專利名稱：電力系統(tǒng)接地網(wǎng)用的納米碳防腐導(dǎo)電涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防腐導(dǎo)電涂料，特別是電力系統(tǒng)接地網(wǎng)用的防腐導(dǎo)電涂料。
某科研所用石墨做的地網(wǎng)防腐導(dǎo)電涂料防腐性能較差，因?yàn)槠湟唬哂袑訝罱Y(jié)構(gòu)，漆膜干燥后產(chǎn)生的應(yīng)力收縮足以使石墨層間開裂，導(dǎo)致電解質(zhì)入侵，嚴(yán)重威脅地網(wǎng)安全；其二，大于1微米的導(dǎo)電填料與高分子粘接料具有明顯的界面，涂料的封閉性能差，防腐性能亦差。
某企業(yè)用200目鎳粉做的地網(wǎng)防腐導(dǎo)電涂料防腐性能較差，同樣是導(dǎo)電填料與高分子粘接料具有明顯的界面，涂料的封閉性能差，防腐性能亦差，如果鎳粉太細(xì)，其表面因氧化而導(dǎo)電性能變差。
石墨是碳元素按SP2雜化軌道構(gòu)成的物質(zhì)，具有層狀結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性。用石墨做成的導(dǎo)電涂料導(dǎo)電性能好，但防腐性能卻不盡人意。石墨的層狀結(jié)構(gòu)決定了涂料封閉性能差。該涂料在干燥固化過程中產(chǎn)生的收縮應(yīng)力使石墨層間開裂，電解質(zhì)溶液便乘虛而入。由于碳的電極電位比鐵高，在導(dǎo)電涂層與地網(wǎng)碳鋼構(gòu)成的腐蝕原電池中，碳鋼作為犧牲陽極而加快了地網(wǎng)腐蝕。涂有石墨導(dǎo)電涂料的碳鋼樣片在濃度為10％的食鹽溶液中作浸泡實(shí)驗(yàn)，15天即有點(diǎn)腐蝕產(chǎn)生，3個(gè)月已是銹跡斑斑，燒杯底部還可觀察到一層鐵銹。
鎳粉導(dǎo)電涂料防腐性能不好的根本原因，就是因?yàn)橹荒苁褂?00目左右的鎳粉，而鎳粉太細(xì)，鎳粉表面即被氧化。用這種200目左右的鎳粉與有機(jī)高分子材料混合，其界面分明，毫無補(bǔ)強(qiáng)性，封閉性能很差。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是電力系統(tǒng)接地網(wǎng)用的納米碳防腐導(dǎo)電涂料，其特征是它由納米碳、環(huán)氧漆酚樹脂、有機(jī)溶劑組成，各組份所占總重量百分比為納米碳10-55、環(huán)氧漆酚樹脂10-55、有機(jī)溶劑10-50，其中有機(jī)溶劑為二甲苯與乙酸乙酯按1∶1混合而成。
如上所述的各組份所占總重量最佳百分比為納米碳35、環(huán)氧漆酚樹脂35、有機(jī)溶劑30。
所述的納米碳由市售導(dǎo)電碳黑、表面活性劑烷基三甲基氯化銨或表面活性劑烷基二甲基芐基氯化銨、三乙醇胺組成，各組份所占總重量百分比為市售導(dǎo)電碳黑97-99、表面活性劑烷基三甲基氯化銨或表面活性劑烷基二甲基芐基氯化銨0.8-2.4、三乙醇胺0.2-0.6。
如上所述的納米碳各組份所占總重量最佳百分比為市售導(dǎo)電碳黑98、表面活性劑烷基三甲基氯化銨或表面活性劑烷基二甲基芐基氯化銨1.6、三乙醇胺0.4。
如上所述的烷基三甲基氯化銨為十八烷基三甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨等。
如上所述的烷基二甲基芐基氯化銨為十八烷基二甲基芐基氯化銨、十二烷基二甲基芐基氯化銨、十四烷基二甲基芐基氯化銨等。
本發(fā)明采用上述配方，納米碳與有機(jī)高分子以幾乎同一數(shù)量級的粒徑相互滲透，無明顯的界面。此時(shí)納米碳不僅具備補(bǔ)強(qiáng)功能和封閉功能，防腐性能很好，還能大大提高涂料的導(dǎo)電性能。由于采用納米技術(shù)，涂料補(bǔ)強(qiáng)性能、封閉性能和導(dǎo)電性能更好，該涂料在干燥固化過程中不會開裂，電解質(zhì)溶液無法滲透到涂層內(nèi)部，因而本發(fā)明防腐、導(dǎo)電性能很好。
納米碳防腐導(dǎo)電涂料既然是一種膠體分散系，那么它必然具有熱力學(xué)的穩(wěn)定性和動力學(xué)的不穩(wěn)定性。由于表面活性劑烷基三甲基氯化銨或表面活性劑烷基二甲基芐基氯化銨的作用，分層后的涂料稍加攪拌，納米碳即可重新均勻分散，并不影響涂料的施工性能。加入環(huán)氧漆酚樹脂(即改性國漆)，防腐性能極佳，對人體無過敏反應(yīng)，且干燥快。有機(jī)溶劑可調(diào)節(jié)涂料粘度，便于施工。
