防靜電涂層選用依據(jù)

1、防靜電涂層選用依據(jù)摘要：主要分析石油產(chǎn)品貯罐防靜電涂層結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電填料的電極電位和涂層抗?jié)B透性及干膜厚度，對罐壁防銹壽命的影響；介紹國外依據(jù)不同油品的使用要求和不同結(jié)構(gòu)的貯罐，如何選擇涂料，提出油罐內(nèi)壁防靜電的配套原則。關(guān)鍵詞：導(dǎo)電填料；微電池；犧牲陽級；陰極覆蓋層國家技術(shù)監(jiān)督局早在1992年1月發(fā)布的強制性國家標(biāo)準(zhǔn)BG13348-92,規(guī)定貯罐內(nèi)壁應(yīng)使用防靜電防腐蝕涂料，涂料體電阻率應(yīng)低于108Qm（面電阻率就低于109Q）?！逼浜?，1997年7月，又發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)GB16906-1997石油罐導(dǎo)靜電涂料電阻率測定法，進一步對石油產(chǎn)品貯罐防靜電防腐蝕涂料作出油漆材料電阻率及施工驗收的規(guī)范。實施

2、這兩個國家標(biāo)準(zhǔn)以后，石油產(chǎn)品貯罐已不再出現(xiàn)由靜電引發(fā)的火災(zāi)或爆炸災(zāi)害。目前，國內(nèi)生產(chǎn)防靜電涂料的廠家存在的問題是：各地電阻率合格的涂料產(chǎn)品，實踐中卻出現(xiàn)涂裝后的防腐效果、防銹年限差異極懸殊。本文針對這一原因從基本原理上進行了分析。1 防靜電涂料概說防靜電涂料是導(dǎo)電涂料中，電阻值在105Q-109Q范圍內(nèi)的一組涂料，用以消除靜電放電產(chǎn)生之災(zāi)害或靜電引力導(dǎo)致之各類生產(chǎn)障礙。需要使用防靜電涂料的場所，主要包括有發(fā)生爆炸、火災(zāi)之害的危險場所，如石油產(chǎn)品貯罐，或貯存可燃性溶劑、煤氣等場所；有發(fā)生生產(chǎn)障礙之害的場所，如計算機室、電訊機房、半導(dǎo)體使用場所等；有發(fā)生電擊災(zāi)害的場所，如粉體裝袋工序、卷紙工序等。

3、因此，需要使用防靜電涂料的行業(yè)，包括了石油石化、藥品制造、生物科技實驗室、手術(shù)室、醫(yī)療儀器、精密機械、光學(xué)儀器、半導(dǎo)體工業(yè)、電訊工業(yè)等不同工業(yè)部門。這些不同工業(yè)，需要涂防靜電漆的底材，包括鋼鐵結(jié)構(gòu)及非金屬的塑料構(gòu)件、混凝土地板、墻壁等等。導(dǎo)電涂料可分為利用高分子導(dǎo)電體的真性型（也叫本征或非添加型），及分散導(dǎo)電填料的分散型（也叫添加型），共兩大類。真性型導(dǎo)電性高分子材料，雖已有商品化產(chǎn)品，但因價格較昂貴，故應(yīng)用并不廣泛、不普遍。防靜電涂料，基本上是由分散導(dǎo)電填料制成的分散型。國外市場的防靜電涂料有下列三大類。復(fù)合系抗靜電涂料（金屬系：銀、銅、鎳，鋅碳系：導(dǎo)電性碳，金屬氧化物系：氧化錫、氧化銻處理

