0 前言
高分子功能性材料，是21世纪前沿科学，成果累累，高分子化学工艺崛起和材料科学日新月异，设计研制出性能各异的高分子聚合物，给涂料产品和应用拓展了广阔无垠的天地，本文仅就涂于底材上使之具有一定传导电流和消散静电荷能力的高分子导静电涂料(以下简称导静电涂料)现状及应用，结合笔者工作体验叙述。

1 导静电涂料分类、机理和功能
1.1 分类
导静电涂料仅仅是高分子功能性材料中导电涂料之一，导电涂料分为结构性(也称本征型)、掺合性(也称复合型)和超导型3类，而导静电涂料指表面电阻率105≤PS≤109 Ω的静电导体的绝缘物，广义上旧属导电涂料，以导电材料组成分为本征型和复合型2类，由于本征型价格昂贵，施工困难、综合性能较差，仅仅使用于特殊要求的部件，市场上主要为复合型，即以绝缘体高分子聚合物(树脂)为黏结剂(成膜物质)掺入一定量的导电物，经专业生产工艺复合而成，成为具有导静电功能涂料。
1.2 导电机理
1972年美国F.BUTCH提出了复合型导电高分子化合物(高聚物)的导电无限网链理论[1]，认为在含有导电微粒(包括金属、无机和有机化合物)的高聚物体系中，当导电微粒的浓度达到某一临界值后，体系内的导电微粒便会排列成一个导电无限网链，导电微粒的排列作用如同桥梁，使自由电子载流子从高聚物这一端经过桥梁达到另一端，从而使绝缘体高聚物变成了半导体或导体，其导电性强弱取决导电微粒本性导电性(电阻值)以及导电微粒构成的导电网链导电质量的优劣，试验表明导电微粒质量越优(导电性强、电阻小)，导电微粒质量分数25%内加入量越多，导电性越强，从宏观上测量出电阻率越小[2]。
1.3 导电涂料的功能[3-4]
导电涂料功能主要具有电热、导电、电磁屏蔽、导静电和消散静电，利用这些功能,应用领域如住宅和建筑物，输油管道、供暖管道、船舶防冻装置、机场跑道、大型储油罐、伪装网、医用设备屏蔽罩，火箭弹包装、工业器雷达罩、隐形材料、手机防护、电力系统接地网等。

2 导静电涂料的主要构成
2.1 高聚物成膜物(含固化剂、催化剂)
作为导静电涂料成膜物质高聚物既是导静电涂料的黏结剂，也是涂料成膜后涂层的应用技术诸如机械力学性、化学性能、耐候性等指标必不可少的成分。目前市场上已采用的高聚物树脂有酚醛、醇酸、不饱和聚酯、丙烯酸、聚氨酯、氯醚、氟碳、环氧等。由于环氧树脂具有附着力强、抗渗性好、耐化学性优、收缩率少、电阻率较小、性能各异的产品品种多、价格适中等特点而成为研制早、应用多、广性佳比好的树脂，酚醛、醇酸由于耐油性差，在石油化工领域中已被淘汰。氟碳树脂耐久性、耐化学性独占，因价位高未能推广应用，仅用于专用产品。
2.2 有机盐类、导电颜料及导电高分子微粒
2.2.1 有机盐类
此类导静电剂系离子型有机化合物，分阴离子、阳离子，通过增加涂膜表面的离子浓度降低涂膜的电阻率，从而起到消散静电作用。由于其有效期短，其中阳离子型导静电剂耐热性，受环境条件如温度、湿度、摩擦、大气污染等因素影响很大，仅用于塑料、皮革和纺织工业，不适宜甚至不能用于使用环境恶劣，质保期长的大型设备腐蚀条件苛刻的石油化工领域。
2.2.2 导电填料
主要包括碳系、金属粉末、无机金属氧化物和结构性高分子导电微粒四大类，其中碳系导电材料又分为炭黑、石黑、碳纤维和碳纳米管4种。金属类主要金属粉末有银、铜、铝、镍、锌和铁等高导电性金属材料。用于石油化工领域的导电填料还要考虑耐化学性和价格，工业上多采用锌粉和铝粉。金属具有优异的导电性和导热性，但导电能力随温度升高而下降，产品性能不稳定，而且添加量大，成本较高，比重大而沉淀结块，给施工和贮藏带来困难，实践证明含锌导静电涂料不能用于航空汽油，否则存在安全隐患，由此使用上受到限制。无机金属氧化物指二氧化锡(SnO2)、钛白粉(TiO2)、氧化锌(ZnO)、三氧化二铟(In2O3)、氧化锑(Sb2O3)以及经表面处理的导电填料如导电云母、硫酸钡、石英粉等。
2.2.3 导电高分子微粒
结构性导电聚合物自20世纪70年代问世以来，鉴于电性稳定和可持续发展，一直是研发热点，该类聚合物均具有大的π电子体系，如聚苯胺(PAN)、聚乙炔(PA)、聚苯硫醚(PPS)、聚吡咯(PP)、聚噻吩(PT)、聚喹啉(PQ)、聚对苯乙炔(PPV)、聚1，6-庚二炔(PHF)聚硫萘(PTIN)[5]及其衍生物，其中聚苯胺国内重庆金固特化工新材料公司已工业化生产，聚苯胺导电微粒掺入到涂料中不但提高涂料的导电性，而且提高涂料的防腐性能，更可贵的不但已研制出溶剂型导静电涂料，而且已研制出水性导静电涂料，前景看好。
2.3 助剂
为了导电涂料能均匀涂装在涂件上，必须添加诸如防沉剂、流平剂、消泡剂、分散剂、触变剂、催化剂等助剂。
2.4 溶剂
除了无溶剂和水性涂料外，绝大部分产品需加入相匹配的溶剂，便于生产和施工。
2.5 其他
根据涂料应用的环境，介质、温度等条件尚需在涂料配方中加入诸如耐磨、耐温变、耐压、耐化学介质等其他填充材料。

