CN1693392A - 一种导静电防腐蚀涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导静电防腐蚀涂料及其制备方法，该涂料特别适合石油储罐及管道内壁导静电防腐蚀用。该导静电防腐蚀涂料的导电功能体由碳纳米管或碳纳米管与其他导电功能体的复合导电介质组成，成膜剂为防腐及粘结性能均较好的环氧树脂。碳纳米管在石油储罐及管道内壁导静电防腐蚀涂料中的重量含量小于5％，最佳重量含量在0.5％～2％范围。所述其他导电功能体为导电云母、石墨、炭黑、氧化锌、氧化钛或氧化锡等导电材料。

Description

一种导静电防腐蚀涂料及其制备方法

本发明涉及一种新型纳米导静电防腐蚀涂料及其制备方法，属于石油化工领域。该涂料特别适合于石油储罐及输送管道内壁以及其他需要导静电防腐蚀的场所使用。

随着科技的进步，各种高分子合成材料不断涌现，并在人们的生产和生活中大量运用，从而大大地提高了人们的生产和生活质量，但同时绝大多数高分子材料的导电性很差，使用中极易造成静电积累，其造成的静电危害也日益突显出来。近年来，由于静电的干扰和危害(如引起电子电器设备的误操作)引起过无数次事故，造成了重大的经济损失，特别是石油储罐及石油输送管道，由于对防静电处理认识不足和重视不够，曾发生过严重的火灾或爆炸事故。因此，为了保证石油储备和运输安全，石油储罐及输送管道内壁必须使用导静电型的防腐涂料。

导静电涂料是近年来迅速发展起来的一种功能性涂料，主要用于消除静电的危害。由于其生产设备简单、施工方便、成本低廉等特点，导静电涂料得到了广泛使用。目前防静电涂料存在的主要问题是导电功能体与树脂的相容性较差，金属导电功能体易沉淀、易氧化；半导体氧化物导电功能体导电性较差，用量较大；传统炭材料如石墨、炭黑等导电功能体导电性一般，用量也较大，颜色较深，而且炭黑还容易被油品抽提出来，不适合用作储油罐及输油管内壁用导静电涂料。

碳纳米管是一种中空管状结构的一维纳米碳材料，最早于1991年被日本NEC的电镜专家饭岛教授所发现(S.Iijima.Nature，1991，354：56)。碳纳米管具有优良的导电性能和化学稳定性，具有极大的长径比(一般在1000以上)，相同条件下比其他粒状导电功能体更易形成导电网络。以碳纳米管作为防静电涂料的导电功能体，则不存在金属导电功能体那样易被空气中的氧气所氧化的问题，而且耐热、耐油、耐酸碱；由于其密度比金属导电功能体、半导体氧化物导电功能体乃至石墨都小，与炭黑接近，因而在涂料生产、储运及施工中不易沉淀析出，尤其重要的是，碳纳米管经表面化学修饰后，能均匀地分散在防静电涂料中，用较少的量就能形成导电网络。由于用量极少，不但减少了导电功能体对基体树脂理化性能的影响，而且还容易制成浅色涂料。因此以碳纳米管作为防静电涂料的导电介质有其他传统导电功能体无法比拟的优势。

导静电防腐涂料成膜剂选择环氧树脂的原因是因为环氧树脂固化后具有极强的附着力和较好的防腐蚀、耐酸碱等性能。环氧树脂结构中具有的羟基、醚键和活性极大的环氧键，使它的分子和相邻界面产生电磁吸附或化学键，尤其是环氧基又能在固化剂的作用下发生交联聚合反应生成三维网状结构的大分子，分子本身有了一定的内聚力，因此环氧树脂具有极强的粘结性能，是做粘结剂的最好材料；环氧树脂的固化主要是依靠环氧基的开环加成聚合，因此固化过程中不产生低分子物，环氧树脂中羟基的存在使分子间以最强的氢键结合，分子间排列紧密，因而固化时收缩率很低，是热固性树脂中固化收缩率最低的品种之一，使加工尺寸稳定，内应力小，不易开裂；环氧树脂化学稳定性好，固化后的环氧树脂主链是醚键和苯环，三维交联结构致密又封闭，因此它既耐酸又耐碱，性能优于其他树脂。

本发明的目的是以碳纳米管作为导静电防腐涂料的导电功能体，或复配一定比例的导电云母、石墨、炭黑、氧化锌、氧化钛或氧化锡等导电材料作为导电功能体，以防腐性能和粘结性能均较好的环氧树脂为成膜剂制备出性能优异的石油储罐及输送管道内壁用导静电防腐涂料。

本发明可以通过如下原理实现：将碳纳米管在环氧树脂的二甲苯溶液中超声分散，同时加入一定量的表面活性剂或偶联剂，再在高速分散机作用下加入颜料或其他填料，制成A组分；A组分也可按下述方式实现：将碳纳米管机械球磨，使其端口打开，然后用浓硝酸和浓硫酸加热回流，使其表面接上羧基、羟基等含氧官能团，再将表面修饰后的碳纳米管与钛酸酯偶联剂进行偶联，然后将一定比例的超细钛白粉与碳纳米管或碳纳米管与其他导电功能体的复配体放入球磨罐中，再加入一定量的钛酸酯偶联剂进行球磨，最后将处理后的碳纳米管与钛白粉的混合物超声分散在环氧树脂的二甲苯溶液中，作为涂料的A组分；B组分主要为环氧树脂固化剂和稀释剂。使用时将A组分与B组分按比例混合后即可对石油储罐及输送管道内壁进行喷涂或刷涂，待完全固化后就可起到导静电和防腐蚀的作用。

