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      油罐內(nèi)壁導靜電防腐涂料的研制

      2014-12-24 04:00:24李聯(lián)養(yǎng)
      石油化工應(yīng)用 2014年8期
      關(guān)鍵詞:稀釋劑固化劑環(huán)氧樹脂

      李聯(lián)養(yǎng)

      (陜西省石油化工研究設(shè)計院,陜西西安 710054)

      油罐是油田、煉油廠、油庫及加油站的重要設(shè)備,油罐內(nèi)的石油產(chǎn)品在生產(chǎn)、運輸、貯存、使用過程中,因摩擦和沖刷等一系列接觸、分離而產(chǎn)生靜電荷,如果靜電荷的產(chǎn)生速度高于靜電荷的泄漏速度,就會積聚靜電荷[1]。油罐內(nèi)壁防腐涂料的成膜物質(zhì)大都屬于絕緣性高分子物質(zhì),高分子材料的表面電阻率很高超過1015Ω,致使產(chǎn)生的靜電荷一時很難泄漏,這些靜電荷如果不能及時有效的釋放,將會在油品表面積聚,當積累的靜電荷放電的能量大于可燃混合物的最小引燃能,并且在放電間隙中油品蒸汽和空氣混合物處于爆炸極限范圍時,將產(chǎn)生燃燒和爆炸,造成極大的安全事故[2],如空罐高位混裝油品時引起靜電著火;風吹計量塑料管引發(fā)靜電荷放電引爆汽油罐;煤油進罐操作剛停止,采樣時引起靜電起火等。近年來我國石油工業(yè)飛速發(fā)展,伴隨而來的靜電事件屢屢發(fā)生。據(jù)日本官方統(tǒng)計[3],油品火災(zāi)爆炸事故中約有10 %屬靜電事故。因此,油罐的抗靜電防腐蝕日益引起人們的關(guān)注和重視。本文就是為了滿足油罐內(nèi)壁的防護需求,保證油罐的安全運行展開研究。

      本涂料是以環(huán)氧樹脂、活性稀釋劑和胺類固化劑為主要成膜物質(zhì),加入經(jīng)過表面處理的淺色導靜電粉末,通過導電粉末在樹脂之間形成導電網(wǎng)絡(luò)而傳到靜電。并討論了胺類固化劑、活性稀釋劑、淺色導靜電粉末及助劑的用量對涂料理化性能和導電性能的影響。

      1 實驗部分

      1.1 原材料及配方比例

      表1 主要原材料

      本涂料為雙組份涂料,分A、B 兩個組份,其配方組成(見表2)。

      表2 導靜電涂料配方

      先將配方量的環(huán)氧樹脂加入到高速分散機中,然后依次加入活性稀釋劑、偶聯(lián)劑并分散均勻,再慢慢加入導電粉和其它助劑,調(diào)整高速分散機的轉(zhuǎn)速為1 200 r/min,分散0.5 h,然后過濾即可得到A 組份。制備B 組份時,將固化劑、導電粉和其它助劑依次加入到高速分散機中,分散0.5 h 并過濾。

      1.2 性能測試結(jié)果

      制備的雙組份涂料按標準進行理化性能測試,測試結(jié)果(見表3)。

      表3 油罐內(nèi)壁導靜電防腐涂料性能測試結(jié)果

      2 結(jié)果與討論

      2.1 固化劑含量對涂料性能的影響

      固化劑的用量對涂料的性能有非常重要的影響,固化劑用量太少,環(huán)氧樹脂不能完全反應(yīng),固化劑過量時,與環(huán)氧樹脂反應(yīng)鏈會過早終止,這兩種情況都會破壞涂料的力學性能和防腐性能。所以,應(yīng)首先根據(jù)體系的環(huán)氧值和固化劑T31 的胺值亦即T31 中活潑氫的量計算出固化劑T31 的理論用量,再通過測定固化劑T31-環(huán)氧體系的熱效應(yīng)[4],對比不同配料比下的最高放熱溫度,找出固化劑T31 對環(huán)氧樹脂的最佳用量。