3 导静电涂料现状
3.1 相关规范标准和导静电电阻率指标
导静电涂料基本也是重要的指标，即电阻率(PS表面电阻、PV体积电阻)，现将国内外涉及导静电涂料相关的标准和规范的电阻率指标汇总如表1。

3.2 产品技术进展
早研究记载是1948年美国公布的导电胶专利，50年代经济发达国家广泛开展了导静电涂料的研发和工业化生产，1957年日本研制银系和碳系为主体的导静电涂料。我国在这方面起步较晚，但发展较快，特别是随着国民经济发展，石油化工崛起，石油产品储量递增，石油储罐安全危险事故频发，引起了相关部门重视，1992年制订了GB13348标准，对导静电涂料的电阻率作出了强制性规定。导静电涂料品种繁多，由于添加防静电剂的涂料其电阻率不稳定性，且随着时间推移，导电性下降，因此在大型储罐中不再采用，主要采用环氧树脂为成膜物，添加导电微粒的复合型导静电涂料。2006年对已应用10~13 a、500~1 000 m353只内壁涂装，250 μm厚的环氧导静电涂料的储油罐进行了检查和检测[7]，结果为表面电阻率(PS)<109ΩA类占71.1%，9.9×109>>PS>1×109ΩB类占20.8%， 其中50%PS>5.0×109Ω待维修状态，PS>109ΩC类占7.5%，已有安全隐患应立即停止使用。从涂层表面腐蚀情况看，大多数良好，按照设计规定使用年限(10 a)已到期。
自2000年Atan.J、Heeger.G.Macdiarmid和Hidekishrakawa在20世纪70年代在对导电聚合物的研究合作发现将少量碘掺入反式聚己炔，使导电性增加几千倍，并开发了多种导电高聚物而获得诺贝尔化学家[8]，为导电材料开拓了新纪元。21世纪以来，国内导静电（含导电）涂料研发十分活跃，新品、专利不断，北京师范大学高分子研究所研制出水性氟碳导电涂料[9]，宁波高新区东升科技发展公司研制成功氟碳导静电防腐涂料[2]，中科院长春应化所张金勇等已于2000年2月申请了聚苯胺导静电防腐涂料专利[11]，曾幸荣等发明的水性抗静电涂料，李旺金等发明了一种添加聚合活性抗静电剂的紫外光固化抗静电涂料，白金奎等发明了纳米聚氨酯防静电涂料，目前研究的热点是在导静电涂料中掺加聚苯胺，以提高防腐性，降低电阻率，为石油储罐内壁涂料“导静电是
基础，防腐是目的”的高效、稳定、耐久（＞15 a）提供了技术支持。导静电涂料开发的方向与涂料总体目标一致，即水性、光固化、粉未、纳米改性的“四E”化。

