油罐內(nèi)壁導靜電防腐涂料的研制

李聯(lián)養(yǎng)

（陜西省石油化工研究設(shè)計院，陜西西安 710054）

油罐是油田、煉油廠、油庫及加油站的重要設(shè)備，油罐內(nèi)的石油產(chǎn)品在生產(chǎn)、運輸、貯存、使用過程中，因摩擦和沖刷等一系列接觸、分離而產(chǎn)生靜電荷，如果靜電荷的產(chǎn)生速度高于靜電荷的泄漏速度，就會積聚靜電荷[1]。油罐內(nèi)壁防腐涂料的成膜物質(zhì)大都屬于絕緣性高分子物質(zhì)，高分子材料的表面電阻率很高超過1015Ω，致使產(chǎn)生的靜電荷一時很難泄漏，這些靜電荷如果不能及時有效的釋放，將會在油品表面積聚，當積累的靜電荷放電的能量大于可燃混合物的最小引燃能，并且在放電間隙中油品蒸汽和空氣混合物處于爆炸極限范圍時，將產(chǎn)生燃燒和爆炸，造成極大的安全事故[2]，如空罐高位混裝油品時引起靜電著火；風吹計量塑料管引發(fā)靜電荷放電引爆汽油罐；煤油進罐操作剛停止，采樣時引起靜電起火等。近年來我國石油工業(yè)飛速發(fā)展，伴隨而來的靜電事件屢屢發(fā)生。據(jù)日本官方統(tǒng)計[3]，油品火災(zāi)爆炸事故中約有10 %屬靜電事故。因此，油罐的抗靜電防腐蝕日益引起人們的關(guān)注和重視。本文就是為了滿足油罐內(nèi)壁的防護需求，保證油罐的安全運行展開研究。

本涂料是以環(huán)氧樹脂、活性稀釋劑和胺類固化劑為主要成膜物質(zhì)，加入經(jīng)過表面處理的淺色導靜電粉末，通過導電粉末在樹脂之間形成導電網(wǎng)絡(luò)而傳到靜電。并討論了胺類固化劑、活性稀釋劑、淺色導靜電粉末及助劑的用量對涂料理化性能和導電性能的影響。

1 實驗部分

1.1 原材料及配方比例

表1 主要原材料

本涂料為雙組份涂料，分A、B 兩個組份，其配方組成（見表2）。

表2 導靜電涂料配方

先將配方量的環(huán)氧樹脂加入到高速分散機中，然后依次加入活性稀釋劑、偶聯(lián)劑并分散均勻，再慢慢加入導電粉和其它助劑，調(diào)整高速分散機的轉(zhuǎn)速為1 200 r/min，分散0.5 h，然后過濾即可得到A 組份。制備B 組份時，將固化劑、導電粉和其它助劑依次加入到高速分散機中，分散0.5 h 并過濾。

1.2 性能測試結(jié)果

制備的雙組份涂料按標準進行理化性能測試，測試結(jié)果（見表3）。

表3 油罐內(nèi)壁導靜電防腐涂料性能測試結(jié)果

2 結(jié)果與討論

2.1 固化劑含量對涂料性能的影響

固化劑的用量對涂料的性能有非常重要的影響，固化劑用量太少，環(huán)氧樹脂不能完全反應(yīng)，固化劑過量時，與環(huán)氧樹脂反應(yīng)鏈會過早終止，這兩種情況都會破壞涂料的力學性能和防腐性能。所以，應(yīng)首先根據(jù)體系的環(huán)氧值和固化劑T31 的胺值亦即T31 中活潑氫的量計算出固化劑T31 的理論用量，再通過測定固化劑T31-環(huán)氧體系的熱效應(yīng)[4]，對比不同配料比下的最高放熱溫度，找出固化劑T31 對環(huán)氧樹脂的最佳用量。

