CN115558381A - 抗静电粉末涂料组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗静电粉末涂料组合物，其以质量份计，包括：52‑56份环氧树脂、9.5‑11份环氧树脂固化剂、2‑4份流平助剂、3‑6份防锈助剂、0.2‑1份导电助剂以及25‑35份颜填料。本发明还涉及该抗静电粉末涂料组合物的制备方法和应用。本发明所述的抗静电粉末涂料组合物所制备的涂层可以将电阻率可控制在1×102至1×105Ω·m，具有良好的导电性能；同时本发明所述的抗静电粉末涂料组合物所制备的涂层具有良好的机械性能以及流平性，并可以根据行业需求直接将涂层调整为标准标志色。

Description

抗静电粉末涂料组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及工业用粉末涂料的技术领域，具体涉及一种抗静电粉末涂料组合物及其制备方法和应用，尤其是一种矿山用抗静电粉末涂料组合物及其制备方法和应用。
背景技术
由于瓦斯气体的存在，矿山环境具有一定的安全隐患，因此需要使用管道将瓦斯安全地导出矿洞，这是矿山生产的重要安全保证。再者，又因矿山环境的湿度与温度较高，故所使用设备及管道需具有导电性、阻燃性、防腐性等性能。
常用的管道为钢衬PE导电管道。但由于其聚乙烯材质特性，故其耐冲击等物理性能存在缺陷。一旦矿山发生物料跌落或塌方，易对钢衬PE管道造成破坏，而导致输送瓦斯外漏，从而导致矿难的发生。
为改善管道此方面的不足，钢制管道开始大量为矿山企业所应用。现有技术中，钢制管道外壁多涂装有熔结环氧粉末涂层，其执行的标准为：CJ/T 120-2016《给水涂塑复合钢管》及SY/T 0315-2013《钢质管道熔结环氧粉末外涂层技术规范》。其中，熔结环氧涂层表面电阻率高于1×1015Ω·m。但是，这无法满足矿山MT181-1988《煤矿井下用塑料管安全性能检验》标准的要求。因此，急需解决熔结环氧涂层的表面电阻率过高的技术问题，使涂塑钢管能够满足矿山瓦斯排放管道的要求。
为了解决上述的技术问题，现有技术中基本均采用添加导电炭黑方法以对于表面电阻率的进行控制。
比如，公开号为“CN102408813A”的中国发明专利申请公开了一种高导电、重防腐、吸波粉末涂料，其中添加了导电炭黑及其他导电材料，从而降低了涂层表面的电阻率，可将表面的电阻率降低至1×105Ω·m。
然而，由于导电炭黑在涂层中作用为一维介质堆积，仅仅依靠点与点之间连接。若导电炭黑添加的量较大，则对涂层的机械性能造成影响，并且导电值很难进一步地降低。
据此，现有技术中使用导电炭黑的粉末涂料具有如下的缺陷：(1)导电炭黑具有很大的吸油量。因此，其所制备的涂层机械性能及表面效果会随该物料添加量的上升出现较大下降。所以，此类产品机械性能低于其他熔结环氧粉末涂层，表面光泽与流平效果也相对较差。在极限情况下，涂层表面电阻率也仅能控制到1×105Ω·m左右，无法进一步降低。(2)由于导电炭黑染色性很强，故此类产品无法调整为其他颜色。然而，矿山用管道常用标志色为红、蓝、灰三种。故，使用导电炭黑的黑色管道还需要使用后续的技术手段进一步标识，从而增加了生产成本。
总而言之，现有技术中的矿山用抗静电粉末涂料组合物的缺陷在于：机械性能以及流平性能较差、无法进行调色，且无法进一步降低涂层表面的电阻率。
发明内容
为了克服现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种抗静电粉末涂料组合物及其制备方法和应用。
本发明的第一方面提供了一种抗静电粉末涂料组合物，所述涂料组合物采用了碳纳米管和导电粒子作为导电助剂，使得所得的涂层的表面电阻率在1×102-1×106之间，并且同时赋予所述涂层具备优异的机械性能、流平性能以及外观，且可以对于最终产品进行不同颜色的调整。
所述抗静电粉末涂料组合物，以质量份计，包括52-56份环氧树脂、9.5-11份环氧树脂固化剂、2-4份流平助剂、3-6份防锈助剂、0.2-1份导电助剂以及25-35份颜填料。
