双抗”型矿井管道专用重防腐粉末涂料

引言：

       煤矿管道及支护设备长期处于潮湿、盐、碱等恶劣工况下，加上瓦斯环境，要求即要能防腐保护管道不受腐蚀，又要能导除静电，防腐止静电在管道涂层表面积聚。一旦遇明火或高温，又能阻止燃烧进行，达到抗静电、抗燃烧、能防腐的目的。早期的矿井管道多采用塑料PE管道或布风筒，一旦发生火灾，就会熔断，失去通风和抽瓦斯功能，给抢救和人员生命带来不便甚至灾难。近年来煤炭部要求全部起用厚壁钢管作为主通风管道（强度高，耐烧蚀、不会折弯变形）。而钢管自身的防腐就提至首要考虑因素。为此，开发出即能导电、又能阻燃、兼顾防腐的涂料，能更好的服务于这一应用领域。节能、环保、环境友好型熔结环氧粉末涂料（FBE）体系，能很好地满足这一要求，且成本低，施工方便，材料来源广泛。我们的涂料就是基于这样的背景研发出来的。
1 概貌及技术特征、技术参数、研究方案

        外貌：超细粉末状，黑色为主；存贮稳定；自体也具有导电特征，静电喷涂或用其他涂覆方法施工于管道内、外壁，然后加热熔融，维持温度180度10-15分钟，形成连续耐致密的涂膜，覆盖于管材表面，将管材包覆起来，隔绝了金属与外界介质的直接接触。

        参数： 

        粒径：30—45um

        密度：1.4-1.5g / cm3

        固化条件：  1800C*15min

        研究方案：

        首先，要满足防腐性能要求，能通过CJ/T-120—2008标准检测；

        其次，要能导电，表面电阻≦106欧姆；

        第三，要阻燃。要能通过煤炭部标准MT-181、MT-113检测。新的统一标准正在制定中。

        为达到以上目标，我们首先确定采用熔结环氧树脂体系；其次是导电材料选用掺杂导电材料，价格适宜，导电性能优异，与环氧体系混熔性良好，所得涂层致密；第三，从树脂体系到阻燃添加剂，都选用了特殊功能的防火阻燃材料，达到国内先进水平。
        我们将碳纳米导电纤维首次运用于矿井导电粉末涂料体系；同时将溴化双酚A环氧树脂引入阻燃粉末涂料体系，发明了“双抗”防腐矿井管道专用粉末涂料，与以前该类管道用液体油漆相比，导电值显著提高，阻燃性能明显增强，涂层致密度高、硬度及耐磨性能提升到新的水平，涂层综合性能达到同类涂层先进水平。再将有机磷系、成碳剂、发泡剂、氢氧化镁铝等复合阻燃剂运用到此涂料体系中，起到的很好的阻燃效果。
2 关于解决重防腐问题的研究方向
        目前钢质管道重防腐的主流是采用熔结环氧为主体成膜树脂，以体型酚羟基固化剂配以一定量的线性酚羟基固化剂，以咪唑催化体系。环氧体系本身具有极好的防腐性能，柔韧性及附着力极佳，涂层致密不渗漏。优异的耐酸碱盐及化学品腐蚀性能，抗氯化物渗透性良好。是矿井管道解决防腐问题的优选，但考虑到阻燃性，我们选择了改性阻燃功能的环氧树脂作为主成膜物质，使涂层各方性能兼顾。

