雙抗”型礦井管道專用重防腐粉末涂料

引言：

       煤礦管道及支護(hù)設(shè)備長期處于潮濕、鹽、堿等惡劣工況下，加上瓦斯環(huán)境，要求即要能防腐保護(hù)管道不受腐蝕，又要能導(dǎo)除靜電，防腐止靜電在管道涂層表面積聚。一旦遇明火或高溫，又能阻止燃燒進(jìn)行，達(dá)到抗靜電、抗燃燒、能防腐的目的。早期的礦井管道多采用塑料PE管道或布風(fēng)筒，一旦發(fā)生火災(zāi)，就會熔斷，失去通風(fēng)和抽瓦斯功能，給搶救和人員生命帶來不便甚至災(zāi)難。近年來煤炭部要求全部起用厚壁鋼管作為主通風(fēng)管道（強(qiáng)度高，耐燒蝕、不會折彎變形）。而鋼管自身的防腐就提至首要考慮因素。為此，開發(fā)出即能導(dǎo)電、又能阻燃、兼顧防腐的涂料，能更好的服務(wù)于這一應(yīng)用領(lǐng)域。節(jié)能、環(huán)保、環(huán)境友好型熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料（FBE）體系，能很好地滿足這一要求，且成本低，施工方便，材料來源廣泛。我們的涂料就是基于這樣的背景研發(fā)出來的。
1 概貌及技術(shù)特征、技術(shù)參數(shù)、研究方案

        外貌：超細(xì)粉末狀，黑色為主；存貯穩(wěn)定；自體也具有導(dǎo)電特征，靜電噴涂或用其他涂覆方法施工于管道內(nèi)、外壁，然后加熱熔融，維持溫度180度10-15分鐘，形成連續(xù)耐致密的涂膜，覆蓋于管材表面，將管材包覆起來，隔絕了金屬與外界介質(zhì)的直接接觸。

        參數(shù)： 

        粒徑：30—45um

        密度：1.4-1.5g / cm3

        固化條件：  1800C*15min

        研究方案：

        首先，要滿足防腐性能要求，能通過CJ/T-120—2008標(biāo)準(zhǔn)檢測；

        其次，要能導(dǎo)電，表面電阻≦106歐姆；

        第三，要阻燃。要能通過煤炭部標(biāo)準(zhǔn)MT-181、MT-113檢測。新的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)正在制定中。

        為達(dá)到以上目標(biāo)，我們首先確定采用熔結(jié)環(huán)氧樹脂體系；其次是導(dǎo)電材料選用摻雜導(dǎo)電材料，價(jià)格適宜，導(dǎo)電性能優(yōu)異，與環(huán)氧體系混熔性良好，所得涂層致密；第三，從樹脂體系到阻燃添加劑，都選用了特殊功能的防火阻燃材料，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。
        我們將碳納米導(dǎo)電纖維首次運(yùn)用于礦井導(dǎo)電粉末涂料體系；同時(shí)將溴化雙酚A環(huán)氧樹脂引入阻燃粉末涂料體系，發(fā)明了“雙抗”防腐礦井管道專用粉末涂料，與以前該類管道用液體油漆相比，導(dǎo)電值顯著提高，阻燃性能明顯增強(qiáng)，涂層致密度高、硬度及耐磨性能提升到新的水平，涂層綜合性能達(dá)到同類涂層先進(jìn)水平。再將有機(jī)磷系、成碳劑、發(fā)泡劑、氫氧化鎂鋁等復(fù)合阻燃劑運(yùn)用到此涂料體系中，起到的很好的阻燃效果。
2 關(guān)于解決重防腐問題的研究方向
        目前鋼質(zhì)管道重防腐的主流是采用熔結(jié)環(huán)氧為主體成膜樹脂，以體型酚羥基固化劑配以一定量的線性酚羥基固化劑，以咪唑催化體系。環(huán)氧體系本身具有極好的防腐性能，柔韌性及附著力極佳，涂層致密不滲漏。優(yōu)異的耐酸堿鹽及化學(xué)品腐蝕性能，抗氯化物滲透性良好。是礦井管道解決防腐問題的優(yōu)選，但考慮到阻燃性，我們選擇了改性阻燃功能的環(huán)氧樹脂作為主成膜物質(zhì)，使涂層各方性能兼顧。