优选地，所述的抗静电粉末涂料组合物，以质量份计，包括52-54份环氧树脂、10-10.5份环氧树脂固化剂、2-4份流平助剂、4-5份防锈助剂、0.4-0.8份导电助剂以及25-30份颜填料。
进一步地，所述环氧树脂包括双酚a型环氧树脂。具体地说，所述环氧树脂选自南亚环氧树脂(昆山)有限公司所提供的环氧树脂(904)、环氧树脂(907)，或选自中石化巴陵石化股份有限公司所提供的环氧树脂(014U)。
进一步地，所述环氧树脂固化剂包括酚醛改性环氧树脂固化剂。具体地说，所述环氧树脂选自大庆庆鲁朗润科技有限公司所提供的固化剂(969F-02X)。
进一步地，所述流平助剂选自流平剂、润湿促进剂、除气剂以及分散剂中的一种或多种的组合。具体地说，所述流平剂选自宁波南海化学有限公司提供的流平剂GLP788；所述润湿促进剂选自宁波南海化学有限公司提供的润湿促进剂BLC701；所述除气剂选自宁波南海化学有限公司提供的安息香；所述分散剂选自德国毕克公司提供的分散剂BYK161。
进一步地，所述防锈助剂选自偶联剂和/或防锈颜料。具体地说，所述偶联剂选自帕特纳新材料公司提供的偶联剂9530；所述的防锈颜料选自颍川新材料公司提供的防锈颜料(1100)。
进一步地，所述导电助剂选自碳纳米管和/或导电粒子。优选地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管。具体地说，所述单壁碳纳米管为俄罗斯OCSiAl公司所提供的单壁碳纳米管(CNT06)；所述导电粒子为上海君江科技有限公司所提供的导电粒子(BC-K20)。
进一步地，所述颜填料包括云母粉和/或沉淀硫酸钡，以及颜料。具体地说，所述云母粉选自安徽格锐矿业公司提供的云母粉(GA-01)；所述沉淀硫酸钡为辛集钡业有限公司提供的沉淀硫酸钡。所述颜料选自黑色颜料、白色颜料或彩色颜料。
本发明的技术方案中进一步地采用了碳纳米管作为导电介质，取代了现有技术中的导电炭黑。所述碳纳米管为更高维度导电介质，其均匀分散于粉末涂料组合物体系中。所述碳纳米管的颗粒成线状，为二维导电材料，故分散于涂层中时更容易形成线与线的连接，因此添加较小的量即可达到降低涂层表面电阻率的技术效果。
本发明的第二方面提供了上述抗静电粉末涂料组合物的制备方法。其中，所述的制备方法包括以下的步骤：
(1)将环氧树脂、环氧树脂固化剂、流平助剂、防锈助剂、导电助剂以及颜填料按质量份数加入预混罐中，高速旋转、混合均匀5～10min；其中搅拌的速率为300-400r/min；
(2)将混合均匀的生料匀速放入双螺杆挤出机熔融挤出，经过冷却辊，辊压冷却成料片；
(3)将所得的料片进行粉碎、研磨、过筛，即得抗静电粉末涂料组合物。
进一步地，所述熔融挤出的条件为90-105℃。
进一步地，所述的粉碎步骤的包括粗破碎和磨细粉碎的步骤。
进一步地，所得的抗静电粉末涂料组合物的粒径为40～65μm。
本发明的第三方面在于提供上述抗静电粉末涂料组合物的应用。所述静电粉末涂料组合物可用于高压设备、精密仪器的外表面的涂装、其还可用于易燃易爆管体及管道外壁的抗静电、防静电的涂装。
进一步地，所述的管道为矿山用钢制管道。
进一步地，所述的高压设备为充电桩、电控柜体等高压设备。
本发明的第四方面在于提供一种管道，该管道的表面涂装有上述抗静电粉末涂料组合物。所述的管道可以取代现有技术中矿用钢带增强抗静电聚乙烯管，以作为矿山瓦斯排放管道以及输水、排水管道。
与现有技术相比较，本发明所提供的技术方案具有以下优点：
(1)本发明所述的抗静电粉末涂料组合物所制备的涂层可以将电阻率可控制在1×102至1×105Ω·m，具有良好的导电性能；
(2)本发明所述的抗静电粉末涂料组合物所制备的涂层具有良好的机械性能以及流平性，满足CJ/T 120-2016《给水涂塑复合钢管》及SY/T 0315-2013《钢质管道熔结环氧粉末外涂层技术规范》的要求；
