无溶剂环氧石墨烯导静电涂料的研制

无溶剂环氧石墨烯导静电涂料的研制
常春，祝红良，陈群，周铭（江苏荣昌新材料科技有限公司，江苏扬中 212221）

0 引言
石油产品在生产贮运过程中因摩擦、冲击、挤压、喷射、过滤、分离等一系列环节易产生静电。静电积聚至静电电压达到一定程度将会导致放电，产生火花，造成火灾及爆炸事故。同时，贮油罐的内腐蚀不仅会缩短贮油罐的使用寿命，而且锈蚀产物还会影响油品的质量。通常的绝缘防腐覆盖层不能导走静电，防腐层和油品的摩擦还会增加静电的积聚，因此存在安全隐患，需要涂覆导静电涂料。
导静电涂料按其成膜物是否具有导电性分为两类：（1）本征型：主要特点为其成膜物具有导电性，无须加入其他导电材料，但是该涂料的树脂合成、施工等存在诸多不便，成本较为高昂，性能也不够稳定。（2）添加型：此类涂料通过添加导电填料来调整涂料的导电率。现阶段以添加型导静电涂料为主要的发展方向。
目前国内外在制备导静电涂料时通常还是以溶剂型环氧树脂等作为主要成膜物质，树脂成分中含有大量的溶剂，对环境不友好。本研究选用无溶剂环氧树脂代替其他环氧树脂制备无溶剂导静电涂料，同时选择石墨烯作为导电材料，石墨烯是一种片层厚度<1 nm 的超薄新型导电型碳质材料，兼具石墨和碳纳米管等材料的许多优良性质，不仅对腐蚀过程中产生的电子转移有疏导作用，而且对涂层具有补强作用。

1 试验部分
1.1 试验原料
环氧树脂E51，昆山南亚，工业级；活性稀释剂，卡德莱公司，工业级；钛白粉，江苏镇江钛白粉有限公司，工业级；高岭土，山西，工业级；石墨烯，扬州大学自制，工业级；防锈颜料，国产，工业级；硫酸钡，国产，工业级；涂料助剂（分散剂、消泡剂、防沉剂、防沉蜡、流平剂、硅烷偶联剂），市售，工业级；液体石油树脂，迈图，工业级；腰果酚改性胺固化剂，常州杰美新，工业级。
1.2 试验仪器
盐雾试验箱，爱派克国际（香港）有限公司；QCJ 型漆膜冲击器，天津材料试验机厂；拉拔试验仪，上海玖纵精密仪器有限公司；斯托默黏度仪，上海普申化工机械有限公司；耐酸、耐碱、耐汽油贮槽，自制。
1.3 涂料制备
无溶剂环氧石墨烯导静电涂料的基本配方见表1。

A 组分制备：将树脂、活性稀释剂、液体石油树脂、分散剂和防沉剂预先分散5 min，加入石墨烯和其他颜填料高速分散20 min，放入砂磨机中研磨至细度≤ 60 μm，加入其他助剂，搅拌均匀。
B 组分制备：依次加入配方中各物料，混合搅拌均匀，准确称量，包装。
1.4 涂层制备
将A 组分与B 组分按质量比5∶1 混合搅拌均匀，静置15 min，待气泡消失后，按照HG/T 4569—2013《石油及石油产品储运设备用导静电涂料》行业标准，制备试验用样板。

2 结果与讨论
2.1 涂料性能
涂料的综合性能检测结果如表2 所示。

2.2 石墨烯用量对涂料性能的影响
石墨烯对涂料性能的影响表现在如下几个方面：
（1）与成膜基料之间具有良好的化学作用，同时其物理形态的片状结构保留了架桥、补强属性；（2）显著增强材料的致密性；（3）基材石墨本身在通常环境中的化学结构相对惰性，极大地延长了涂层的使用寿命。本次试验所用的石墨烯是由扬州大学自主开发的纳米级石墨烯，属于易分散类型。
考察了石墨烯的用量对涂层的防腐性能及表面电阻率的影响，结果见表3。
石墨烯的用量对涂料性能的影响
由表3 可以看出，随着石墨烯用量的增加，涂层的表面电阻率下降，耐盐雾性能增加，但涂料的黏度也不断增加，会影响到涂料的正常施工；石墨烯用量过大，在后期可能会出现胶化现象。综合考虑，石墨烯的用量控制在2%~5% 为宜。
2.3 活性稀释剂及液体石油树脂对涂料性能的影响
由于环氧树脂E51 的黏度大，制成的涂层脆，易开裂。本试验考虑在配方中添加适量的活性稀释剂和液体石油树脂，不但能降低体系黏度，还能提高涂层的柔韧性。活性稀释剂多数为相对分子质量较低的环氧化合物，不仅能够降低体系黏度，便于施工，而且在固化时其本身也参与了反应，成为涂层的一部分，没有任何有害溶剂的挥发，满足环保要求。液体石油树脂黏度低、混溶性好，耐水性及耐化学品性优异，能改善无溶剂涂料的施工性及涂层黏接强度和硬度等。活性稀释剂及液体石油树脂用量对涂料性能的影响见表4。

从表4 中可以看出，随着活性稀释剂和液体石油树脂用量的增加，涂料黏度下降，由于受到绝缘材料增加的影响从而使涂层表面电阻率相应增加，活性稀释剂含量在6%~8%，液体石油树脂含量在5%~8%时，涂层附着力和耐盐雾性能最好，表面电阻率也能满足标准要求。
2.4 助剂对涂料性能的影响
为了提高涂层的附着力，在配方中加入适量的硅烷偶联剂，以增加底材与涂层间的黏合力，减少因涂层附着力不良而引起的贮油罐内腐蚀。硅烷偶联剂用量对涂料性能的影响见表5。

由表5 可见，硅烷偶联剂的用量在1% 时，涂层的性能最优。