專利名稱：一種導(dǎo)靜電防腐蝕涂料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型納米導(dǎo)靜電防腐蝕涂料及其制備方法，屬于石油化工領(lǐng)域。該涂料特別適合于石油儲(chǔ)罐及輸送管道內(nèi)壁以及其他需要導(dǎo)靜電防腐蝕的場(chǎng)所使用。
隨著科技的進(jìn)步，各種高分子合成材料不斷涌現(xiàn)，并在人們的生產(chǎn)和生活中大量運(yùn)用，從而大大地提高了人們的生產(chǎn)和生活質(zhì)量，但同時(shí)絕大多數(shù)高分子材料的導(dǎo)電性很差，使用中極易造成靜電積累，其造成的靜電危害也日益突顯出來。近年來，由于靜電的干擾和危害(如引起電子電器設(shè)備的誤操作)引起過無數(shù)次事故，造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失，特別是石油儲(chǔ)罐及石油輸送管道，由于對(duì)防靜電處理認(rèn)識(shí)不足和重視不夠，曾發(fā)生過嚴(yán)重的火災(zāi)或爆炸事故。因此，為了保證石油儲(chǔ)備和運(yùn)輸安全，石油儲(chǔ)罐及輸送管道內(nèi)壁必須使用導(dǎo)靜電型的防腐涂料。
導(dǎo)靜電涂料是近年來迅速發(fā)展起來的一種功能性涂料，主要用于消除靜電的危害。由于其生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、成本低廉等特點(diǎn)，導(dǎo)靜電涂料得到了廣泛使用。目前防靜電涂料存在的主要問題是導(dǎo)電功能體與樹脂的相容性較差，金屬導(dǎo)電功能體易沉淀、易氧化；半導(dǎo)體氧化物導(dǎo)電功能體導(dǎo)電性較差，用量較大；傳統(tǒng)炭材料如石墨、炭黑等導(dǎo)電功能體導(dǎo)電性一般，用量也較大，顏色較深，而且炭黑還容易被油品抽提出來，不適合用作儲(chǔ)油罐及輸油管內(nèi)壁用導(dǎo)靜電涂料。
碳納米管是一種中空管狀結(jié)構(gòu)的一維納米碳材料，最早于1991年被日本NEC的電鏡專家飯島教授所發(fā)現(xiàn)(S.Iijima.Nature，1991，35456)。碳納米管具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能和化學(xué)穩(wěn)定性，具有極大的長(zhǎng)徑比(一般在1000以上)，相同條件下比其他粒狀導(dǎo)電功能體更易形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。以碳納米管作為防靜電涂料的導(dǎo)電功能體，則不存在金屬導(dǎo)電功能體那樣易被空氣中的氧氣所氧化的問題，而且耐熱、耐油、耐酸堿；由于其密度比金屬導(dǎo)電功能體、半導(dǎo)體氧化物導(dǎo)電功能體乃至石墨都小，與炭黑接近，因而在涂料生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)及施工中不易沉淀析出，尤其重要的是，碳納米管經(jīng)表面化學(xué)修飾后，能均勻地分散在防靜電涂料中，用較少的量就能形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。由于用量極少，不但減少了導(dǎo)電功能體對(duì)基體樹脂理化性能的影響，而且還容易制成淺色涂料。因此以碳納米管作為防靜電涂料的導(dǎo)電介質(zhì)有其他傳統(tǒng)導(dǎo)電功能體無法比擬的優(yōu)勢(shì)。
導(dǎo)靜電防腐涂料成膜劑選擇環(huán)氧樹脂的原因是因?yàn)榄h(huán)氧樹脂固化后具有極強(qiáng)的附著力和較好的防腐蝕、耐酸堿等性能。