      設(shè)定恒溫槽的溫度為30 ℃,每次配取一定比例的環(huán)氧樹脂和固化劑T31 混合料,迅速、充分攪拌均勻后,在其中插入一只溫度計,并把物料放入恒溫槽中,記錄混合料凝膠時物料的最高溫度。每一組配比都可以測出一個最高放熱溫度,對比這組數(shù)據(jù)中最高放熱溫度所對應(yīng)的T31 和環(huán)氧樹脂的比例,該比值可以視為T31 對環(huán)氧系統(tǒng)的最佳質(zhì)量比(見圖1),當m1(T31)/m2(環(huán)氧樹脂)=0.25 時,放熱溫度最高。也就是涂料體系中,相對于環(huán)氧樹脂的用量,T31 最佳含量為25 %。

      圖1 T31 和環(huán)氧樹脂系統(tǒng)放熱曲線

      2.2 活性稀釋劑對涂料性能的影響

      環(huán)氧樹脂是一種高粘度樹脂,導電粉的吸油量又大,涂料體系很難施工,因此必須稀釋以降低體系的粘度。如果使用惰性稀釋劑,涂料中含有大量的揮發(fā)性有機溶劑,施工時,這些溶劑污染環(huán)境、嚴重危害作業(yè)人員的身體健康,而且在儲油罐這樣通風不良的環(huán)境中,不易擴散、濃度不斷升高,極易引起燃燒、爆炸。同時,在涂膜干燥過程中,滯留在涂層中的溶劑因揮發(fā)而在涂膜表面留下大量針孔。使涂層抗?jié)B透能力下降,影響使用壽命。目前,用于環(huán)氧樹脂涂料的活性稀釋劑主要有單縮水、雙縮水和三縮水甘油醚類。對幾種常用的稀釋劑進行性能檢測,稀釋劑的加入量以保證與環(huán)氧樹脂混合后粘度不大于100 s(涂-4 杯),實驗結(jié)果(見表4)。

      由表4 可以看出,XY691 和XY207 兩種稀釋劑的綜合性能比較好,而XY691 的粘度是5~10 mPa·s,XY207 的粘度是30~70 mPa·s,同時XY691 的價格又低,因此采用XY691 作為涂料的活性稀釋劑,其用量以12 %~14 %為宜。

      表4 不同活性稀釋劑對涂料性能的影響

      2.3 導電云母粉含量對涂料綜合性能的影響

      導電粉是導靜電涂料的重要組成部分,它的種類和用量對涂料性能有較大影響。導靜電涂料中使用的導電材料按其導電介質(zhì)可分為三類:金屬粉體、導電炭黑及石墨、金屬氧化物及其復(fù)合粉體。其中,金屬粉末容易氧化,導致涂膜導電性能下降。導電炭黑及石墨由于其吸油量高,當導靜電性能要求高時,加量大,涂膜疏松,屏蔽性、抗?jié)B透性下降,引起涂膜下方腐蝕,防銹性能不佳。耐油性、抗化學性好、導電性能穩(wěn)定的金屬氧化物及其復(fù)合粉體導電粉發(fā)展較快。本文選用的ECP-M400 型導電粉是以濕法白云母為基質(zhì),通過表面處理、半導體摻雜處理,使其基質(zhì)表面形成導電性氧化層。具有色淺、易分散、化學穩(wěn)定性高、耐腐蝕、導電性好等特點。根據(jù)添加型導靜電防腐涂料的導電機理,在干膜中導電粒子必須彼此接觸或非常接近時,電子才能克服粒子間成膜物質(zhì)的阻擋形成導電網(wǎng)絡(luò)而傳到靜電。導電粉過少,導電網(wǎng)絡(luò)不連續(xù),無法傳導靜電。導電粉過多,涂料粘度過大,不利于防腐施工,另一方面成膜物不能完全包覆導電粉,造成涂料綜合性能下降。導電云母粉的含量對涂層表面電阻率的影響(見表5)。

