0 引言
随着我国石化工业的快速发展，对原油、油品的贮罐需求量越来越大，大型贮罐多为浮顶罐，浮舱内壁表面的防腐及安全性被列为重点关注问题，尤其是贮罐的静电积累，如不及时排除，易发生爆炸事故。
国家石化总局GB 13348—92《液体石油产品静电安全规程》标准规定，“油罐内壁”应使用抗静电涂料，要求涂层的体积电阻率低于109 Ω·m，表面电阻低于10 9Ω［1-2］。由于浮舱在焊接成型及安装后是密闭环境，因此对其内壁涂装必须采用非溶剂型低VOC排放的抗静电防腐涂料中国机械网okmao.com。水性环氧导静电防腐涂料具有环保无毒、节能减排、安全性强、附着力高、耐腐蚀性优异、导电性好、综合物化性能佳等特点，广泛应用于易燃油品贮罐、油轮内舱等的内壁涂装。
1 实验部分
1.1 原材料
双酚A 环氧树脂E51 和OER-95 ；水性胺环氧加成物固化剂WC-200、751、WH-900 ；脂肪族缩水甘油醚稀释剂；导电云母；掺杂聚苯胺；磷酸铝锌；钛白粉；纳米SiO2 浆；缓蚀剂PYOXEI（ICI）；分散剂ND（拜耳）；润湿剂BYK-346 ；流平剂BYK-348 ；消泡剂BYK-019 ；纳米流变增稠剂LC-818 ；偶联剂KH-560 ；分散、润湿剂Disperbyk-170。
1.2 基本配方
水性环氧导静电防腐涂料的基本配方见表1。
表1 基本配方
1.3 制备方法
甲组分的制备：将水加入分散缸内，搅拌下加入分散剂、润湿剂、钛白粉、磷酸铝锌，高速分散30 min，再研磨至细度≤ 40 μm，中速搅拌下加入水性环氧固化剂、导电云母、消泡剂、流平剂、缓蚀剂、流变剂、纳米SiO2 浆，搅拌30 min，过滤，包装。
乙组分的制备：将活性环氧稀释剂加入分散缸内，搅拌下加入偶联剂和Disperbyk-170，高速分散均匀后加入掺杂聚苯胺，高速分散2 h，加入环氧树脂，再搅拌混合30 min，包装。
1.4 性能检测
将甲、乙组分按环氧/ 胺当量比为1.1∶1 混合均匀，常温放置熟化30 min，然后按国标GB/T 1727—1992 刷板制膜，常温放置养护7 d 后，按相应国标测试涂料的各项性能指标，结果见表2。
表2 水性环氧导静电防腐涂料的性能指标
2 结果与讨论
2.1 环氧树脂的选择
水性环氧防腐涂料分两种：一种是强制乳化或自乳化的环氧树脂乳液与水可分散的环氧固化剂配用体系；第二种是相对分子质量低的液态环氧树脂与具有乳化作用的环氧固化剂的配用体系。本文采用的是第二种配用体系。水性环氧防腐涂料中的环氧树脂，一般选用相对分子质量低的液态双酚A 型环氧树脂，其原因是：（1）该类环氧树脂黏度较低，容易被水性环氧固化剂乳化，使其与颜填料及助剂有很好的相容性、亲和性和润湿性；（2）双酚A 型环氧树脂分子中含有极性高而不易水解的醚键，使其在潮湿钢材表面上具有较高的附着力，耐化学品性也好。
又因其结构为刚性的苯环和柔性的烃链交替排列，从而赋予漆膜良好的物理机械性能。液态双酚A型环氧树脂E51、OER-95、EEW-190、SM828 等都可作为首选基料树脂。这些树脂都有良好的柔韧性，较强的黏结力、耐油性、耐酸性和耐各种有机溶剂性。
另外，环氧树脂分子中亲水性的羧基很少，从而使涂膜具有较高的防腐性和耐水性。在环氧树脂组分中加入适量的活性稀释剂，是为了降低组分的黏度，提高与固化剂组分的混溶性，并且活性稀释剂本身也能与固化剂反应交联，其适宜的添加量应控制在环氧树脂用量的15% 以内。在基本配方中其他因素不变的条件下，不同品种环氧树脂制备的水性环氧导静电防腐涂料，其性能比较见表3。
表3 不同品种环氧树脂对涂膜性能的影响
从表3 可知：以OER-95 制漆，其涂膜的耐盐雾性、耐热水性最好，但柔韧性和耐冲击性稍逊于E51，从综合性能考虑，本文选用了OER-95。
2.2 固化剂的选择
水性环氧树脂固化剂主要有3 种：（1）C18 脂肪酸和多元胺缩聚产物；（2）C36 二聚酸和多乙烯多胺缩聚物；（3）胺加成物（主要是胺和环氧加成物）。脂肪族胺加成物固化剂的适用期较短，固化速度太快，使环氧树脂颗粒表面黏度上升过快，不利于固化剂向环氧颗粒深处扩散，固化不完全，漆膜性能不理想。聚酰胺固化剂751，与环氧树脂组分混溶性不好且存在诱导期，导致涂膜发花、有油面，不宜选用［3］。
WH-900、WC-200 是一种高相对分子质量的水溶性好的胺加成物，含有表面活性基团，与环氧树脂有良好的相容性，可直接乳化环氧树脂配成稳定的水性环氧树脂体系，且体系的流变性、适用期、固化条件和涂膜性能均能满足涂料的使用要求，也可以湿面施工。
以不同种类固化剂配漆，对水性环氧导静电防腐涂料的性能影响见表4。