環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)中具有的羥基、醚鍵和活性極大的環(huán)氧鍵，使它的分子和相鄰界面產(chǎn)生電磁吸附或化學(xué)鍵，尤其是環(huán)氧基又能在固化劑的作用下發(fā)生交聯(lián)聚合反應(yīng)生成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子，分子本身有了一定的內(nèi)聚力，因此環(huán)氧樹脂具有極強(qiáng)的粘結(jié)性能，是做粘結(jié)劑的最好材料；環(huán)氧樹脂的固化主要是依靠環(huán)氧基的開環(huán)加成聚合，因此固化過程中不產(chǎn)生低分子物，環(huán)氧樹脂中羥基的存在使分子間以最強(qiáng)的氫鍵結(jié)合，分子間排列緊密，因而固化時(shí)收縮率很低，是熱固性樹脂中固化收縮率最低的品種之一，使加工尺寸穩(wěn)定，內(nèi)應(yīng)力小，不易開裂；環(huán)氧樹脂化學(xué)穩(wěn)定性好，固化后的環(huán)氧樹脂主鏈?zhǔn)敲焰I和苯環(huán)，三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)致密又封閉，因此它既耐酸又耐堿，性能優(yōu)于其他樹脂。
本發(fā)明的目的是以碳納米管作為導(dǎo)靜電防腐涂料的導(dǎo)電功能體，或復(fù)配一定比例的導(dǎo)電云母、石墨、炭黑、氧化鋅、氧化鈦或氧化錫等導(dǎo)電材料作為導(dǎo)電功能體，以防腐性能和粘結(jié)性能均較好的環(huán)氧樹脂為成膜劑制備出性能優(yōu)異的石油儲(chǔ)罐及輸送管道內(nèi)壁用導(dǎo)靜電防腐涂料。
本發(fā)明可以通過如下原理實(shí)現(xiàn)將碳納米管在環(huán)氧樹脂的二甲苯溶液中超聲分散，同時(shí)加入一定量的表面活性劑或偶聯(lián)劑，再在高速分散機(jī)作用下加入顏料或其他填料，制成A組分；A組分也可按下述方式實(shí)現(xiàn)將碳納米管機(jī)械球磨，使其端口打開，然后用濃硝酸和濃硫酸加熱回流，使其表面接上羧基、羥基等含氧官能團(tuán)，再將表面修飾后的碳納米管與鈦酸酯偶聯(lián)劑進(jìn)行偶聯(lián)，然后將一定比例的超細(xì)鈦白粉與碳納米管或碳納米管與其他導(dǎo)電功能體的復(fù)配體放入球磨罐中，再加入一定量的鈦酸酯偶聯(lián)劑進(jìn)行球磨，最后將處理后的碳納米管與鈦白粉的混合物超聲分散在環(huán)氧樹脂的二甲苯溶液中，作為涂料的A組分；B組分主要為環(huán)氧樹脂固化劑和稀釋劑。使用時(shí)將A組分與B組分按比例混合后即可對(duì)石油儲(chǔ)罐及輸送管道內(nèi)壁進(jìn)行噴涂或刷涂，待完全固化后就可起到導(dǎo)靜電和防腐蝕的作用。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于采用碳納米管等導(dǎo)電功能體制備導(dǎo)靜電涂料或?qū)щ娡苛希蛱技{米管具有高的長(zhǎng)徑比，一般在1000以上，所以涂料中添加少量的碳納米管就能形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，因添加量少(小于5％)，對(duì)涂料的綜合性能有積極的改良，且顏色淺，這些是現(xiàn)有導(dǎo)電功能體不能企及的。
下面結(jié)合實(shí)施例說明本發(fā)明的過程實(shí)施例1稱取管徑為8～15nm的碳納米管1g，放入球磨機(jī)球磨2小時(shí)，取出，加入濃硝酸與濃硫酸的混合液(3∶1)中，加熱回流6～12小時(shí)，過濾，烘干，再將處理后的碳納米管加入含0.1g NDZ-101鈦酸酯偶聯(lián)劑的石油醚中，攪拌均勻后緩慢蒸發(fā)掉石油醚，然后與10g 600目的鈦白粉混合并加入1g NDZ-101鈦酸酯偶聯(lián)劑，放入球磨機(jī)球磨2小時(shí)，取出作為涂料的導(dǎo)電功能體和顏、填料加入到150ml含100g E-51環(huán)氧樹脂和10g正丁醇的二甲苯溶液中，超聲振蕩2～5分鐘，取出即得涂料A組分；涂料的B組分為JA-1環(huán)氧樹脂固化劑的二甲苯溶液(其中JA-1的含量為60％)。使用時(shí)將A組分與B組分按3∶1的比例混合均勻后涂刷于打磨過的鋼板試件上，待完全固化后測(cè)定其表面電阻率為108Ω/sq，抗沖擊性能≥50cm(落球式)，耐油水性能≥21d。其他理化指標(biāo)均達(dá)到甚至超過了GB6950-2001“石油罐導(dǎo)靜電涂料技術(shù)指標(biāo)”的要求。
實(shí)施例2制備過程同實(shí)例1，只是碳納米管量增加到2g，鈦酸酯偶聯(lián)劑和鈦白粉的量相應(yīng)增加一倍，其他物質(zhì)的量不變。結(jié)果測(cè)定其表面電阻率為107Ω/sq，抗沖擊性能≥50cm(落球式)，耐油水性能≥21d。其他理化指標(biāo)均達(dá)到甚至超過了GB6950-2001“石油罐導(dǎo)靜電涂料技術(shù)指標(biāo)”的要求。
