CNT/mica 导静电防腐蚀涂料的研制

   日期:2021-11-30     浏览:145    
核心提示:导静电防腐蚀涂料可广泛地用于石油化工、机械电子、航空航天、交通运输等领域,能消除静电危害,防止设备腐蚀。按导静电涂料的成
导静电防腐蚀涂料可广泛地用于石油化工、机械电子、航空航天、交通运输等领域,能消除静电危害,防止设备腐蚀。按导静电涂料的成分及导电机理,主要分为本征型和掺合型两类。本征型导静电涂料是聚合物本身具备固有的导电性,但它在合成、施工方面均有很多困难,加上成本高,应用范围不广;掺合型导静电涂料的成膜物质本身无导电性能,导静电过程是靠掺入的导电填料来实现,具有施工方便、价格便宜等优点,所以得到了广范应用。
目前常用的导静电填料有银粉、铜粉、镍粉、银包铜粉、炭黑、碳纳米管等,以金属、石墨或金属氧化物作为导电填料的导静电防腐蚀涂料,综合性能不理想,具有附着力和防腐性能较差、使用寿命短等缺点[4];虽然碳纳米管具有极大的长径比和优异的电学性能,在导静电方面表现出了优异的性能,但是碳纳米管的润湿分散很困难,而且制备成本比较高,其大规模应用受到了限制。因此,润湿分散碳纳米管和降低成本是使碳纳米管在导静电涂料中得到广泛应用的迫切要求。文章以碳纳米管复合导电云母(CNT/mica)为导静电填料,一方面可以使填料容易分散,另一方面碳纳米管复合在片状的导电云母粉表面,形成导电通道的几率大大增加,可以减少碳纳米管的用量,降低成本[5];水性环氧树脂涂料具有优异的防腐蚀性、耐化学品性能和耐油性,对众多底材具有极佳的附着力,可根据需要采用灵活多样的配方,因此文章选用水性环氧树脂为成膜物质。文章主要制备了以碳纳米管复合导电云母为填料的导静电涂料,对其防腐蚀性能进行了重点研究。
 
1 实验
1.1 原料和仪器
原料:碳纳米管复合导电云母粉(CNT/mica,CNT含量为5 %,中国科学院成都有机化学研究所);水性环氧树脂乳液和固化剂(国产);钛白粉(国产);润湿分散剂(国产);流平剂(国产);消泡剂(进口);增稠剂(国产);去离子水(自制)等。
仪器:高速分散机(上海现代环境工程有限公司);ZC36型高阻计(上海精密仪器仪表有限公司);漆膜附着力试验仪(天津材料试验机厂)等。
1.2 导静电防腐蚀涂料的制备
在水中加入一定量的润湿分散剂、消泡剂、流平剂,然后加入水性环氧树脂乳液充分混合; 在低速搅拌过程中添加CNT/mica,添加完后增大分散速度并分散一定时间。再加入增稠剂和消泡剂,分散一定时间,即制得A组分。将A组分与固化剂B组分按一定比例混合,静置熟化30 min后涂膜使用。
1.3 涂料性能测试
导静电性能重要的指标为体积电阻率,要小于108 Ω·m;文章使用ZC36型高阻计、按照HG/T3331-1978《绝缘漆漆膜体积电阻系数和表面电阻系数测定法》对涂层进行测试;附着力按照GB1720-79《漆膜附着力测定法》进行测试;贮存稳定性按照GB6753.3-86《涂料贮存稳定性试验方法》进行测试;耐腐蚀试验采用5 % NaCI、5 % HCI、5 % H2SO4、5 % NaOH溶液作介质,按照GB9274-88《色漆和清漆耐液体介质的测定》进行。
 
2 结果与讨论
2.1 CNT/mica导静电防腐蚀涂料配方
CNT/mica导静电防腐蚀涂料的配方见表1。

2.2 A组分和固化剂B比例、CNT/mica用量对漆膜体积电阻率的影响
环氧树脂与固化剂的比例决定了涂层的交联程度,从而对涂层性能产生直接影响。陈中华等人[6]研究发现当环氧树脂与固化剂比例为4∶1时涂层综合性能佳。对于本环氧体系,适当增加环氧树脂的用量有助于提高涂膜的耐水性和耐腐蚀性;但是若环氧树脂过多涂层会比较软、硬度较差,固化剂过多时涂层硬度较大、韧性差,因此文章研究了A组分与固化剂比例分别为8∶1、6∶1、4∶1、3∶1、2∶1和1∶1时不同CNT/mica含量下的涂层的体积电阻率,结果见表2。
表2 A组分和固化剂B比例、CNT/mica用量对漆膜体积电阻率(Rv,Ω·m)的影响

由表2可以发现:未添加颜填料时涂层体积电阻率范围为1011~1012 Ω·m;A组分中含有22和25质量份时,环氧与固化剂比例为4∶1、3∶1和2∶1的体积电阻率数量级都为107 Ω·m,都满足导静电要求,说明当添加质量份22时涂层已形成了导电通路,继续增大CNT/mica用量已经没有必要。
2.3 A组分和固化剂B比例、CNT/mica用量对漆膜附着力的影响
不同A组分与固化剂B比例、CNT/mica用量下漆膜的附着力见表3。
表3 A组分和固化剂B比例、CNT/mica用量对漆膜附着力的影响

由表3可以发现:适当增大CNT/mica用量可以增强漆膜附着力;当添加22和25质量份CNT/mica、A与固化剂比例为4∶1、3∶1、2∶1和1∶1时附着力均达到1级。
综合表2和表3结果,A组分含22质量份的CNT/mica、与固化剂比例为4∶1、3∶1和2∶1时既能满足导静电要求又能满足附着力要求。
2.4 涂料贮存稳定性
A组份的贮存稳定性按照GB6753.3-86进行检测,在50 ℃下贮存30 d后表观正常,无沉降。
2.5 漆膜防腐蚀性能测试
文章主要对A和B按比例4∶1、3∶1和2∶1进行混合后制备的样品进行防腐蚀检测,在酸碱盐介质中浸泡30 d后观察漆膜,检测结果如表4所示。
由表4可知A∶B按3∶1和2∶1混合后的涂层耐盐、碱腐蚀性较好,耐酸腐蚀性较差;而按4∶1混合制得的漆膜具有良好的耐腐蚀性能,符合防腐蚀涂料的要求。

3 结论与展望
文章以碳纳米管复合导电云母(CNT/mica)为填料、水性环氧树脂为成膜物质制得了双组份涂料,研究发现:当A组分中CNT/mica质量份为22、A与B按照4∶1混合后制得的漆膜体积电阻率数量级为107Ω·m,在酸碱盐介质中浸泡30 d后表观正常,符合导静电防腐蚀涂料的要求。CNT/mica具有容易分散,用量低,制得的涂料导静电防腐蚀性能优异等优点,为碳纳米管的广泛应用开创了新局面。
 









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