納米碳實(shí)例 如上所述的烷基三甲基氯化銨為十八烷基三甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨。
如上所述的烷基二甲基芐基氯化銨為十八烷基二甲基芐基氯化銨、十二烷基二甲基芐基氯化銨、十四烷基二甲基芐基氯化銨。1、本發(fā)明的制備方法1.1納米碳的制備方法根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，納米碳的制備方法有氣相法、氣流粉碎法和液相分級法等多種方法。氣相法是利用烴類氣態(tài)物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)而得到納米碳，可一次性得到純度高且粒徑分布合理的制品，其缺點(diǎn)是納米碳發(fā)生二次聚集而形成微米碳粉。這種二次聚集體用于橡膠補(bǔ)強(qiáng)，在混煉機(jī)強(qiáng)大剪切力的作用下，將重新被分散成納米碳黑，因而補(bǔ)強(qiáng)性能極佳。這種二次聚集體碳黑如果用于涂料的填充料，則無法破壞碳黑的二次結(jié)構(gòu)。氣流粉碎法雖能制備大量的、粒徑分布廣的納米碳粉，但其設(shè)備昂貴且對工作環(huán)境污染較大。
液相分級法不失為一種經(jīng)濟(jì)的、可批量生產(chǎn)納米導(dǎo)電碳的方法，只要工藝條件選擇得當(dāng)，可以制得粒徑分布合理、且成本較低的制品。商品導(dǎo)電碳黑經(jīng)球磨后，可得到細(xì)度分布較廣的碳粉，它們是納米碳粉和微米碳粉的混合物。經(jīng)采用靜電場分級工藝可得到細(xì)度分布合理且純度較高的納米碳有機(jī)溶膠。
超細(xì)粒子的靜電濕式分級技術(shù)，在日、美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家研究較早，它是利用電場力對粒徑不同的帶電荷的粒子具有不同的吸引力或排斥力，在靜電場中實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)固體在液體中的沉降速度公式V=2r2(ρ-ρ0)gη9......(1)]]>當(dāng)固體密度ρ、液體密度ρ0、動力粘度η和重力加速度g不變時(shí)，公式(1)可表示為v1/v2＝r12/r22＝d12/d22(2)公式(2)中d為粒子的直徑。
由公式(2)可知，微米粒子比納米粒子在重力場中的沉降速度快得多。另一方面，納米粒子又比微米粒子在靜電場中作水平方向運(yùn)動的速度快得多。只要控制好電場強(qiáng)度，就能將納米粒子和微米粒子分開。問題的關(guān)鍵是經(jīng)球磨后的碳粉是怎樣帶上電荷的呢？我們在球磨工藝過程中，使用了表面活性劑烷基三甲基氯化銨或表面活性劑烷基二甲基芐基氯化銨將碳黑表面改性，改性后的碳黑在靜電場中被極化，并在電場力的作用下，帶正電荷的超細(xì)碳黑發(fā)生電泳而移向負(fù)極。粒徑越小，極化程度越大，其電泳速度也就越快，從而達(dá)到分級之目的。1.2納米碳防腐導(dǎo)電涂料制備工藝流程采用液相分級法制備納米碳防腐導(dǎo)電涂料的工藝流程如

圖1所示。2、納米碳防腐導(dǎo)電涂料的防腐性能研究2.1實(shí)驗(yàn)方法用砂紙將20片120mm×25mm馬口鐵上的鍍錫層打磨掉，再用納米碳防腐導(dǎo)電涂料浸涂兩次，實(shí)干后分成10組分別在10％ NaCl、10％NaOH溶液中浸泡涂有防腐導(dǎo)電涂料的樣片。2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)論經(jīng)過720h浸泡后，觀察所有樣片的涂層表面，無一發(fā)生起泡和銹蝕斑點(diǎn)。2.3納米碳導(dǎo)電涂料與石墨導(dǎo)電涂料防腐性能對比試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法與2.1相同，經(jīng)過720h浸泡后，觀察涂有石墨導(dǎo)電涂料的樣片表面，發(fā)現(xiàn)所有樣片表面大量起泡并布滿銹蝕斑點(diǎn)，且燒杯底部有大量褐色沉淀物；觀察涂有納米碳導(dǎo)電涂料的樣片表面，發(fā)現(xiàn)所有樣片表面完好無損，無一起泡，無一銹蝕斑點(diǎn)。