實(shí)施例3制備過程同實(shí)例2，只是導(dǎo)電功能體為碳納米管量1g和石墨1g的混合物，其他物質(zhì)不變。結(jié)果測(cè)定其表面電阻率為107Ω/sq，抗沖擊性能≥50cm(落球式)，耐油水性能≥21d。其他理化指標(biāo)均達(dá)到甚至超過了GB6950-2001“石油罐導(dǎo)靜電涂料技術(shù)指標(biāo)”的要求。
實(shí)施例4制備過程同實(shí)例3，只是碳納米管量增加到5g，鈦酸酯偶聯(lián)劑和鈦白粉的量相應(yīng)增加到5.5g和50g，其他物質(zhì)的量不變。結(jié)果測(cè)定其表面電阻率為105Ω/sq，抗沖擊性能≥50cm(落球式)，耐油水性能≥21d。其他理化指標(biāo)均達(dá)到甚至超過了GB6950-2001“石油罐導(dǎo)靜電涂料技術(shù)指標(biāo)”的要求。
實(shí)施例5制備過程同實(shí)例4，只是將E-51環(huán)氧樹脂換成E-44環(huán)氧樹脂，其他物質(zhì)不變。結(jié)果測(cè)定其表面電阻率為105Ω/sq，抗沖擊性能≥50cm(落球式)，耐油水性能≥21d。其他理化指標(biāo)均達(dá)到甚至超過了GB6950-2001“石油罐導(dǎo)靜電涂料技術(shù)指標(biāo)”的要求。
權(quán)利要求
1.一種適用于石油儲(chǔ)罐及管道內(nèi)壁的導(dǎo)靜電防腐蝕涂料，其特征在于a.導(dǎo)電功能體為碳納米管或其復(fù)配體；b.成膜劑為環(huán)氧樹脂；c.顏填料為二氧化鈦
2.一種導(dǎo)靜電防腐蝕涂料的制備方法，其特征在于將碳納米管在環(huán)氧樹脂的二甲苯溶液中超聲分散，同時(shí)加入一定量的表面活性劑或偶聯(lián)劑，再在高速分散機(jī)作用下加入顏料或其他填料，作為涂料的A組分；B組分主要為環(huán)氧樹脂固化劑和稀釋劑，使用時(shí)將A組分與B組分按比例混合后噴涂或刷涂即可。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂料配方為A組分環(huán)氧樹脂 100份碳納米管 0.5～5份二氧化鈦 5～50份鈦酸酯偶聯(lián)劑 0.5～5份消泡劑5～15份溶劑 20～50份B組分固化劑100份溶劑 40～150份
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，碳納米管為各種類型的碳納米管，復(fù)配體是以碳納米管為主，同時(shí)復(fù)配了導(dǎo)電云母、石墨、炭黑、氧化鋅、氧化鈦或氧化錫等導(dǎo)電材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述，環(huán)氧樹脂為E-51型或E-44型或這兩種環(huán)氧樹脂的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述，涂料的A組分中的碳納米管、二氧化鈦、鈦酸酯偶聯(lián)劑、消泡劑也可以轉(zhuǎn)移至B組分中或在兩組分中同時(shí)出現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種導(dǎo)靜電防腐蝕涂料及其制備方法，該涂料特別適合石油儲(chǔ)罐及管道內(nèi)壁導(dǎo)靜電防腐蝕用。該導(dǎo)靜電防腐蝕涂料的導(dǎo)電功能體由碳納米管或碳納米管與其他導(dǎo)電功能體的復(fù)合導(dǎo)電介質(zhì)組成，成膜劑為防腐及粘結(jié)性能均較好的環(huán)氧樹脂。碳納米管在石油儲(chǔ)罐及管道內(nèi)壁導(dǎo)靜電防腐蝕涂料中的重量含量小于5％，最佳重量含量在0.5％～2％范圍。所述其他導(dǎo)電功能體為導(dǎo)電云母、石墨、炭黑、氧化鋅、氧化鈦或氧化錫等導(dǎo)電材料。
文檔編號(hào)C09D163/00GK1693392SQ200410022459
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2004年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月9日
發(fā)明者于作龍, 馮永成, 瞿美臻, 張伯蘭 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司