聚氨酯防腐导静电涂料影响因素研究
□ 杨名亮，苏雅丽，徐静，彭毛来
(厦门双瑞船舶涂料有限公司，福建厦门 361001)
由图3可知，刷涂于聚酯膜上的表面电阻率基本不随厚度变化而变化；刷涂于钢板上的表面电阻率随着厚度的增大而增大后趋于稳定，且与聚酯膜上表面电阻率值大小相当。因为测试过程的实际测量中，测试仪器显示电阻值为R，RS为真实的表面电阻值，Rv为涂层厚度引起的体积电阻，RM为基材电阻，各值之间存在如式(1)关系。
0 前言
随着石化工业的迅速发展，石油管道和储罐的表面防腐及安全问题，日益受到人们的重视，特别是石油管道和储罐中燃油之间的相对运动所产生的静电，若不及时排出，极易发生爆炸危险。因此在对石油管道和储罐进行防腐保护的同时，内壁涂料必须具有良好的导静电性能。
涂膜导静电性是导静电涂料主要的性能, 通常用表面电阻率(Ps)来表征。GB/T 16906－1997《石油罐导静电涂料电阻率测定法》标准，确定了石油罐导静电涂料的表面电阻率为108～1011 Ω。涂料中导电填料添加量、干燥时间、浸油时间、涂膜厚度及基材等客观因素对涂膜导静电性能起决定性的作用，因此研究涂膜的导静电性能影响因素具有重要意义。同时涂膜的防腐性能对石油管道和储罐的运行安全也至关重要，采用电化学阻抗谱对其防腐性能进行研究，对防腐导静电涂料开发也意义重大。
1 试验部分
1 试验部分
1.1 原料及仪器
1.1.1 原料
羟基丙烯酸树脂、异氰酸酯固化剂、导电云母粉、助剂、填料、二甲苯、120#汽油、盐酸、硫酸、蒸馏水。
1.1.2 仪器
HCH-3000F测厚仪，高速分散机，QTG-A型涂膜制备器，YFT-2006型导静电涂料表面电阻率测定仪，电化学工作站。
1.2 导静电涂料制备及性能测试
1.2.1 导静电涂料制备
(1)聚氨酯导静电涂料甲组分制备：把树脂、填料和助剂加入罐中，高速分散，然后加入一定量导电云母粉低速分散，得甲组分。
(2)聚氨酯导静电涂料乙组分制备：把异氰酸酯固化剂和一定比例溶剂混合低速分散均匀，得乙组分。甲乙组分制备流程如图1所示。
1.2.2 导静电涂料样板制备
在室温条件下，将甲乙组分按一定比例混合，搅拌均匀，喷涂于75 mm×150 mm底材(钢板、聚酯膜)上，涂膜干燥后，进行表面电阻率测试。导静电涂料均匀喷涂于75 mm×150 mm钢板上，涂膜厚度100mm，干燥后进行后面电化学阻抗谱研究使用。
1.2.3 导静电涂料表面电阻率测试
测试前用无水酒精清洗试样，将YFT-2006型表面电阻率测定仪放在需测试样的表面进行电阻率测试。
1.2.4 导静电涂料的电化学阻抗谱测试
上面制备的样板作为工作电极，辅助电极为铂片电极，参比电极为饱和甘汞电极，电解液为3.5%的氯化钠溶液，测试条件为：交流电位幅值10 mV，测试电压为开路电位，测试频率为10-2～105 Hz。
2 结果与讨论
2.1 导电云母粉添加量对表面电阻率影响
由于添加型导静电涂料是通过导电填料粒子之间的相互接触形成导电通路来实现的，因此涂膜的表面电阻率与导电填料添加量之间有直接的关系。
图2是导电云母粉不同添加量对表面电阻率的影响。可以看出，随着导电云母粉添加量的增大，涂膜表面电阻率基本不变，等添加量达到21%(质量分数，后同)时表面电阻率发生数量级变化，表面电阻率由1011 Ω降到108 Ω，之后随着添加量的增加，表面电阻率基本不再发生变化。这是由于当导电云母粉含量在13%～19%时，导电云母粉的量较少，在涂膜中处于分散状态，导电填料粒子之间的距离比较大，没有相互接触形成导电网，所以表面电阻率比较大，基本不导电；当导电云母粉添加量≥21%时，涂料中导电网链已经形成，涂膜已经具有较好的导电性，表面电阻率较小达到108 Ω，再提高导电云母粉添加量并不会显著增加涂料的导电通路，因此，表面电阻率较小减缓趋于稳定。因此添加量为19%～21%时均能满足标准规定要求。