設(shè)定恒溫槽的溫度為30 ℃，每次配取一定比例的環(huán)氧樹脂和固化劑T31 混合料，迅速、充分攪拌均勻后，在其中插入一只溫度計，并把物料放入恒溫槽中，記錄混合料凝膠時物料的最高溫度。每一組配比都可以測出一個最高放熱溫度，對比這組數(shù)據(jù)中最高放熱溫度所對應(yīng)的T31 和環(huán)氧樹脂的比例，該比值可以視為T31 對環(huán)氧系統(tǒng)的最佳質(zhì)量比（見圖1），當m1（T31）/m2（環(huán)氧樹脂）=0.25 時，放熱溫度最高。也就是涂料體系中，相對于環(huán)氧樹脂的用量，T31 最佳含量為25 %。

圖1 T31 和環(huán)氧樹脂系統(tǒng)放熱曲線

2.2 活性稀釋劑對涂料性能的影響

環(huán)氧樹脂是一種高粘度樹脂，導電粉的吸油量又大，涂料體系很難施工，因此必須稀釋以降低體系的粘度。如果使用惰性稀釋劑，涂料中含有大量的揮發(fā)性有機溶劑，施工時，這些溶劑污染環(huán)境、嚴重危害作業(yè)人員的身體健康，而且在儲油罐這樣通風不良的環(huán)境中，不易擴散、濃度不斷升高，極易引起燃燒、爆炸。同時，在涂膜干燥過程中，滯留在涂層中的溶劑因揮發(fā)而在涂膜表面留下大量針孔。使涂層抗?jié)B透能力下降，影響使用壽命。目前，用于環(huán)氧樹脂涂料的活性稀釋劑主要有單縮水、雙縮水和三縮水甘油醚類。對幾種常用的稀釋劑進行性能檢測，稀釋劑的加入量以保證與環(huán)氧樹脂混合后粘度不大于100 s（涂-4 杯），實驗結(jié)果（見表4）。

由表4 可以看出，XY691 和XY207 兩種稀釋劑的綜合性能比較好，而XY691 的粘度是5～10 mPa·s，XY207 的粘度是30～70 mPa·s，同時XY691 的價格又低，因此采用XY691 作為涂料的活性稀釋劑，其用量以12 %～14 %為宜。

表4 不同活性稀釋劑對涂料性能的影響

2.3 導電云母粉含量對涂料綜合性能的影響

導電粉是導靜電涂料的重要組成部分，它的種類和用量對涂料性能有較大影響。導靜電涂料中使用的導電材料按其導電介質(zhì)可分為三類：金屬粉體、導電炭黑及石墨、金屬氧化物及其復(fù)合粉體。其中，金屬粉末容易氧化，導致涂膜導電性能下降。導電炭黑及石墨由于其吸油量高，當導靜電性能要求高時，加量大，涂膜疏松，屏蔽性、抗?jié)B透性下降，引起涂膜下方腐蝕，防銹性能不佳。耐油性、抗化學性好、導電性能穩(wěn)定的金屬氧化物及其復(fù)合粉體導電粉發(fā)展較快。本文選用的ECP-M400 型導電粉是以濕法白云母為基質(zhì)，通過表面處理、半導體摻雜處理，使其基質(zhì)表面形成導電性氧化層。具有色淺、易分散、化學穩(wěn)定性高、耐腐蝕、導電性好等特點。根據(jù)添加型導靜電防腐涂料的導電機理，在干膜中導電粒子必須彼此接觸或非常接近時，電子才能克服粒子間成膜物質(zhì)的阻擋形成導電網(wǎng)絡(luò)而傳到靜電。導電粉過少，導電網(wǎng)絡(luò)不連續(xù)，無法傳導靜電。導電粉過多，涂料粘度過大，不利于防腐施工，另一方面成膜物不能完全包覆導電粉，造成涂料綜合性能下降。導電云母粉的含量對涂層表面電阻率的影響（見表5）。