      表5 導電云母粉的含量對涂層表面電阻率的影響

      GB50393-2008 規(guī)定,導靜電涂料的表面電阻率應(yīng)控制在108~1011Ω,由表5 可以看出,當ECP-M400 的含量在25 %~28 %時,涂料的表面電阻率符合國標的要求,最佳含量為26 %,此時涂料的表面電阻率為109Ω。

      2.4 助劑對涂料性能的影響

      導靜電防腐涂料中使用的導電云母粉比表面積很大,必須對表面進行接枝處理,使樹脂和導電云母粉表面產(chǎn)生親和性和共價鍵,以提高環(huán)氧樹脂與導電粉相容性、浸潤性和分散性。本次實驗分別選用偶聯(lián)劑KH560 和進口的A187 進行處理,二者都能很好的提高導電粉在涂料中的分散性,并顯著提高涂料的附著力。用量一般為涂料配方量的0.1 %~0.5 %。

      涂料在施工和成膜過程中因表面張力差會產(chǎn)生一些缺陷,如魚眼、縮孔、貝納德漩渦等,必須通過添加流平劑以降低體系的表面張力,提高其流平性和均勻性,使成膜均勻、自然。實驗中,德國畢克的BYK306、BYK320 以及杭州包爾得生產(chǎn)的BD3307 都有較好的流平效果。流平劑的用量為總配方量的0.1 %~0.3 %。

      涂料中導電云母粉的細度很高,加量又大,為防止導電云母粉在涂料貯存過程中產(chǎn)生絮凝沉淀,保證涂料體系均相穩(wěn)定,一定量的觸變劑必不可少。實驗中使用氣相二氧化硅作為觸變劑,當其加量在0.2 %~1 %的范圍時,涂料有很好的觸變性,能夠防止貯存過程中導電云母粉沉降并消除涂料施工時的流掛現(xiàn)象。

      2.5 介質(zhì)浸泡對涂料表面電阻率的影響

      介質(zhì)中導靜電性能的持久穩(wěn)定性是導靜電涂料的重要性能指標。按照標準將制備的樣板在各種介質(zhì)中浸泡,測定浸泡前后涂層的表面電阻率。實驗溫度為室溫(23±2 ℃),浸泡時間為720 h,結(jié)果(見表6)。

      表6 介質(zhì)浸泡對涂層表面電阻率的影響

      結(jié)果表明,導電性能在酸性條件下略有下降,但仍在標準規(guī)定的范圍之內(nèi),而在其它介質(zhì)中,浸泡前后表面電阻率沒有變化。同樣測試鹽霧試驗和耐濕熱試驗前后樣板的表面電阻率,也幾乎沒有變化。因此,涂料表現(xiàn)出穩(wěn)定的導靜電性能。

      3 結(jié)論

      本實驗通過對涂料中環(huán)氧樹脂和固化劑、活性稀釋劑、導電粉及各種助劑的協(xié)同效應(yīng)進行研究分析,設(shè)計出較佳綜合性能的導靜電防腐涂料配方。漆膜粘結(jié)力強,封閉性好,耐油性能佳,導電性能持久穩(wěn)定。同時,涂料中不含惰性可揮發(fā)性溶劑,厚涂性好,防腐性佳,施工安全,是石化行業(yè)貯油罐、輸油管道、運輸油罐等貯油輸油設(shè)備的內(nèi)防腐及導靜電保護的理想產(chǎn)品。

      [1] 李榮俊,林可湘.石油儲罐內(nèi)壁防靜電涂料研究[J].涂料涂裝與電鍍,2005,(3):5-9.

      [2] 林安,周苗銀.功能性防腐蝕涂料及應(yīng)用[M].北京:化學工業(yè)出版社,2004.

      [3] 徐大為,萬發(fā)力.油品儲運中的靜電防護[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量,2011,(4):95.

      [4] 孫曼靈.環(huán)氧樹脂應(yīng)用原理與技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002.

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