表4 不同固化剂对涂料性能的影响
由表4 可知：水溶性胺加成物固化剂WH-900 和WC-200 均适用于本文的配方体系。
2.3 导电填料的选择
以往，导电涂料多以炭黑、石墨或金属粉末为主体，前者虽然价廉，但颜色黑暗，装饰性差，难分散，易结块沉淀，涂层附着力差，易龟裂，耐油性差［4］，且炭粒子易向涂层表面迁移，从而污染油品；以金属粉末制备的涂料，其涂层的导电性虽好，但价格昂贵，限制了其应用范围。本研究以掺杂聚苯胺和导电云母为导电填料，以磷酸铝锌为防锈颜料，制备成导静电性、防腐蚀性兼优的功能性涂料。
聚苯胺具有优异的防锈、防腐、导电性能。经过十二烷基磺酸盐掺杂的聚苯胺有机聚合物，当在树脂中的加量达到5%~8% 时，可以达到导电填料加量40%的导电效果，使原绝缘性树脂转变为半导体树脂。导电云母粉是片状云母经过金属氧化物包膜而成。
由于其成鳞片状，比表面积大，在涂膜中排列紧密且具有较大的接触面积，有利于三维导电网络结构的形成。当导电云母的粒径为15~20 μm，添加量为30% 时，涂层表面电阻仅为1.01×106 Ω［5］。本实验设计涂层的表面电阻率为107 Ω·cm2，通过反复试验确定了m（导电云母）∶m（掺杂聚苯胺）=7∶1。在配方中其他因素不变的条件下，复合导电填料添加量的变化对涂层电阻率的影响见图1。
由图1 可知：当复合导电填料用量小于10% 时，涂层的表面电阻率下降缓慢；当用量在10%~30% 时，表面电阻率下降很快；当用量达到24% 时，表面电阻率即可达到107 Ω·cm2，再增加复合导电填料的用量，虽然表面电阻率还有下降余地，但势必会影响涂层的防锈防腐性能。
2.4 防锈颜填料的选择
在基本配方中，添加少量钛白粉是为了提高涂料的遮盖力和防腐性能，添加适量磷酸铝锌是为了提高涂层的防腐蚀性，同时又不会降低涂层的导静电性能。磷酸铝锌是磷酸锌改性后的第二代无毒防锈颜料，改性后的磷酸盐其电化学防腐性能、与漆膜的相容性、漆膜的屏蔽作用、漆膜与基材的附着力等方面都有改善。
磷酸铝锌的防锈机理一般认为它具有阳极化作用和阴极化作用。它遇水离解或水解，生成第二代磷酸盐离子，在金属表面与Fe3+ 形成附着牢固的络合物Fe［Zn3（PO4）2］或Fe［Al3（PO4）2］沉淀层而抑制阳极反应（阳极极化），锌、铝离子与阴极区的OH-1 反应，生成溶解性很小的氢氧化锌、氢氧化铝，或碱式锌铝盐而引起阴极化作用（阴极极化），同时能与漆料中的羟基、羧基络合，使颜料、基料、基材之间形成化学结合，从而提高涂层的附着力，以及对水、氧、离子的屏蔽性能。
聚苯胺既是导电聚合物，又是防锈填料，对铁基金属具有优异的防腐保护作用。聚苯胺与金属在氧化- 还原催化过程中，在金属表面形成一层致密的金属氧化膜，使该金属电极电位处于钝化区，从而起到保护作用［6］。
导电云母既是导电填料，也是优良的防锈填料。云母鳞片在涂层中呈平行多层重叠状排列，形成一层屏蔽氧、水汽、离子的致密层，其良好的“迷宫效应”增强了涂层的抗渗性、耐候性和抗化学腐蚀性。由于云母鳞片具有弹性，鳞片间能够滑动，从而防止了漆膜因应力集中而龟裂，提高了涂层的防腐性和耐久性。本研究的涂料之所以具有优异的防腐蚀性能，源于环氧成膜物与多种功能性颜填料的合理配用。
2.5 纳米材料的改性作用
将纳米材料应用于涂料中，不仅能增进涂层的致密度，有效阻止腐蚀介质对基材的侵蚀，而且也能提高涂层的耐磨性、耐冲击性及附着力等机械性能。本文将纳米SiO2 分散到水性环氧涂料中，纳米粒子与环氧树脂和水发生界面反应，形成活性吸附中心，使涂层中树脂和颜填料及基材之间形成键合力，构成三维硅石网状结构，大大提高了涂层的致密度、柔韧性、硬度、耐冲击性、附着力及耐腐蚀性等性能。
纳米LC-818 是以天然矿物晶体为基础的一类无机增稠流变剂，是人工合成的黏土矿物，具有天然矿物材料所不具备的纳米材料特征。将适量LC-818 加入到水性环氧涂料中，可显著提高涂料的触变指数、抗沉淀性、抗流挂性，且不受pH 值影响，冻融稳定性和生物稳定性好，对提高涂层的致密性、物理机械性及防腐性有一定作用。
3 结语
研制的浅色高性能水性环氧导静电防腐涂料，选用水溶性好的胺加成物作固化剂，由固化剂、导电云母、磷酸铝锌、钛白及助剂通过物理混合，制备成甲组分；选用液态环氧树脂OER-95 为基料树脂，在稀释剂配用下，掺入掺杂聚苯胺组成乙组分，施工时，甲、乙组分按环氧/ 胺当量比1.1∶1 配漆。固化后的涂层具有优异的抗静电性，表面电阻率达到107 Ω·cm2，且具有优异的耐化学品腐蚀性、耐油性、耐水性和物理机械性能。广泛应用于各种贮油罐及油轮舱的内壁涂装。