0 引 言
随着石油工业的快速发展和国家战略石油储备的启动,油罐防腐日益受到重视。油罐的静电危害若不及时排除,容易产生爆炸隐患,因此,在考虑油罐防腐保护的同时,涂层必需具有优良的导电性。
为此2002 年正式实施了GB6950—2001《石油罐导静电涂料技术指标》标准,该标准系国家强制法规[ 2 ]中国机械网okmao.com。它规定涂料的表面电阻率为105 ~109 Ω ·cm。为满足石油施工、设计等单位的要求, 2006年颁布实施了CNCIA—HG/T0001石油储罐导电防腐蚀涂料涂装与验收规范,该规范总结以往成功的经验与失败的教训推荐采用浅色耐油导静电涂料为面漆的方案,它避免了以往采用石墨等黑色耐油导静电涂料带来的不便于检修时发现隐患和因石墨等渗出而污染油品的弊病。
另一方面在耐油导静电涂料的涂料品种的选择上,环氧涂料以其优异的耐油、防腐性能被誉为是油罐内壁防腐涂料的最佳品种,但是传统环氧涂料在10 ℃以下很难固化,这严重影响环氧涂料在冬季的采用。本文研制了低温固化浅色油罐导静电耐油环氧防腐面漆。
1 实 验
1. 1 原料
环氧树脂601、腰果壳油改性胺等环氧树脂固化剂、锐钛型二氧化钛、导电云母粉助剂、溶剂等。
1. 2 配方
主剂的参考配方如表1所示。
表1 低温固化浅色油罐导静电耐油环氧防腐面漆的配方
注:固化剂采用腰果壳油改性胺。
1. 3 生产工艺
先将环氧树脂用混合溶剂溶解成环氧树脂溶液备用,制漆时将溶解好的环氧树脂溶液、润湿分散剂、颜填料、助剂等搅拌均匀后研磨至细度至40μm以下,然后一边搅拌,一边缓慢加导电云母粉,加完后搅拌15~20 min,然后加入助剂、溶剂等调漆,经检验合格后,过滤包装即得成品。
1. 4 性能
低温固化浅色防腐面漆性能列表2。
表2 低温固化浅色油罐导静电耐油环氧防腐面漆的性能
2 结果与讨论
2. 1 环氧树脂的选择与影响
环氧树脂的体积电阻率为108 ~1014Ω·m,相对其他高分子化合物而言其体积电阻率较小,但还达不到导静电涂料的要求,因此必需掺入导电填料来达到导静电涂料的电阻要求。目前涂料中常用的环氧树脂是双酚A型环氧树脂601和环氧树脂6101,环氧树脂601 不仅比环氧树脂6101 电阻率低很多,而且与腰果壳油改性胺环氧固化剂的反应速度快,因此我们选择环氧树脂601。
2. 2 环氧树脂固化剂的选择与影响
低温固化浅色油罐导静电耐油环氧防腐面漆要在0 ℃条件下固化,普通的胺类环氧树脂固化剂(如环氧聚酰胺固化剂)在13 ℃以下很难固化,既使加入DMP - 30固化促进剂,其固化温度也只能下降到7~8 ℃。目前能在0 ℃条件下固化的环氧树脂固化剂主要有腰果壳油改性胺环氧固化剂、曼尼斯碱改性胺环氧固化剂、酚醛改性胺环氧固化剂、聚硫醇环氧固化剂等。由于聚硫醇环氧固化剂固化的涂膜很脆只用于胶粘剂中,因此本文选择了前几种类型的环氧低温固化剂进行比较。实验时选择了3种可在0 ℃条件下固化的固化剂,将制得的涂膜在0 ℃条件下干燥,实验结果如图1所示。
图1 在0 ℃下固化时涂膜硬度随时间变化曲线
从图1可以看出,固化剂1的反应速度最快,它属于腰果壳油改性胺固化剂。固化剂2、固化剂3属于曼尼斯碱改性芳胺固化剂,与固化剂1相比其反应速度在初期和中期明显慢一些。将制备的涂膜在0 ℃条件下干燥14 d后进行耐性比较,其结果如表3所示。
从表3可以看出,固化剂2耐化学性和耐水性较好,但是防腐性较差。固化剂3的耐酸性和防腐性较差。固化剂1的综合性能最好。腰果壳油改性胺固化剂不仅在0 ℃条件下固化最快,并且综合性能最好。这是由于其分子结构上既带憎水性优异的长脂肪链,常温反应活性高,又含耐化学腐蚀性的苯环结构,使它具有一般酚醛胺的低温、潮湿快速固化,又有一般低分子聚酰胺固化的操作期长、柔韧性优异和树脂混合比较宽的优点。
2. 3 导电填料的选择与影响
目前浅色的导电填料主要有导电云母粉、导电二氧化钛、导电硫酸钡等。由于导电二氧化钛价格较高,且用量较大,而导电硫酸钡防腐性较差,因此选择了导电云母粉。其不仅具有优良的导电性,而且导电云母粉化学性质稳定,耐酸、耐碱及耐有机溶剂(汽油、柴油等) ,同时由于片状结构,提高了防滲性和防腐性,因此非常适合于耐油导静电涂料。导电云母粉含量对涂层表面电阻的影响如图2所示。
由图2可知,导电云母粉最佳用量为20% ~25%。当用量低于10%时,涂层不具有导电性,这是由于涂层中导电粒子少难以形成导电网络,随着导电填料用量的增加,涂层的导电率逐渐降低。当导电云母粉用量大于30%时,不仅成本上升,而且由于电阻率太低导致防腐性能也降低。
3 助剂的选择与影响
实验中漆膜选择硅烷偶联剂KH - 560,其对漆膜性能的影响如表4所示。
表4 硅烷偶联剂对漆膜性能的影响
注:浸泡实验性能测定:在样板取出后常温放置1 h再进行。
由表4可知,硅烷偶联剂对漆膜的常温性能和耐油性影响不大,但却明显提高湿附着力,从而提高防腐性。同时硅烷偶联剂虽然提高了表面电阻率,但是保持了在湿态时表面电阻率的稳定, 更加保证了油品的安全性, 其合适的用量为0.5%~1%。
3 结 语
选用腰果壳油改性环氧固化剂,通过对环氧树脂、导电云母粉、助剂等品种及用量的挑选和实验,研制出能在0 ℃条件下固化的浅色油罐导静电耐油环氧防腐面漆。该涂膜的表面电阻率为105 ~109Ω·cm,不仅具有优异的耐酸碱性、耐油性和耐水性,而且具有优异的湿附着力和防腐性能。