高氯化聚乙烯重防腐导静电涂料的研究

吕维华伍家卫夏德强赵立祥王有朋（兰州石化职业技术学院, 甘肃兰州730060）

随着科技发展和自动化程度的提高，各种机械设备和电器仪表产品遍及生活各角落，腐蚀、静电和电磁干扰问题日益凸现，特别是在石油化工行业的仪器、设备、储罐等在使用过程中的腐蚀和静电起火，因此搞好防腐蚀、防静电、抗电磁干扰工作具有重要意义[1-7]。本研究用高氯化聚乙烯树脂为涂料主要成膜物，自制高固体短油度醇酸树脂为增韧改性树脂，用硅烷偶联剂改性导电石墨和硬脂酸锌为防腐导电填料制成的重防腐导静电涂料能够在-20℃ ~40℃条件下带锈涂装，施工方便，干燥速度快，涂层具优异的耐候性、耐水性、耐油性、耐盐雾性、防霉性、阻燃性、耐强酸碱、强氯化剂等腐蚀性物质和导静电性能，光泽高、重涂性好，可作为受日光、风雨、化学药品侵蚀的交通运输、石油化工、电力、冶金、矿山、民用和建筑等行业的钢铁结构设备的重防腐涂装。

1 实验部分
1.1 主要原料与仪器
高氯化聚乙烯（HCPE-65M，濮阳市诚惠化工有限公司）、导电石墨（KS-44，青岛市天和达石墨有限公司）、蓖麻油（石家庄市宏运植物油厂）、三羟甲基丙烷（赣州市奇天化工有限公司）、己二酸（上海南翔试剂有限公司）、一缩二乙二醇（广州光华科技有限公司）。低真空扫描电子显微镜（JSM-5600LV，日本电子光学公司）、耐油防腐涂料电阻率测定仪（YFT-2006，广州紫辉仪器科技有限公司）、涂膜冲击器（QCJ-120，深圳市三诺电子仪器有限公司）、漆膜附着力试验仪（QFZ，武汉格莱莫检测设备有限公司）、光泽仪（NGT(20/60/85º)，天津市精科材料试验机厂）、漆膜摆式硬度计（GB-X，天津试验机厂）、柔韧性测试仪（QTX-1731，天津市精科材料试验机厂）。
1.2 制备工艺
1.2.1 增韧改性树脂合成
在装有搅拌器及温度计、回流冷凝管的三口瓶中，依次加入各种原料，缓慢升温至200℃，保持回流到合格，然后用甲苯兑稀，搅匀后包装。检测指标：粘度50±5s（格氏管25℃），固体份80±2%，羟基含量3±0.5 %，酸值≤ 10mgKOH/g，树脂配方见表1。

1.2.2 涂料制备
（1）在60℃下将HCPE 溶解成外观透明的40% HCPE 甲苯液，待用。
（2）导电石墨用γ- 氨丙基三乙氧基硅烷乙醇液进行改性，100℃烘干，待用。
（3）将改性导电石墨、硬脂酸锌和其它颜填料添加到自制增塑改性树脂中，搅匀后研磨至40μm 以下，然后再添加40%HCPE 液和适量混合溶剂，搅拌均匀即可，参考配方见表2。
表2 高氯化聚乙烯重防腐导静电涂料配方

1.3 漆膜主要性能检测
1.3.1 样板制备
(1) 导电性能检测：按GB/T16906-1997 规定制样并测试。
(2) 涂料常规性能检测：按GB1727-92 和GB/T9271-88 中规定材质进行制样和检测，主要性能指标参考ZBG51067-87《G52-31 各色过氯乙烯防腐漆》、GB13351-92《船底防锈漆通用技术条件》、GB50393-2008《钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范》，从安全的角度出发，本涂料设计的表面电阻率在106~107Ω，检测结果见表3。