本发明与现有技术的区别在于：采用碳纳米管等导电功能体制备导静电涂料或导电涂料，因碳纳米管具有高的长径比，一般在1000以上，所以涂料中添加少量的碳纳米管就能形成导电网络，因添加量少(小于5％)，对涂料的综合性能有积极的改良，且颜色浅，这些是现有导电功能体不能企及的。

下面结合实施例说明本发明的过程：

实施例1

称取管径为8～15nm的碳纳米管1g，放入球磨机球磨2小时，取出，加入浓硝酸与浓硫酸的混合液(3∶1)中，加热回流6～12小时，过滤，烘干，再将处理后的碳纳米管加入含0.1g NDZ-101钛酸酯偶联剂的石油醚中，搅拌均匀后缓慢蒸发掉石油醚，然后与10g 600目的钛白粉混合并加入1g NDZ-101钛酸酯偶联剂，放入球磨机球磨2小时，取出作为涂料的导电功能体和颜、填料加入到150ml含100g E-51环氧树脂和10g正丁醇的二甲苯溶液中，超声振荡2～5分钟，取出即得涂料A组分；涂料的B组分为JA-1环氧树脂固化剂的二甲苯溶液(其中JA-1的含量为60％)。使用时将A组分与B组分按3∶1的比例混合均匀后涂刷于打磨过的钢板试件上，待完全固化后测定其表面电阻率为10⁸Ω/sq，抗冲击性能≥50cm(落球式)，耐油水性能≥21d。其他理化指标均达到甚至超过了GB6950-2001“石油罐导静电涂料技术指标”的要求。

实施例2

制备过程同实例1，只是碳纳米管量增加到2g，钛酸酯偶联剂和钛白粉的量相应增加一倍，其他物质的量不变。结果测定其表面电阻率为10⁷Ω/sq，抗冲击性能≥50cm(落球式)，耐油水性能≥21d。其他理化指标均达到甚至超过了GB6950-2001“石油罐导静电涂料技术指标”的要求。

实施例3

制备过程同实例2，只是导电功能体为碳纳米管量1g和石墨1g的混合物，其他物质不变。结果测定其表面电阻率为10⁷Ω/sq，抗冲击性能≥50cm(落球式)，耐油水性能≥21d。其他理化指标均达到甚至超过了GB6950-2001“石油罐导静电涂料技术指标”的要求。

实施例4

制备过程同实例3，只是碳纳米管量增加到5g，钛酸酯偶联剂和钛白粉的量相应增加到5.5g和50g，其他物质的量不变。结果测定其表面电阻率为10⁵Ω/sq，抗冲击性能≥50cm(落球式)，耐油水性能≥21d。其他理化指标均达到甚至超过了GB6950-2001“石油罐导静电涂料技术指标”的要求。

实施例5

制备过程同实例4，只是将E-51环氧树脂换成E-44环氧树脂，其他物质不变。结果测定其表面电阻率为10⁵Ω/sq，抗冲击性能≥50cm(落球式)，耐油水性能≥21d。其他理化指标均达到甚至超过了GB6950-2001“石油罐导静电涂料技术指标”的要求。

Claims (6)

1.一种适用于石油储罐及管道内壁的导静电防腐蚀涂料，其特征在于

a.导电功能体为碳纳米管或其复配体；

b.成膜剂为环氧树脂；

c.颜填料为二氧化钛

2.一种导静电防腐蚀涂料的制备方法，其特征在于：

将碳纳米管在环氧树脂的二甲苯溶液中超声分散，同时加入一定量的表面活性剂或偶联剂，再在高速分散机作用下加入颜料或其他填料，作为涂料的A组分；B组分主要为环氧树脂固化剂和稀释剂，使用时将A组分与B组分按比例混合后喷涂或刷涂即可。

3.根据权利要求1所述的涂料配方为

A组分：

环氧树脂              100份

碳纳米管              0.5～5份

二氧化钛              5～50份

钛酸酯偶联剂          0.5～5份

消泡剂                5～15份

溶剂                  20～50份

B组分：

固化剂                100份

溶剂                  40～150份

4.根据权利要求1所述，碳纳米管为各种类型的碳纳米管，复配体是以碳纳米管为主，同时复配了导电云母、石墨、炭黑、氧化锌、氧化钛或氧化锡等导电材料。

5.根据权利要求1所述，环氧树脂为E-51型或E-44型或这两种环氧树脂的混合物。

6.根据权利要求3所述，涂料的A组分中的碳纳米管、二氧化钛、钛酸酯偶联剂、消泡剂也可以转移至B组分中或在两组分中同时出现。