 溴化双酚A型环氧树脂

体型酚羟基树脂固化剂结构式
        关于防腐方面的相关知识，以前的文章表述太多，这时就不多赘述。
3 关于解决导电问题的研究方向
        让涂层导电的方式常用的主要有两种办法，一种是掺杂导电，另一种是本征导电。掺杂导电涂料主体成膜物质本身无导电性,它以绝缘聚合物为主要成膜物质,在其中掺入导电材料而形成的涂料。它的导电性靠掺入的导电微粒来实现的,导电微粒提供自由电子载流子，掺入的导电材料这里主要是采用导电乙炔或导电石墨，将这些物质掺合到聚合物中，可使聚合物变为半导体.随着导电材料加入量的增加,导电性越好，电阻率越低,该方法是目前常用的实际应用方法，成本低廉，材料易取得，掺杂后导电性能持久稳定，导电值易调节。随着导电填料粒子浓度的增加，粉末涂料的表面电阻率逐渐减小，当导电填料浓度达到某一临界值时，粉末涂料的表面电阻率急剧减小，出现由绝缘性到导电性的性质突变。该临界值称为渗滤阈值。影响渗滤阈值的因素较多，包括导电填料的种类、结构及形态、粉末涂料基体与导电填料的相互作用、加工条件等。下图是两种导电材料结构式：

        本征导电因其材料不易取得，价格昂贵，难以在普通工业中得到广泛应用，这里就不做详细讨论。这里采用导电聚苯胺掺杂，主要是利用其优异的自修复功能，一旦涂层在施工中有细微的破损，聚苯胺的特殊功能便发挥出来，可能快速自动修复漏点的防腐导电功能。
4 关于解决阻燃问题的研究方向
       阻燃必须针对燃烧三要素：（可燃物质、助燃氧气、维持燃烧的温度），切断其中任何一个环节，都能达到阻燃之目的。对于粉末涂料的配方设计而言，可以从三个方面同时着手。
       （1）减弱放热、加速散热、冷却降温、减少热解和可燃气体产生、抑制气相燃烧。
      （2）释放不可燃气体，如N2、CO2、H2O ；促进炭化，稀释并隔离氧气、减弱传热和传质。
       （3）捕捉自由基，终止连锁氧化、解聚反应。用烧蚀熔融壳体覆盖可燃物质，阻断燃烧进行。
        多聚磷酸铵是发泡剂，也是阻燃剂和催化剂；季戊四醇是成碳剂；三聚氰铵是发泡剂也属阻燃剂。硅氧烷类偶联剂主要作用是增加各种物料的分散性、润湿性，提高涂层的耐火时间，起阻燃作用。准球型硅微粉和云母粉本来就是耐温材料的首选，能降低成本并且增加固体含量。颜料好选择耐温颜料，如：锰黑、铁黑，铁红、铁黄、铬黄、铬绿、铬红、钴蓝、铁蓝、石墨等。其他助剂品种也很多，比如：微胶囊红磷、氢氧化铝、氢氧化镁、锑或溴的有机化合物、硼酸锌、偏硼酸钡等都是上好的阻燃剂。涂层经高温灼烧后膨胀成疏松多孔结构，隔绝热源。
        在实际生产中，我们采用将钛白粉、硅微粉、硫酸钡、复合阻燃剂等固含的成分，先用偶联剂润湿进行皮膜处理，然后熟化一段时间，再与树脂等其他成分混炼制粉。所得粉末涂料表面流平较好，导电性能优异，光泽理想，与基材附着力优异，是理想的防腐导电阻燃材料。
5 结语
        导电阻燃型重防腐粉末涂料当前的主要研究方向是开发高导电性,低成本,热效率高的一系列新型体系,相信随着各个领域对粉末涂料的需求不断增加和粉末涂料自身的发展,导电型阻燃粉末涂料将会有长足的进步。目前，该类粉末涂料涂层的检测标准是由MT181、MT113、CJ/T120综合而得，但由于这几个标准是针对聚合物和塑料管道的检测标准，而不是专门针对矿用管道、天然气管道而制定的，有些方面不能完全满足矿井管道的安全要求。目前这个行业是部分采用这三个标准中的方法，综合而成现行管道的检测标准。现在“煤炭部安标办”正牵头制定“矿井管道涂层新标准”，前期培训正在进行中，标准稿和检验方法正在讨论进行中。我们期望新标准早日实施。