图2是导电云母粉不同添加量对表面电阻率的影响。可以看出，随着导电云母粉添加量的增大，涂膜表面电阻率基本不变，等添加量达到21%(质量分数，后同)时表面电阻率发生数量级变化，表面电阻率由1011 Ω降到108 Ω，之后随着添加量的增加，表面电阻率基本不再发生变化。这是由于当导电云母粉含量在13%～19%时，导电云母粉的量较少，在涂膜中处于分散状态，导电填料粒子之间的距离比较大，没有相互接触形成导电网，所以表面电阻率比较大，基本不导电；当导电云母粉添加量≥21%时，涂料中导电网链已经形成，涂膜已经具有较好的导电性，表面电阻率较小达到108 Ω，再提高导电云母粉添加量并不会显著增加涂料的导电通路，因此，表面电阻率较小减缓趋于稳定。因此添加量为19%～21%时均能满足标准规定要求。
2.2 基材和涂膜厚度对表面电阻率影响
将导电云母粉添加量为21%的聚氨酯导静电涂料分别刷于聚酯薄膜和钢板上，刷涂不同厚度薄膜，对涂膜表面电阻率的影响如图3所示。
当基材为聚酯薄膜时，它的电阻值很大，为绝缘材料，通过式(1)可以看出R≈RS，此时测量值接近真实的表面电阻率值。当基材为钢板时，RM忽略不计。所以当涂膜很薄时Rv很小，且Rv<RS，则R<RS；当涂膜厚度逐渐增加的时候Rv增大，所以R增大，当Rv与RS达到一个数量级时，R与RS值大小相当保持在一个数量级不再变化，与聚酯膜上涂层表面电阻率值大小相当。
2.3 干燥时间对表面电阻率的影响
涂膜随着干燥时间的延长，溶剂不断地挥发，会对涂膜导电性产生影响。将导电云母粉添加量为21%的聚氨酯导静电涂料刷涂于聚酯膜上，每干燥固化1 d，测量一次涂膜的表面电阻率，干燥时间对涂膜表面电阻率的影响如图4所示。
由图4可知，随着涂膜干燥时间的延长，涂膜的表面电阻率先是迅速下降，而后逐渐减缓并基本保持不变。因为在干燥过程中溶剂不断挥发，基体树脂收缩使导电填料粒子逐渐接近，并终相互接触形成三维空间网状而导电。导静电涂料干燥之前，树脂基料和导电填料处于独立分散状态，导电填料之间被溶剂和树脂基料填充，不能相互接触，涂膜处于绝缘状态。因此在涂膜干燥1 d，后其表面电阻率较大为1011 Ω，基本绝缘。当涂膜干燥4 d时，其表面电阻率减小到109 Ω，此时溶剂基本挥发完全，基体树脂完全收缩，导电填料完全接触成导电网，涂膜表面电阻率急剧下降，呈现出良好的导电性，之后表面电阻率趋于稳定。
2.4 汽油浸泡时间对表面电阻率影响
由图5可知，120#汽油浸泡初期表面电阻率增加较大，随着浸泡时间的延长，表面电阻率变化速度减缓，终趋于稳定。是因为在浸泡的开始阶段，汽油在涂层表面的扩散速率较大，汽油的渗入增加了导电粒子之间的导电电阻，从而使整个涂层表面电阻迅速增大。随着时间延长，汽油扩散结束，导电粒子之间的电阻不再变化，从而涂层的表面电阻趋于稳定。
2.5 导静电涂料的涂层防腐性能研究
目前涂层的防腐性能主要通过耐介质性能和电化学阻抗谱来进行评价，因此我们对制备的聚氨酯防腐导静电涂料的防腐性能通过上述两种方法进行了测试，结果见表1和图6。
由表1可知，聚氨酯防腐导静电涂层在不同介质中的耐蚀性能均能达到标准要求，同时由图6可知，随着浸泡时间的延长，涂层电阻有略微下降，后趋于稳定。通常当bode图中涂层的电阻(低频段)大于108 Ω时，涂层具备良好的防护性能，当涂层电阻小于106 Ω时，防护性能变差，基本失去其保护能力[5]。所以由图6可知，涂层在3.5%氯化钠溶液中浸泡试验2～3个月涂层电阻下降较快，3～4个月涂层电阻大小几乎相当，下降速度非常缓慢，且涂层电阻仍然大于108Ω。所以上述两种方法测试结果都表明聚氨酯防腐导静电涂层对金属基材具有较好的防腐作用。
3 结语
(1)开始阶段随着导电云母粉添加量的增大，涂膜表面电阻率基本不变，等添加量达到21%时，表面电阻率发生数量级突变，导电性能提高，之后随着添加量的增加，表面电阻率基本不再发生变化。
(2)当基材为聚酯薄膜时，涂膜厚度增加表面电阻率值不变；当基材为钢板时，电阻率值与厚度有关系，开始阶段随膜厚增加电阻率值增加，当达到一定厚度(150 μm)后表面电阻率值不再变化。
(3)随着涂膜干燥时间的延长，涂膜的表面电阻率先是迅速下降，而后逐渐减缓并基本保持不变。
(4)浸油初期表面电阻率增加较大，随着浸泡时间的延长，表面电阻率变化速度减缓，终趋于稳定。
(4)浸油初期表面电阻率增加较大，随着浸泡时间的延长，表面电阻率变化速度减缓，终趋于稳定。
(5)制备的聚氨酯防腐导静电涂料具有良好的耐腐蚀性能。