2.4納米碳導(dǎo)電涂料與鎳粉導(dǎo)電涂料防腐性能對比試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法與2.1相同，經(jīng)過720h浸泡后，觀察涂有鎳粉導(dǎo)電涂料的樣片表面，發(fā)現(xiàn)有大量銹蝕斑點(diǎn)；觀察涂有納米碳導(dǎo)電涂料的樣片表面，發(fā)現(xiàn)所有樣片表面完好無損，無一起泡，無一銹蝕斑點(diǎn)。2.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論納米碳作為涂料的功能填料，除了導(dǎo)電功能外，還具備補(bǔ)強(qiáng)和封閉功能。當(dāng)填料的粒徑＞1μm時(shí)，填料與有機(jī)高分子之間僅僅是一種機(jī)械的物理混合，其界面分明，不具備補(bǔ)強(qiáng)和封閉功能；當(dāng)填料的粒徑＜100nm時(shí)，其比表面積很大，表面能也很大，具備納米材料的共性，該填料與有機(jī)高分子材料已不是一種簡單機(jī)械的物理混合了。納米碳與有機(jī)高分子以幾乎同一數(shù)量級的粒徑相互滲透，無明顯的界面。此時(shí)納米碳不僅具備補(bǔ)強(qiáng)功能和封閉功能，還能大大提高涂料的導(dǎo)電性能。由于采用納米技術(shù)，涂料補(bǔ)強(qiáng)性能、封閉性能和導(dǎo)電性能更好，該涂料在干燥固化過程中不會開裂，電解質(zhì)溶液無法滲透到涂層內(nèi)部，因而本發(fā)明防腐導(dǎo)電性能很好。
權(quán)利要求
1.電力系統(tǒng)接地網(wǎng)用的納米碳防腐導(dǎo)電涂料，其特征是它由納米碳、環(huán)氧漆酚樹脂、有機(jī)溶劑組成，各組份所占總重量百分比為納米碳10-55、環(huán)氧漆酚樹脂10-55、有機(jī)溶劑10-50，其中有機(jī)溶劑為二甲苯與乙酸乙酯按1.1混合而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)接地網(wǎng)用的納米碳防腐導(dǎo)電涂料，其特征是所述的各組份所占總重量最佳百分比為納米碳35、環(huán)氧漆酚樹脂35、有機(jī)溶劑30。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力系統(tǒng)接地網(wǎng)用的納米碳防腐導(dǎo)電涂料，其特征是所述的納米碳由市售導(dǎo)電碳黑、表面活性劑烷基三甲基氯化銨或表面活性劑烷基二甲基芐基氯化銨、三乙醇胺組成，各組份所占總重量百分比為市售導(dǎo)電碳黑97-99、表面活性劑烷基三甲基氯化銨或表面活性劑烷基二甲基芐基氯化銨0.8-2.4、三乙醇胺0.2-0.6。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力系統(tǒng)接地網(wǎng)用的納米碳防腐導(dǎo)電涂料，其特征是所述的納米碳各組份所占總重量最佳百分比為市售導(dǎo)電碳黑98、表面活性劑烷基三甲基氯化銨或表面活性劑烷基二甲基芐基氯化銨1.6、三乙醇胺0.4。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電力系統(tǒng)接地網(wǎng)用的納米碳防腐導(dǎo)電涂料，其特征是所述的烷基三甲基氯化銨為十八烷基三甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電力系統(tǒng)接地網(wǎng)用的納米碳防腐導(dǎo)電涂料，其特征是所述的烷基二甲基芐基氯化銨為十八烷基二甲基芐基氯化銨、十二烷基二甲基芐基氯化銨、十四烷基二甲基芐基氯化銨。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種防腐導(dǎo)電涂料。電力系統(tǒng)接地網(wǎng)用的納米碳防腐導(dǎo)電涂料，其特征是它由納米碳、環(huán)氧漆酚樹脂、有機(jī)溶劑組成，各組份所占總重量百分比為納米碳10－55、環(huán)氧漆酚樹脂 10－55、有機(jī)溶劑 10－50，其中有機(jī)溶劑為二甲苯與乙酸乙酯按1∶1混合而成。本發(fā)明具有防腐導(dǎo)電性能好的特點(diǎn)。
文檔編號C09D163/00GK1473895SQ0312523
公開日2004年2月11日 申請日期2003年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月7日
發(fā)明者邵建人 申請人:武漢二十一世紀(jì)防腐科技有限公司