油罐内壁导静电防腐涂料的研制

李联养

（陕西省石油化工研究设计院，陕西西安 710054）

油罐是油田、炼油厂、油库及加油站的重要设备，油罐内的石油产品在生产、运输、贮存、使用过程中，因摩擦和冲刷等一系列接触、分离而产生静电荷，如果静电荷的产生速度高于静电荷的泄漏速度，就会积聚静电荷[1]。油罐内壁防腐涂料的成膜物质大都属于绝缘性高分子物质，高分子材料的表面电阻率很高超过1015Ω，致使产生的静电荷一时很难泄漏，这些静电荷如果不能及时有效的释放，将会在油品表面积聚，当积累的静电荷放电的能量大于可燃混合物的最小引燃能，并且在放电间隙中油品蒸汽和空气混合物处于爆炸极限范围时，将产生燃烧和爆炸，造成极大的安全事故[2]，如空罐高位混装油品时引起静电着火；风吹计量塑料管引发静电荷放电引爆汽油罐；煤油进罐操作刚停止，采样时引起静电起火等。近年来我国石油工业飞速发展，伴随而来的静电事件屡屡发生。据日本官方统计[3]，油品火灾爆炸事故中约有10 %属静电事故。因此，油罐的抗静电防腐蚀日益引起人们的关注和重视。本文就是为了满足油罐内壁的防护需求，保证油罐的安全运行展开研究。

本涂料是以环氧树脂、活性稀释剂和胺类固化剂为主要成膜物质，加入经过表面处理的浅色导静电粉末，通过导电粉末在树脂之间形成导电网络而传到静电。并讨论了胺类固化剂、活性稀释剂、浅色导静电粉末及助剂的用量对涂料理化性能和导电性能的影响。

1 实验部分

1.1 原材料及配方比例

表1 主要原材料

本涂料为双组份涂料，分A、B 两个组份，其配方组成（见表2）。

表2 导静电涂料配方

先将配方量的环氧树脂加入到高速分散机中，然后依次加入活性稀释剂、偶联剂并分散均匀，再慢慢加入导电粉和其它助剂，调整高速分散机的转速为1 200 r/min，分散0.5 h，然后过滤即可得到A 组份。制备B 组份时，将固化剂、导电粉和其它助剂依次加入到高速分散机中，分散0.5 h 并过滤。

1.2 性能测试结果

制备的双组份涂料按标准进行理化性能测试，测试结果（见表3）。

表3 油罐内壁导静电防腐涂料性能测试结果

2 结果与讨论

2.1 固化剂含量对涂料性能的影响

固化剂的用量对涂料的性能有非常重要的影响，固化剂用量太少，环氧树脂不能完全反应，固化剂过量时，与环氧树脂反应链会过早终止，这两种情况都会破坏涂料的力学性能和防腐性能。所以，应首先根据体系的环氧值和固化剂T31 的胺值亦即T31 中活泼氢的量计算出固化剂T31 的理论用量，再通过测定固化剂T31-环氧体系的热效应[4]，对比不同配料比下的最高放热温度，找出固化剂T31 对环氧树脂的最佳用量。

设定恒温槽的温度为30 ℃，每次配取一定比例的环氧树脂和固化剂T31 混合料，迅速、充分搅拌均匀后，在其中插入一只温度计，并把物料放入恒温槽中，记录混合料凝胶时物料的最高温度。每一组配比都可以测出一个最高放热温度，对比这组数据中最高放热温度所对应的T31 和环氧树脂的比例，该比值可以视为T31 对环氧系统的最佳质量比（见图1），当m1（T31）/m2（环氧树脂）=0.25 时，放热温度最高。也就是涂料体系中，相对于环氧树脂的用量，T31 最佳含量为25 %。

图1 T31 和环氧树脂系统放热曲线

2.2 活性稀释剂对涂料性能的影响

环氧树脂是一种高粘度树脂，导电粉的吸油量又大，涂料体系很难施工，因此必须稀释以降低体系的粘度。如果使用惰性稀释剂，涂料中含有大量的挥发性有机溶剂，施工时，这些溶剂污染环境、严重危害作业人员的身体健康，而且在储油罐这样通风不良的环境中，不易扩散、浓度不断升高，极易引起燃烧、爆炸。同时，在涂膜干燥过程中，滞留在涂层中的溶剂因挥发而在涂膜表面留下大量针孔。使涂层抗渗透能力下降，影响使用寿命。目前，用于环氧树脂涂料的活性稀释剂主要有单缩水、双缩水和三缩水甘油醚类。对几种常用的稀释剂进行性能检测，稀释剂的加入量以保证与环氧树脂混合后粘度不大于100 s（涂-4 杯），实验结果（见表4）。

由表4 可以看出，XY691 和XY207 两种稀释剂的综合性能比较好，而XY691 的粘度是5～10 mPa·s，XY207 的粘度是30～70 mPa·s，同时XY691 的价格又低，因此采用XY691 作为涂料的活性稀释剂，其用量以12 %～14 %为宜。