(3)本发明所述的抗静电粉末涂料组合物所制备的涂层的颜色不受影响，可根据行业的需求直接调整为标准标志色，以对现有使用导电炭黑导电涂层进行替代。涂装后工件无需再外贴加标志色标。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施例。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。
结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行说明，如无具体说明，本发明的各种原材料在市售都可得到，或者根据本领域的常规方法制备得到。除非另有特殊说明，本发明所使用的所有专业与科学技术术语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。任何与所记载内容类似的方法或材料均可应用在本发明方法中。
实施例1：抗静电粉末涂料组合物1
本实施例中，制备包括以下质量份的组分的抗静电粉末涂料组合物，该涂料组合物所制备涂层的表面电阻率可控制在1×102-1×105Ω·m，具有良好的导电性能：该涂料组合物包括：
环氧树脂55份
环氧树脂固化剂11份
流平助剂4份
防锈助剂4份
导电助剂0.5份
颜填料25.5份。
具体地说：
所述的环氧树脂为双酚a型环氧树脂，为南亚环氧树脂(昆山)有限公司所提供的环氧树脂(904)。
所述的环氧树脂固化剂包括酚醛改性环氧树脂固化剂，为大庆庆鲁朗润科技有限公司所提供的固化剂(969F-02X)。
所述的流平助剂为复配的，其包括1份流平剂、1份润湿促进剂、1份除气剂以及1份分散剂。具体为所述流平剂选自宁波南海化学有限公司提供的流平剂GLP788；所述润湿促进剂选自宁波南海化学有限公司提供的润湿促进剂BLC701；所述除气剂选自宁波南海化学有限公司提供的安息香；所述分散剂选自德国毕克公司提供的分散剂BYK161。
所述的防锈助剂也为复配的，其包括2份偶联剂和2份防锈颜料。具体地说，所述偶联剂选自帕特纳新材料公司提供的偶联剂9530；所述的防锈颜料选自颍川新材料公司提供的防锈颜料(1100)。
所述的导电助剂也为复配的，其包括0.25份单壁碳纳米管和0.25份导电粒子。具体地说，所述单壁碳纳米管为俄罗斯OCSiAl公司所提供的单壁碳纳米管(CNT06)；所述导电粒子为上海君江科技有限公司所提供的导电粒子(BC-K20)。
所述的颜填料也为复配的，其中包括5份云母粉和19.5份沉淀硫酸钡，以及1份红色颜料—红色氧化铁颜料。具体地说，所述云母粉选自安徽格锐矿业公司提供的云母粉(GA-01)；所述沉淀硫酸钡为辛集钡业有限公司提供的沉淀硫酸钡。
上述的抗静电粉末涂料组合物通过以下的方法制备：
(1)将上述的环氧树脂、环氧树脂固化剂、流平助剂(流平剂、润湿促进剂、除气剂以及分散剂)、防锈助剂(偶联剂以及防锈颜料)、导电助剂(单壁碳纳米管和导电粒子)以及颜填料(颜料、云母粉和沉淀硫酸钡。)按质量份数加入预混罐中，高速旋转、混合均匀5～10min，搅拌机转速为300-400r/min；
(2)将混合均匀的生料匀速放入双螺杆挤出机，在90-105℃的条件下熔融挤出，经过冷却辊后，辊压冷却成料片；
(3)将所得的料片先进行粗破碎，再进行磨细粉碎、最后研磨、过筛，即得平均粒径为40～65μm的抗静电粉末涂料组合物1。
实施例2：抗静电粉末涂料组合物2
本实施例中，制备包括以下质量份的组分的抗静电粉末涂料组合物，该涂料组合物所制备涂层的表面电阻率可控制在1×102-1×105Ω·m，具有良好的导电性能：该涂料组合物包括：
环氧树脂55份
环氧树脂固化剂11份
流平助剂4份
防锈助剂6份
导电助剂0.8份
颜填料23.2份。
具体地说：
所述的环氧树脂为双酚a型环氧树脂，为南亚环氧树脂(昆山)有限公司所提供的环氧树脂(907)。
所述的环氧树脂固化剂包括酚醛改性环氧树脂固化剂，为大庆庆鲁朗润科技有限公司所提供的固化剂(969F-02X)。
所述的流平助剂为复配的，其包括1份流平剂、1份润湿促进剂、1份除气剂以及1份分散剂。具体为所述流平剂选自宁波南海化学有限公司提供的流平剂GLP788；所述润湿促进剂选自宁波南海化学有限公司提供的润湿促进剂BLC701；所述除气剂选自宁波南海化学有限公司提供的安息香；所述分散剂选自德国毕克公司提供的分散剂BYK161。
