一种抗静电水性聚氨酯涂料的制备与性能研究

2018-09-06牛润林

山西化工 2018年4期

牛润林

(山西省应用化学研究所(有限公司)，山西太原 030027)

引言

静电积累会使很多物品在使用过程中会出现吸尘、电击等现象，尤其在油品储运过程中，更会造成油品污损甚至爆燃事故。为了防止这种情况的发生，抗静电涂料成为了研究的重点。传统的抗静电涂料通常是将各种导电填料在基体树脂中混合制备，耐候、耐腐蚀性能已经逐渐不能满足市场的需求。以油品储罐为例，当前主要使用的环氧类涂料由于液面变化经常会暴露在空气环境中，管壁的涂层会随时间逐渐出现粉化脱落的现象，影响抗静电效果的同时，其中的导电填料金属、石墨或者金属氧化等还会污损油品。因而，研发一种具有更好的耐候、耐腐蚀性能的抗静电涂料势在必行。

本文通过对水性聚氨酯基体树脂、抗静电剂的选择调配，制备了一种具有良好耐候、耐腐蚀性能的水性聚氨酯抗静电涂料，更贴近环境的同时，满足了实际工程的需要。

1 实验部分

1.1 实验原料

水性聚氨酯，WD-8632，山西科诺奥合成材料有限公司；石墨粉末，上海舟山化工有限公司；分散剂，WT-21，上海赢创有限公司；流平剂，BYK-333，德国毕克化学；消泡剂，AKN-3386，千佑化工有限公司；抗紫外剂，TINUVIN-326，上海卜丁化工有限公司。

1.2 氧化石墨烯悬浮液的制备

首先，将10 g高锰酸钾粉末加入100 mL 98%的浓硫酸中，随后，将10 g石墨粉末加入进行氧化反应，反应30 min后，用去离子水洗涤过滤多次，然后烘干。再加入50 mL去离子水中经过超声分散，制成棕黄色悬浮液，随后，在紫外灯箱中照射48 h进行紫外辐照还原。最终制得抗静电剂，备用。

1.3 抗静电涂料的制备

取水性聚氨酯树脂100 g，分别加入2 g分散剂,0.4 g消泡剂，0.5 g流平剂，0.1 g的抗紫外剂，制成空白基料0#，然后，分别加入氧化石墨烯悬浮液10 mL和20 mL，超声分散20 min后，加入10 mL酒精，继续分散3 min。最终制得涂料样品1#和2#。

1.4 涂层的制备

使用喷枪将涂料均匀喷涂于金属基材上，室温下自然干燥168 h，制得200 μm～300 μm厚度的涂层进行性能检测。

1.5 测试与表征

对空白基料0#、1#和2#所制得涂层进行电镜扫描。

依照GB/T1731测试涂层柔韧性；依照GB/T1720测试涂层附着力；依照GB/T10125测试涂层耐盐雾性；依照GB/T1734测试涂层耐酸碱性和耐汽油性；依照GB/T16422.3测试涂层耐紫外光老化性能；依照GB/T 15662-1995测试涂层的表面电阻率。

2 结果及讨论

2.1 空白基料0#与添加了氧化石墨烯的1#和2#样的SEM图

由第17页图1中可以看出，氧化石墨烯在基料中分散均匀。随氧化石墨烯加入量的增加，图1c)中颗粒密度明显大于图1b)，但并未因氧化石墨烯加入量的增加出现明显的颗粒团聚现象。氧化石墨烯的均匀分散有利于导电通路的形成，从而提高涂料的抗静电性能，同时，表面的极性基团能够在成膜过程中增加交联密度，改善涂层的力学性能。

图1 不同氧化石墨烯加入量涂层的SEM图

2.2 样品物理性能的检测

如表1所示，加有抗静电剂氧化石墨烯的涂料1#和2#样品都具有对金属基材良好的附着力，同时，涂层本身的柔韧性也符合国家标准的要求。并且，随着氧化石墨烯的加入量增加，耐磨性能有所提高。

表1 涂层物理机械性能测试结果

2.3 样品的耐候性能测试

通过1 000 h的耐盐雾测试，1#和2#样品的测试结果如表2所示。结果表明，2种配比的涂料都具备良好的耐盐雾性能，能够满足使用的需要。

表2 涂层耐盐雾性能测试结果

2.4 样品的耐酸碱性和耐汽油性测试

考虑到本配方的开发是为了满足油罐涂装的需求，对样品进行了耐酸碱性和耐汽油浸泡性的测试，测试结果如表3和表4所示，720 h的测试后，涂层完整，无明显起泡开皱现象。结果表明，1#和2#两种配方都能够满足油罐涂装的使用环境的要求。

2.5 样品的耐紫外光老化性能测试

考虑到使用过程中，由于油罐液面的变化，涂层会直接裸露在大气环境中，在紫外光老化箱中对样品的耐紫外光性能进行了测试，通过对光泽度的检测来比对失光率，测试结果如表5所示。测试表明，受氧化石墨烯加入量的影响，2#样品自身光泽度低于1#样品，但在1 000 h紫外光老化测试之后，2#的失光率仅为1.09%，优于1#样品。这是由于，加入的氧化石墨烯在体系中可以捕捉自由基，能够阻隔涂层本身的光氧降解。2个样品的耐紫外光老化综合评级为0级，俱为优良。