表5 導電云母粉的含量對涂層表面電阻率的影響

GB50393-2008 規(guī)定，導靜電涂料的表面電阻率應(yīng)控制在108～1011Ω，由表5 可以看出，當ECP-M400 的含量在25 %～28 %時，涂料的表面電阻率符合國標的要求，最佳含量為26 %，此時涂料的表面電阻率為109Ω。

2.4 助劑對涂料性能的影響

導靜電防腐涂料中使用的導電云母粉比表面積很大，必須對表面進行接枝處理，使樹脂和導電云母粉表面產(chǎn)生親和性和共價鍵，以提高環(huán)氧樹脂與導電粉相容性、浸潤性和分散性。本次實驗分別選用偶聯(lián)劑KH560 和進口的A187 進行處理，二者都能很好的提高導電粉在涂料中的分散性，并顯著提高涂料的附著力。用量一般為涂料配方量的0.1 %～0.5 %。

涂料在施工和成膜過程中因表面張力差會產(chǎn)生一些缺陷，如魚眼、縮孔、貝納德漩渦等，必須通過添加流平劑以降低體系的表面張力，提高其流平性和均勻性，使成膜均勻、自然。實驗中，德國畢克的BYK306、BYK320 以及杭州包爾得生產(chǎn)的BD3307 都有較好的流平效果。流平劑的用量為總配方量的0.1 %～0.3 %。

涂料中導電云母粉的細度很高，加量又大，為防止導電云母粉在涂料貯存過程中產(chǎn)生絮凝沉淀，保證涂料體系均相穩(wěn)定，一定量的觸變劑必不可少。實驗中使用氣相二氧化硅作為觸變劑，當其加量在0.2 %～1 %的范圍時，涂料有很好的觸變性，能夠防止貯存過程中導電云母粉沉降并消除涂料施工時的流掛現(xiàn)象。

2.5 介質(zhì)浸泡對涂料表面電阻率的影響

介質(zhì)中導靜電性能的持久穩(wěn)定性是導靜電涂料的重要性能指標。按照標準將制備的樣板在各種介質(zhì)中浸泡，測定浸泡前后涂層的表面電阻率。實驗溫度為室溫（23±2 ℃），浸泡時間為720 h，結(jié)果（見表6）。

表6 介質(zhì)浸泡對涂層表面電阻率的影響

結(jié)果表明，導電性能在酸性條件下略有下降，但仍在標準規(guī)定的范圍之內(nèi)，而在其它介質(zhì)中，浸泡前后表面電阻率沒有變化。同樣測試鹽霧試驗和耐濕熱試驗前后樣板的表面電阻率，也幾乎沒有變化。因此，涂料表現(xiàn)出穩(wěn)定的導靜電性能。

3 結(jié)論

本實驗通過對涂料中環(huán)氧樹脂和固化劑、活性稀釋劑、導電粉及各種助劑的協(xié)同效應(yīng)進行研究分析，設(shè)計出較佳綜合性能的導靜電防腐涂料配方。漆膜粘結(jié)力強，封閉性好，耐油性能佳，導電性能持久穩(wěn)定。同時，涂料中不含惰性可揮發(fā)性溶劑，厚涂性好，防腐性佳，施工安全，是石化行業(yè)貯油罐、輸油管道、運輸油罐等貯油輸油設(shè)備的內(nèi)防腐及導靜電保護的理想產(chǎn)品。

［1］ 李榮俊，林可湘.石油儲罐內(nèi)壁防靜電涂料研究［J］.涂料涂裝與電鍍，2005，（3）：5-9.

［2］ 林安，周苗銀.功能性防腐蝕涂料及應(yīng)用［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2004.

［3］ 徐大為，萬發(fā)力.油品儲運中的靜電防護［J］.中國石油和化工標準與質(zhì)量，2011，（4）：95.

［4］ 孫曼靈.環(huán)氧樹脂應(yīng)用原理與技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002.