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0引言
導電涂料于20世紀70年代問世以來，至今已有30多年的歷史，已被廣泛應用于電力電網(wǎng)、電力地面設施及大型油罐、油氣管道等領域[1]。當前，隨著我國石油化工工業(yè)的迅速發(fā)展，石油及石化產品使用儲罐、油氣管道日益增多，隨之而來的是如何安全、長期地使用等諸多問題。針對上述問題，需解決以下三大難題：抗靜電問題、防腐問題、耐候性和使用持久性問題[2]。防止儲油罐金屬材料腐蝕，經(jīng)濟又實用的方法就是涂料保護。近年來，氟碳樹脂涂料以其優(yōu)異的耐候、耐腐蝕、耐熱性、耐化學品性、斥水、斥油性，成為人們關注的熱點[3]。在儲油罐等石化領域，鋼結構的抗腐蝕、抗靜電等問題通過新型的氟碳導電涂料進行解決。導電炭黑作為最常用的抗靜電介質以其價格便宜、性能穩(wěn)定等優(yōu)點被廣泛地應用。但是，導電炭黑的添加量直接影響著涂層的導電能力、抗腐蝕能力，從而直接影響了氟碳導電涂層的使用壽命[4]。因此研究導電炭黑對導電防腐涂料的抗腐蝕影響，在要求較高的電力、石化等工業(yè)領域顯得尤為重要。
1試驗部分
1.1主要原料與儀器
原料：氟碳樹脂(GK型樹脂)，日本大金；HDI固化劑(N3390)，Bayer；導電炭黑(KetjenblackEC300J)，阿克蘇諾貝爾，其性能指標見表1。以上均為工業(yè)品。
表1導電炭黑KetjenblackEC300J特性指標
表1導電炭黑KetjenblackEC300J特性指標
儀器：QXP型刮板細度儀，天津永利達材料；QJL型漆膜沖擊器，天津市精科材料；QFD型附著力測試儀，天津市材料試驗機廠；鹽霧試驗箱，SHEEN公司；MODEL800靜電測試儀，美國ACL公司；馬口鐵。
1.2配方篩選與優(yōu)化
為了研究導電炭黑對氟碳導電涂料抗腐蝕性能的影響，首先必須考慮氟碳涂層的抗靜電效果。本文的配方設計首先滿足氟碳涂層表面電阻在104～107Ω·cm的抗靜電范圍之內，且耐酸、耐堿。然后經(jīng)過選擇、工藝試驗，來確定導電炭黑的添加量對涂膜表面電阻和抗腐蝕的影響，從而確定導電炭黑在氟碳涂料里最合理的添加量。表2是添加不同量導電炭黑的試驗結果，圖1為耐鹽霧測試結果。
表2導電炭黑添加量對涂膜表面電阻和抗腐蝕的影響
表2導電炭黑添加量對涂膜表面電阻和抗腐蝕的影響
圖1導電炭黑添加量對涂膜耐鹽霧的影響
圖1導電炭黑添加量對涂膜耐鹽霧的影響
通過優(yōu)化試驗總結出涂料中導電炭黑的添加量對涂膜表面電阻和抗腐蝕的不同影響，對配方進行調整，得出最佳配方見表3，涂層性能檢測結果見表4。
表3氟碳導電防腐蝕涂料的配方
表3氟碳導電防腐蝕涂料的配方
表4氟碳導電防腐蝕涂料涂層性能
表4氟碳導電防腐蝕涂料涂層性能
2耐腐性能討論
從表2和圖1看出，不同導電炭黑的添加量對氟碳涂膜的耐腐蝕性有著不同的影響，在涂膜表面有效抗靜電即表面電阻控制在104～107Ω·cm的范圍內，隨著導電炭黑添加量的增多，氟碳涂膜的抗腐蝕能力在明顯降低。添加量越多，綜合耐腐蝕能力越差。其主要原因有兩個：
(1)碳系的導電填料其標準電極電位比鐵的標準電極電位較正，因此所制得的防靜電涂層對儲罐內壁是腐蝕電池的陰極，使罐壁鋼板成為陽極，當水分等腐蝕介質存在時，便發(fā)生如下的電化學腐蝕：
陽極(鋼板)反應：Fe→Fe2++2e
陰極(涂層)反應：2H2O+2e→H2↑+2OH-
在溶液中的綜合反應：Fe2++2OH-→Fe(OH)2
2Fe(OH)2+H2O+1/2O2→Fe2O3·XH2O
從被腐蝕的涂層外觀(圖2)來分析，就可看到涂層(陰極)下產生的氣體(由上述反應可以得知是氫氣)，將涂層鼓起一個個小氣泡，挑破氣泡，下面見到鐵銹(Fe2O3·XH2O)，看到鋼板腐蝕形成許多小麻點。
(2)導電炭黑的添加影響了涂層的致密性。導電炭黑作為無機粉體填料添加到涂料里，在與氟碳樹脂結合成涂膜的時候，由于受到導電炭黑表面形狀、粒徑、涂料體系中表面潤濕劑和溶劑的影響，在樹脂和無機導電炭黑之間會形成結合的缺陷，從而影響整個涂膜的致密性。并且導電炭黑添加越多，這種樹脂與導電炭黑間的缺陷越嚴重，從而影響了涂層阻抗水分和氧氣滲透的能力。由測試可知導電炭黑的最佳添加量為2.1%～2.4%。
圖2涂膜腐蝕照片
圖2涂膜腐蝕照
3結語
在以導電炭黑為介質的氟碳涂料配方設計中，導電炭黑添加量的控制對涂層耐腐蝕性和使用壽命有著很重要的影響。通過對導電炭黑不同添加量試驗的數(shù)據(jù)，得到了導電炭黑在氟碳涂料里的最佳添加量為2.1%～2.4%。并且完全通過了耐酸、耐堿和耐鹽霧性能的測試要求。 |