所述的防锈助剂也为复配的，其包括3份偶联剂和3份防锈颜料。具体地说，所述偶联剂选自帕特纳新材料公司提供的偶联剂9530；所述的防锈颜料选自颍川新材料公司提供的防锈颜料(1100)。
所述的导电助剂也为复配的，其包括0.4份单壁碳纳米管和0.4份导电粒子。具体地说，所述单壁碳纳米管为俄罗斯OCSiAl公司所提供的单壁碳纳米管(CNT06)；所述导电粒子为上海君江科技有限公司所提供的导电粒子(BC-K20)。
所述的颜填料也为复配的，其中包括5份云母粉和15.2份沉淀硫酸钡，以及黄色颜料—黄色氧化铁3份。具体地说，所述云母粉选自安徽格锐矿业公司提供的云母粉(GA-01)；所述沉淀硫酸钡为辛集钡业有限公司提供的沉淀硫酸钡。
上述的抗静电粉末涂料组合物通过以下的方法制备：
(1)将上述的环氧树脂、环氧树脂固化剂、流平助剂(流平剂、润湿促进剂、除气剂以及分散剂)、防锈助剂(偶联剂以及防锈颜料)、导电助剂(单壁碳纳米管和导电粒子)以及颜填料(颜料、云母粉和沉淀硫酸钡。)按质量份数加入预混罐中，高速旋转、混合均匀5～10min，搅拌机转速为300-400r/min；
(2)将混合均匀的生料匀速放入双螺杆挤出机，在90-105℃的条件下熔融挤出，经过冷却辊后，辊压冷却成料片；
(3)将所得的料片先进行粗破碎，再进行磨细粉碎、最后研磨、过筛，即得平均粒径为40～65μm的抗静电粉末涂料组合物2。
实施例3：抗静电粉末涂料组合物3
本实施例中，制备包括以下质量份的组分的抗静电粉末涂料组合物，该涂料组合物所制备涂层的表面电阻率可控制在1×102-1×105Ω·m，具有良好的导电性能：该涂料组合物包括：
环氧树脂55份
环氧树脂固化剂11份
流平助剂4份
防锈助剂5份
导电助剂0.8份
颜填料24.2份。
具体地说：
所述的环氧树脂为双酚a型环氧树脂，为中石化巴陵石化股份有限公司所提供的环氧树脂(014U)。
所述的环氧树脂固化剂包括酚醛改性环氧树脂固化剂，为大庆庆鲁朗润科技有限公司所提供的固化剂(969F-02X)。
所述的流平助剂为复配的，其包括1份流平剂、1份润湿促进剂、1份除气剂以及1份分散剂。具体为所述流平剂选自宁波南海化学有限公司提供的流平剂GLP788；所述润湿促进剂选自宁波南海化学有限公司提供的润湿促进剂BLC701；所述除气剂选自宁波南海化学有限公司提供的安息香；所述分散剂选自德国毕克公司提供的分散剂BYK161。
所述的防锈助剂也为复配的，其包括3份偶联剂和3份防锈颜料。具体地说，所述偶联剂选自帕特纳新材料公司提供的偶联剂9530；所述的防锈颜料选自颍川新材料公司提供的防锈颜料(1100)。
所述的导电助剂也为复配的，其包括0.4份单壁碳纳米管和0.4份导电粒子。具体地说，所述单壁碳纳米管为俄罗斯OCSiAl公司所提供的单壁碳纳米管(CNT06)；所述导电粒子为上海君江科技有限公司所提供的导电粒子(BC-K20)。
所述的颜填料也为复配的，其中5份云母粉和17.2份沉淀硫酸钡，以及白色颜料—二氧化钛2份。具体地说，所述云母粉选自安徽格锐矿业公司提供的云母粉(GA-01)；所述沉淀硫酸钡为辛集钡业有限公司提供的沉淀硫酸钡。
上述的抗静电粉末涂料组合物通过以下的方法制备：
(1)将上述的环氧树脂、环氧树脂固化剂、流平助剂(流平剂、润湿促进剂、除气剂以及分散剂)、防锈助剂(偶联剂以及防锈颜料)、导电助剂(单壁碳纳米管和导电粒子)以及颜填料(颜料、云母粉和沉淀硫酸钡。)按质量份数加入预混罐中，高速旋转、混合均匀5～10min，搅拌机转速为300-400r/min；
(2)将混合均匀的生料匀速放入双螺杆挤出机，在90-105℃的条件下熔融挤出，经过冷却辊后，辊压冷却成料片；
(3)将所得的料片先进行粗破碎，再进行磨细粉碎、最后研磨、过筛，即得平均粒径为40～65μm的抗静电粉末涂料组合物3。
实施例涂层的制备
将实施例1至实施例3所得的抗静电粉末涂料组合物通过以下的工艺参数以及步骤进行涂装：
