇按质量比为6:2:5组成）及25份陶瓷粉（1200目）,20份导静电材料（500目导电纤维10份、炭黑10份），0.2份氧化镁，高速搅拌20 min后得到树脂浆液；将树脂浆液转入SMC片机组进料斗中，并将薄膜、玻璃纤维布装入SMC片机组，设置控制玻璃纤维布为20份；开机生产得到产品样品5。

实施例6

将45份乙烯基不饱和树脂放入带有高速搅拌器的不锈钢容器中，分别将0.35份消泡剂（BYK-555）、0.6份光引发剂（2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、苯偶酰双甲醚按质量比为3:5组成）, 阳离子引发剂为异丙苯基环戊二烯铁六氟磷酸盐0.02份、双（4-十二烷基苯）碘六氟锑酸盐0.03份、0.035份阳离子单体（3-乙基-3-((甲基丙烯酸氧基)甲基)氧杂环丁烷）,混合后在不断搅拌下加入上述容器中，然后加入0.6份分散剂（由十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、甲基戊醇按质量比为6:2:5组成）及10份氢氧化铝，0.5份氧化镁和35份陶瓷粉（1100目），20份导静电材料（500目导电纤维12份、炭黑6份和石墨2份），高速搅拌20min后得到树脂浆液；将树脂浆液转入SMC片机组进料斗中，并将薄膜、玻璃纤维布装入SMC片机组，设置控制玻璃纤维布为25份，开机生产得到产品样品6。

上述实施例所得样品的性能指标见表1。

本发明所述的导静电陶瓷复合材料的防腐性能测试结果如下表2。

Claims (10)

1.一种双固化导静电陶瓷复合材料，其特征在于由以下重量份数比的原料制成：不饱和高分子单体30-50份、消泡剂0.05-1.0份、光引发剂0.05-1.5份、阳离子引发剂0.01-0.05份、阳离子单体0.01-0.05份、分散剂0.05-1.0份、无机填料5-30份、陶瓷粉10-40份、导静电材料10-20份、玻璃纤维15-30份。

2.根据权利要求1所述一种双固化导静电陶瓷复合材料，其特征在于由以下重量份数比的原料制成：不饱和高分子单体42-45份、消泡剂0.07-0.08份、光引发剂0.08-1.2份、阳离子引发剂0.02-0.03份、阳离子单体0.02-0.03份、分散剂0.08-0.09份、无机填料22-28份、陶瓷粉15-25份、导静电材料13-17份、玻璃纤维18-22份。

3.根据权利要求1所述一种双固化导静电陶瓷复合材料，其特征在于由以下重量份数比的原料制成：不饱和高分子单体33-38份、消泡剂0.075份、光引发剂0.09-1.1份、阳离子引发剂0.025份、阳离子单体0.025份、分散剂0.085份、无机填料10-15份、陶瓷粉18-25份、导静电材料14-16份、玻璃纤维26-28份。

4.根据权利要求1所述一种双固化导静电陶瓷复合材料，其特征在于所述阳离子单体为3-乙基-3-((甲基丙烯酸氧基)甲基)氧杂环丁烷或3-乙基-3-羟甲氧杂环丁烷。

5.根据权利要求1所述一种双固化导静电陶瓷复合材料，其特征在于所述阳离子引发剂为异丙苯基环戊二烯铁六氟磷酸盐、双（4-十二烷基苯）碘六氟锑酸盐中一种或两种。

6.根据权利要求1所述一种双固化导静电陶瓷复合材料，其特征在于所述导静电材料为500目导电纤维、炭黑、石墨中的一种或多种。

7.根据权利要求1-6任一项所述一种双固化导静电陶瓷复合材料，其特征在于所述不饱和高分子单体是指环氧丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、乙烯基树脂等中的一种或多种；所述消泡剂型号为BYK-555。

8.根据权利要求1-6任一项所述一种双固化导静电陶瓷复合材料，其特征在于所述光引发剂由2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、苯偶酰双甲醚按质量比为3:5组成；所述分散剂由十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、甲基戊醇按质量比为6:2:5组成；所述无机颜填料主要为氢氧化铝、氢氧化镁、石英粉中的一种或多种。

9.根据权利要求1-6任一项所述一种双固化导静电陶瓷复合材料，其特征在于所述陶瓷粉的细度为800-1200目；所述的玻璃纤维是指玻璃短纤维、玻纤毡。

10.根据权利要求1-6任一项所述一种双固化导静电陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）按上述重量份数比称取各原料备用；

（2）将高分子单体放入带有高速搅拌器的混合容器中，在不断搅拌下分别加入消泡剂、光引发剂、阳离子引发剂、阳离子单体，混合均匀；然后向上述容器中加入分散剂、无机填料、陶瓷粉、导静电材料，高速搅拌15-30 min制备树脂浆液；

（3）将树脂浆液转入SMC片机组进料斗中，并将薄膜、纤维装入SMC片机组，用SMC片机组生产产品。

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