 溴化雙酚A型環(huán)氧樹脂

體型酚羥基樹脂固化劑結(jié)構(gòu)式
        關(guān)于防腐方面的相關(guān)知識，以前的文章表述太多，這時(shí)就不多贅述。
3 關(guān)于解決導(dǎo)電問題的研究方向
        讓涂層導(dǎo)電的方式常用的主要有兩種辦法，一種是摻雜導(dǎo)電，另一種是本征導(dǎo)電。摻雜導(dǎo)電涂料主體成膜物質(zhì)本身無導(dǎo)電性,它以絕緣聚合物為主要成膜物質(zhì),在其中摻入導(dǎo)電材料而形成的涂料。它的導(dǎo)電性靠摻入的導(dǎo)電微粒來實(shí)現(xiàn)的,導(dǎo)電微粒提供自由電子載流子，摻入的導(dǎo)電材料這里主要是采用導(dǎo)電乙炔或?qū)щ娛瑢⑦@些物質(zhì)摻合到聚合物中，可使聚合物變?yōu)榘雽?dǎo)體.隨著導(dǎo)電材料加入量的增加,導(dǎo)電性越好，電阻率越低,該方法是目前最常用的實(shí)際應(yīng)用方法，成本低廉，材料易取得，摻雜后導(dǎo)電性能持久穩(wěn)定，導(dǎo)電值易調(diào)節(jié)。隨著導(dǎo)電填料粒子濃度的增加，粉末涂料的表面電阻率逐漸減小，當(dāng)導(dǎo)電填料濃度達(dá)到某一臨界值時(shí)，粉末涂料的表面電阻率急劇減小，出現(xiàn)由絕緣性到導(dǎo)電性的性質(zhì)突變。該臨界值稱為滲濾閾值。影響滲濾閾值的因素較多，包括導(dǎo)電填料的種類、結(jié)構(gòu)及形態(tài)、粉末涂料基體與導(dǎo)電填料的相互作用、加工條件等。下圖是兩種導(dǎo)電材料結(jié)構(gòu)式：


        本征導(dǎo)電因其材料不易取得，價(jià)格昂貴，難以在普通工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，這里就不做詳細(xì)討論。這里采用導(dǎo)電聚苯胺摻雜，主要是利用其優(yōu)異的自修復(fù)功能，一旦涂層在施工中有細(xì)微的破損，聚苯胺的特殊功能便發(fā)揮出來，可能快速自動修復(fù)漏點(diǎn)的防腐導(dǎo)電功能。
4 關(guān)于解決阻燃問題的研究方向
       阻燃必須針對燃燒三要素：（可燃物質(zhì)、助燃氧氣、維持燃燒的溫度），切斷其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)，都能達(dá)到阻燃之目的。對于粉末涂料的配方設(shè)計(jì)而言，可以從三個(gè)方面同時(shí)著手。
       （1）減弱放熱、加速散熱、冷卻降溫、減少熱解和可燃?xì)怏w產(chǎn)生、抑制氣相燃燒。
      （2）釋放不可燃?xì)怏w，如N2、CO2、H2O ；促進(jìn)炭化，稀釋并隔離氧氣、減弱傳熱和傳質(zhì)。
       （3）捕捉自由基，終止連鎖氧化、解聚反應(yīng)。用燒蝕熔融殼體覆蓋可燃物質(zhì)，阻斷燃燒進(jìn)行。
        多聚磷酸銨是發(fā)泡劑，也是阻燃劑和催化劑；季戊四醇是成碳劑；三聚氰銨是發(fā)泡劑也屬阻燃劑。硅氧烷類偶聯(lián)劑主要作用是增加各種物料的分散性、潤濕性，提高涂層的耐火時(shí)間，起阻燃作用。準(zhǔn)球型硅微粉和云母粉本來就是耐溫材料的首選，能降低成本并且增加固體含量。顏料最好選擇耐溫顏料，如：錳黑、鐵黑，鐵紅、鐵黃、鉻黃、鉻綠、鉻紅、鈷藍(lán)、鐵藍(lán)、石墨等。其他助劑品種也很多，比如：微膠囊紅磷、氫氧化鋁、氫氧化鎂、銻或溴的有機(jī)化合物、硼酸鋅、偏硼酸鋇等都是上好的阻燃劑。涂層經(jīng)高溫灼燒后膨脹成疏松多孔結(jié)構(gòu)，隔絕熱源。
        在實(shí)際生產(chǎn)中，我們采用將鈦白粉、硅微粉、硫酸鋇、復(fù)合阻燃劑等固含的成分，先用偶聯(lián)劑潤濕進(jìn)行皮膜處理，然后熟化一段時(shí)間，再與樹脂等其他成分混煉制粉。所得粉末涂料表面流平較好，導(dǎo)電性能優(yōu)異，光澤理想，與基材附著力優(yōu)異，是理想的防腐導(dǎo)電阻燃材料。
5 結(jié)語
        導(dǎo)電阻燃型重防腐粉末涂料當(dāng)前的主要研究方向是開發(fā)高導(dǎo)電性,低成本,熱效率高的一系列新型體系,相信隨著各個(gè)領(lǐng)域?qū)Ψ勰┩苛系男枨蟛粩嘣黾雍头勰┩苛献陨淼陌l(fā)展,導(dǎo)電型阻燃粉末涂料將會有長足的進(jìn)步。目前，該類粉末涂料涂層的檢測標(biāo)準(zhǔn)是由MT181、MT113、CJ/T120綜合而得，但由于這幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是針對聚合物和塑料管道的檢測標(biāo)準(zhǔn)，而不是專門針對礦用管道、天然氣管道而制定的，有些方面不能完全滿足礦井管道的安全要求。目前這個(gè)行業(yè)是部分采用這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的方法，綜合而成現(xiàn)行管道的檢測標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在“煤炭部安標(biāo)辦”正牽頭制定“礦井管道涂層新標(biāo)準(zhǔn)”，前期培訓(xùn)正在進(jìn)行中，標(biāo)準(zhǔn)稿和檢驗(yàn)方法正在討論進(jìn)行中。我們期望新標(biāo)準(zhǔn)早日實(shí)施。