所使用的样板为热轧钢板，样板尺寸为100*100*6mm。前处理为抛丸，样板表面达到Sa2.5级。前处理4小时内进行喷涂，工件预热温度为200℃，静电喷涂后在200℃环境下固化1min。
对所得的涂层进行测试，具体的参数、技术指标以及检测方法请参见下表1-表3。
表1实施例1粉末涂料组合物的所得涂层性能指标
Figure BDA0003144116250000091
表2实施例2粉末涂料组合物的所得涂层性能指标
Figure BDA0003144116250000092
Figure BDA0003144116250000101
表3实施例3粉末涂料组合物的所得涂层性能指标
Figure BDA0003144116250000102
Figure BDA0003144116250000111
对比例：使用导电碳黑的涂料所得涂层
使用现有技术可以获得的导电炭黑涂料以与实施例1至实施例3相同的工艺参数以及步骤进行涂装。
所述的导电炭黑涂料为卡博特公司提供的型号为VXC-72的导电炭黑或者捷克高导电碳黑公司提供的型号为CHEZACARB AC 80的导电炭黑。
对所得的涂层进行测试，具体的参数、技术指标以及检测方法请参见下表4。
表4使用导电炭黑粉末涂料所得涂层性能指标
Figure BDA0003144116250000112
Figure BDA0003144116250000121
通过比较实施例1-3和对比例，可知：
与传统使用导电炭黑粉末涂层对比，使用本发明所述的抗静电粉末涂料组合物所得的涂层的表面及体积电阻率达到了103至105，具有更低表面及体积电阻率，更便于静电的导出，从而提升工件抗静电能力。
同时，所得的涂层外观、机械性能与耐久耐化学性能均得到一定范围的提升。涂层也不受颜色限制，可做全色系调整，便于标示管道等工件标志色。
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种抗静电粉末涂料组合物，其特征在于其以质量份计，包括：52-56份环氧树脂、9.5-11份环氧树脂固化剂、2-4份流平助剂、3-6份防锈助剂、0.2-1份导电助剂以及25-35份颜填料。
2.根据权利要求1所述的抗静电粉末涂料组合物，其中所述的抗静电粉末涂料组合物，以质量份计，包括52-54份环氧树脂、10-10.5份环氧树脂固化剂、2-4份流平助剂、4-5份防锈助剂、0.4-0.8份导电助剂以及25-30份颜填料。
3.根据权利要求1所述的抗静电粉末涂料组合物，其中所述环氧树脂包括双酚a型环氧树脂；或者所述环氧树脂固化剂包括酚醛改性环氧树脂固化剂。
4.根据权利要求1所述的抗静电粉末涂料组合物，其中所述流平助剂选自流平剂、润湿促进剂、除气剂以及分散剂中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1所述的抗静电粉末涂料组合物，其中所述防锈助剂选自偶联剂和/或防锈颜料。
6.根据权利要求1所述的抗静电粉末涂料组合物，其中所述导电助剂选自碳纳米管和/或导电粒子；优选地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管。
7.根据权利要求1所述的抗静电粉末涂料组合物，其中所述颜填料包括云母粉和/或沉淀硫酸钡，以及颜料。
8.一种制备如权利要求1-7任意一项所述的抗静电粉末涂料组合物的方法，其中，其包括以下的步骤：
(1)将环氧树脂、环氧树脂固化剂、流平助剂、防锈助剂、导电助剂以及颜填料按质量份数加入预混罐中，高速旋转、混合均匀5～10min；其中搅拌的速率为300-400r/min；
(2)将混合均匀的生料匀速放入双螺杆挤出机熔融挤出，经过冷却辊，辊压冷却成料片；
(3)将所得的料片进行粉碎、研磨、过筛，即得抗静电粉末涂料组合物。
9.权利要求1-7任意一项所述的抗静电粉末涂料组合物的应用，其用于高压设备、精密仪器的外表面的涂装、管体及管道外壁的的涂装。
10.一种管道，该管道的表面涂装有如权利要求1-7任意一项所述的抗静电粉末涂料组合物。
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