4 应用
从进口依存度和战略上考虑，2005年开始国家规划建设石油储备库，要建大量原油和油品储罐。全国仅港口吞吐罐容量需1 600万m3，经初步测算，每1万m3储罐，需内壁导静电涂料1.5 t，则总计2 400 t，还有炼油厂，各省市供油、贮油罐，需求量超过5 000t，“十二五”年需求量1 000 t以上。
4.1 应用导静电涂料值得商榷的3个问题
4.1.1 关于导静电涂料电阻率(PS)的指标值
从表1可知2008年1月14日颁布的由中国石化集团公司主编，国家建设部批准，建设部与国家质量监督检验总局联合发布的强制性国家标准GB50393《钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范》中表面电阻率指标108<PS<1011Ω，与国内外相关标准、规范的PS(105<PS<109Ω)控制范围相左。电阻率指标是导静电涂料需控制的基本重要的指标之一，也是标志性的特殊指标，按电工学常
识PS>109Ω即为绝缘体。根据资料[11]各种材料体积电阻(PV)与适用范围以及表1可知，导静电防腐涂料的体积电阻率(PV)应控制在104～108 Ω · m即表面电阻率(PS)应控制在105～109 Ω，当PV＞108 Ω · m(PS＞109Ω)时材料为绝缘体，不能导静电。尤其是添加型导静电涂料与本征型导静电防腐涂料相比，其一涂料(导电微粒)不均匀性、导电稳定性差，其二耐腐蚀性差，因此大量试验实例表明，添加型导静电防腐涂料的电阻率随着时间增长而增大，对该类涂料的电阻率(PS)应控制在≤109 Ω是重要的，以避免因静电积聚放电导致火灾爆炸事故。储油罐按设计寿命10～15 a，资料表明，导静电防腐涂料经10 a使用，涂层完好、有效，而20%电阻率增大一个数量级(101)，因此，从安全角度和设计，考虑不可预计因素、留有余地保险系数，电阻率控制范围上限≤109Ω也是非常必要。Q/GD-0168-94标准中PV＜1.0×108 Ω · m，韩国三和(SAMHWA)涂料工业公司导静电涂料产品说明书中电阻率PS＜1.0×109 Ω的指标是比较科学、明确、可操作性强，而PS＜109 Ω，1.0×109～9.9×109均为109数量级范围内，误差太大。涉及石油石化生产和储运的中石化、中石油、中海油、军用、民航应联合制订出统一的标准和规范，不能各自为政。
4.1.2 导静电涂料涂层的设计厚度
作为半成品涂料经涂装后成为涂层成品需具备3个条件，一是固化完全的一定厚度的涂层，二是达到产品标准中技术指标，三是工程使用环境的特殊指标，如储油罐内壁导静电的电阻率和防腐性，用于大型桥梁上的耐候性、抗盐雾性及抗渗透性，用于化工设备的耐温、耐压等等。从实践应用情况表明，涂层随着年久腐蚀，厚度逐减而电阻率逐增，抗渗性削弱，因此设计厚度是确保工程质量、安全和有效寿命的重要条件，当然不同油品，不同部位，不同地区设计，厚度不一。也是贯彻“预防为主”理念的重要措施，尽管初期投资大，但按照防腐工程的“5.5.5”[12]定律，从长远利益讲，节省资源资金。我国CNCIA-HG/T规范中首次明确石油贮罐内壁涂料的厚度，一般为≥200 μm，特殊≥350 μm，而经济发达国家如日本要求400～500 μm，德国和英国≥450 μm，俄罗斯和东欧为≥600 μm[13-14]，可见对涂层厚度的重视。规范提出的要求应理解为低要求，对腐蚀性强、杂质多的进口原油、不同油品和使用环境恶劣的设备，尤其是沿海重腐蚀区域，其涂层设计厚度从安全和涂层施工质量等不可预测因素考虑，应适当增加30～50 μm，是有利无弊。
4.1.3 对导静电涂料产品标准应增加绿色指标
2009年我国GB24408对建筑用外墙涂料有限物质限量Pb、Cd、Cr6+ 、Hg及GB18581对室内装饰装修材料渗剂型木器中有害物质限量和VOC限量，分别提出了要求。美国军用标准MIL-C-4556E中3.4.1.1对Cd和Cr6+提出了限量，3.2.3禁用材料(不能含苯、有氯溶剂等)提出了要求。由于储罐内涂料施工环境差，为确保人身安全健康，使用导静电涂料VOC及有害重金属也应提出
限量指标。

5 结语
导静电涂料发展很快也很好，在石油化工储罐已普遍应用，并应用到地坪，以环氧树脂为成膜物质，加入经处理的导电无机氧化物为导电微粒的复合型导静电涂料具有原料充沛、性能稳定、价格适中、性价比高于同类型其他产品的特点，如果涂层设计厚度≥400 μm，涂装施工质量达标，能够安全可靠使用12～15 a，是完全可以达到先进水平。