表4 不同活性稀释剂对涂料性能的影响

2.3 导电云母粉含量对涂料综合性能的影响

导电粉是导静电涂料的重要组成部分，它的种类和用量对涂料性能有较大影响。导静电涂料中使用的导电材料按其导电介质可分为三类：金属粉体、导电炭黑及石墨、金属氧化物及其复合粉体。其中，金属粉末容易氧化，导致涂膜导电性能下降。导电炭黑及石墨由于其吸油量高，当导静电性能要求高时，加量大，涂膜疏松，屏蔽性、抗渗透性下降，引起涂膜下方腐蚀，防锈性能不佳。耐油性、抗化学性好、导电性能稳定的金属氧化物及其复合粉体导电粉发展较快。本文选用的ECP-M400 型导电粉是以湿法白云母为基质，通过表面处理、半导体掺杂处理，使其基质表面形成导电性氧化层。具有色浅、易分散、化学稳定性高、耐腐蚀、导电性好等特点。根据添加型导静电防腐涂料的导电机理，在干膜中导电粒子必须彼此接触或非常接近时，电子才能克服粒子间成膜物质的阻挡形成导电网络而传到静电。导电粉过少，导电网络不连续，无法传导静电。导电粉过多，涂料粘度过大，不利于防腐施工，另一方面成膜物不能完全包覆导电粉，造成涂料综合性能下降。导电云母粉的含量对涂层表面电阻率的影响（见表5）。

表5 导电云母粉的含量对涂层表面电阻率的影响

GB50393-2008 规定，导静电涂料的表面电阻率应控制在108～1011Ω，由表5 可以看出，当ECP-M400 的含量在25 %～28 %时，涂料的表面电阻率符合国标的要求，最佳含量为26 %，此时涂料的表面电阻率为109Ω。

2.4 助剂对涂料性能的影响

导静电防腐涂料中使用的导电云母粉比表面积很大，必须对表面进行接枝处理，使树脂和导电云母粉表面产生亲和性和共价键，以提高环氧树脂与导电粉相容性、浸润性和分散性。本次实验分别选用偶联剂KH560 和进口的A187 进行处理，二者都能很好的提高导电粉在涂料中的分散性，并显著提高涂料的附着力。用量一般为涂料配方量的0.1 %～0.5 %。

涂料在施工和成膜过程中因表面张力差会产生一些缺陷，如鱼眼、缩孔、贝纳德漩涡等，必须通过添加流平剂以降低体系的表面张力，提高其流平性和均匀性，使成膜均匀、自然。实验中，德国毕克的BYK306、BYK320 以及杭州包尔得生产的BD3307 都有较好的流平效果。流平剂的用量为总配方量的0.1 %～0.3 %。

涂料中导电云母粉的细度很高，加量又大，为防止导电云母粉在涂料贮存过程中产生絮凝沉淀，保证涂料体系均相稳定，一定量的触变剂必不可少。实验中使用气相二氧化硅作为触变剂，当其加量在0.2 %～1 %的范围时，涂料有很好的触变性，能够防止贮存过程中导电云母粉沉降并消除涂料施工时的流挂现象。

2.5 介质浸泡对涂料表面电阻率的影响

介质中导静电性能的持久稳定性是导静电涂料的重要性能指标。按照标准将制备的样板在各种介质中浸泡，测定浸泡前后涂层的表面电阻率。实验温度为室温（23±2 ℃），浸泡时间为720 h，结果（见表6）。

表6 介质浸泡对涂层表面电阻率的影响

结果表明，导电性能在酸性条件下略有下降，但仍在标准规定的范围之内，而在其它介质中，浸泡前后表面电阻率没有变化。同样测试盐雾试验和耐湿热试验前后样板的表面电阻率，也几乎没有变化。因此，涂料表现出稳定的导静电性能。

3 结论

本实验通过对涂料中环氧树脂和固化剂、活性稀释剂、导电粉及各种助剂的协同效应进行研究分析，设计出较佳综合性能的导静电防腐涂料配方。漆膜粘结力强，封闭性好，耐油性能佳，导电性能持久稳定。同时，涂料中不含惰性可挥发性溶剂，厚涂性好，防腐性佳，施工安全，是石化行业贮油罐、输油管道、运输油罐等贮油输油设备的内防腐及导静电保护的理想产品。

［1］ 李荣俊，林可湘.石油储罐内壁防静电涂料研究［J］.涂料涂装与电镀，2005，（3）：5-9.

［2］ 林安，周苗银.功能性防腐蚀涂料及应用［M］.北京：化学工业出版社，2004.

［3］ 徐大为，万发力.油品储运中的静电防护［J］.中国石油和化工标准与质量，2011，（4）：95.

［4］ 孙曼灵.环氧树脂应用原理与技术［M］.北京：机械工业出版社，2002.