2 结果与讨论
2.1 增韧改性物质的选择
HCPE 树脂单独使用脆性大，易剥落，需改性。本试验选用氯化石蜡-52( 简称CP-52) 和自制高固体醇酸树脂( 简称HSR) 加以对比，以说明树脂型增塑剂与高沸点溶剂型增塑剂增塑效果的差异。试验配方在颜基比为1.5 时，各种物料配比不变的情况下，单独使用HSR 和CP-52，并改变它们的用量，所得涂料性能见表4。可以看出：CP-52 增塑效果显著，少量添加，漆膜就迅速变软。HSR 增塑效果柔和，冲击强度和附着力等性能随用量增加而逐步改善，同时光泽和丰满度会大幅度提高，但若过量，漆膜主体性能将逐步由HCPE 转向HSR，所以综合考虑漆膜装饰性、防腐性和其它各项性能，应配合使用树脂型和溶剂型增塑剂。

2.2 增韧树脂分子量对涂料性能的影响
HSR 的相对分子量对涂料性能影响很大，本试验在配方不变的情况下，采用不同分子量的树脂制成涂料，然后检测，主要性能变化见图1。

图1 HSR 相对分子量对导电涂料性能的影响
可以看出：HSR 分子量小，增塑效果明显，漆膜软；浸润分散效果好，成膜时因树脂收缩作用弱而使石墨表面包裹的树脂厚，涂层导电性差，光泽高，冲击强度低。随着分子量增大，溶解性渐差，成膜后石墨表面包裹的树脂渐薄，颗粒间距渐缩短，从而获得良好的导电性，但其它性能逐渐降低；若分子量过大，涂层不足以保证连续性，各项性能大幅度降低。所以要获得综合性能良好的涂层，分子量需控制在适宜范围，本试验确定为5~7 万。
2.3 硅烷偶联剂的影响
导电石墨比重大，不易分散，在漆中易发生团聚、返粗、沉淀、分层现象，直接影响涂料储存稳定性等各项性能，同时漆膜在使用期间，石墨易向表层缓慢迁移，从而影响装饰性和使用性能，需加以固定。本试验选用KH550 对石墨进行表面改性，结果见图2。可以看出随着KH550 用量增加，涂层导电性等性能先提高再降低。这是因为用KH550 改性石墨时，在表面能够形成一个与树脂交联的沉积层，从而提高石墨的润湿分散性和固定性，防止迁移，若过量，石墨表面就会形成一层较厚的树脂层，使导电性降低，同时过量的偶联剂也会起到交联剂的作用，提高树脂的交联度，使硬度增大，附着力和冲击强度劣化，最佳用量1%~2%。

图2 KH550 对涂料性能的影响
2.4 石墨对导电性和耐热性的影响
HCPE 本身绝缘，其导电性源于导电石墨，是涂层导电的关键，其对性能的影响见图3。

图3 导电石墨对涂料性能的影响
可以看出改性石墨较未改性石墨制成的涂料耐热性和导电性高。这是因为硅烷偶联剂是一类具有有机官能团的硅烷，分子中同时具有能和无机质材料( 如石墨、玻璃等) 与有机质材料( 合成树脂等) 进行化学反应的基团，因此在无机物质和有机物质的界面之间架起了一座“分子桥”，使漆膜各项性能提高。
2.5 导电石墨及导电涂层微观形貌
图5(a) 显示导电石墨粉是一种鳞片状非金属矿物质，鳞片厚度约300nm，用它制成导电涂料(b)显示出石墨鳞片经研磨而被均匀分散成更细的鳞片，厚度约100nm，涂刷后，随着溶剂挥发，石墨鳞片由原来的无序状态变成有序排列，层叠在一起，形成较规则的层状致密涂层，可以看出具有优良的阻隔性，屏蔽效应显著，从而揭示了漆膜具有优良的导电性、防腐性、耐酸碱性、耐化学药品性、耐水、耐候、耐老化性的原因所在。

3 结论
本试验所制重防腐导静电涂料表面电阻率在106~107Ω，各项物化性能超过了相应产品技术标准，尤其是耐老化性和防腐性能优异。通过耐盐雾试验推算使用寿命超过10 年，产品主要用于石油化工储罐、化工机械设备、船舶、桥梁等钢结构物品的防腐表面涂装。