4、之二氧化鈦、加添銻之氧化錫等）。界面活性劑系（第四級鏤鹽、磺酸鹽、磷酸鹽、烷基甜菜素型、烷基咪噪淋型、POE衍生物、烷胺、烷醚、甘油脂酸酯、聚乙烯基苯基三甲基氨鹽、聚苯烯磺酸鹽等）。沉積系（金屬系：金、鈀，氧化物系：氧化銦錫、氧化鎘錫等）。石油產(chǎn)品貯罐內(nèi)壁用的防靜電涂料，只有第一類之金屬系，碳系，或金屬氧化物系導(dǎo)電填料制成的涂料才適用。因為界面活性劑會不斷流失到浸泡在涂層表面的石油產(chǎn)品中，導(dǎo)電性急劇衰退而喪失防靜電功能；第三類的沉積系，對貯罐內(nèi)壁而言，工藝實施是不可能的。2防靜電涂層結(jié)構(gòu)對貯罐防銹壽命的影響防靜電涂料在石油產(chǎn)品貯罐內(nèi)涂裝，與其它工業(yè)對防靜電涂料的要求很不一樣，它必須同時滿足兩項

5、要求：第一，涂裝的對象是鋼結(jié)構(gòu)，因此除防靜電功能外必須對鋼鐵有優(yōu)良的防銹能力。因罐內(nèi)涂層處于石油產(chǎn)品浸泡狀態(tài)，而浸泡狀態(tài)比大氣環(huán)境更利于腐蝕介質(zhì)滲透期七年以上。這防銹期要求是合理的；第二，必須耐石油產(chǎn)品長年浸泡，且不污染油品或誘發(fā)產(chǎn)品變質(zhì)。據(jù)對1994年以來新造油庫油罐防銹效果的調(diào)查報告，江浙的舟山、杭州、上海、溫州、岙山等地的六個油庫群，新造貯罐絕大多數(shù)在涂裝后使用才一年，就嚴(yán)重腐蝕，且有二例已嚴(yán)重到罐底部腐蝕穿孔漏油，其中一個罐漏油達2噸多。這些貯罐用的防靜電涂料，是使用碳系導(dǎo)電填料（炭黑、石墨）的環(huán)氧漆或聚氨酯漆。調(diào)查報告也引述了使用金屬系或金屬氧化物系導(dǎo)電填料的防靜電漆配套涂層或單一涂

6、層，自1993年涂裝投入使用，經(jīng)逾6-7年，甲方檢查確認(rèn)保護良好的優(yōu)良實例。從防靜電涂料漆層結(jié)構(gòu)和防腐蝕基本原理加以分析，可知上述工程實例防靜電漆的防銹壽命差異懸殊，在理論上確是必然如此。防靜電漆層結(jié)構(gòu)對石油產(chǎn)品貯罐防銹壽命長短的影響，主要有下列三個因2 1防靜電漆層結(jié)構(gòu)內(nèi)導(dǎo)電填料石油貯罐導(dǎo)靜電漆層中的粘結(jié)劑組分，如環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂等聚合物本身是絕緣體。當(dāng)添加導(dǎo)電填料所占體積比例達一定值、相應(yīng)絕緣性聚合物的堆積密度小到一定值時，漆層結(jié)構(gòu)內(nèi)的導(dǎo)電填料粒子，就能相互接觸或相互接近到兩個導(dǎo)電粒子之間的聚合物膜很薄，薄到電子能克服勢壘在漆層內(nèi)流動，達到體電阻低于108Om,從而具有防靜電功能。因此

7、，防靜電漆層與石油產(chǎn)品貯罐內(nèi)壁的接觸面，形成了極多極多由導(dǎo)電填料粒子與鐵元素直接接觸的微電池。若導(dǎo)電填料的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比鐵的標(biāo)準(zhǔn)電極電位較負(fù)，導(dǎo)電填料粒子便成為放出電子的陽極，使貯罐鋼板成為接受電子的陰極而受到防腐蝕保護；反之，所用導(dǎo)電填料的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比鐵的標(biāo)準(zhǔn)電極電位較正，便使鐵成為腐蝕電池的陽極，使貯罐鋼板腐蝕速度大大加快，導(dǎo)致加速貯罐腐蝕穿孔的嚴(yán)重效果。使用無機富鋅防靜電漆，如海生牌T558導(dǎo)靜電防腐涂料，噴涂在石油產(chǎn)品貯罐內(nèi)壁，實質(zhì)就等如在罐內(nèi)壁加覆犧牲陽極保護層，直至作為犧牲陽極的鋅粉消耗盡，鐵才會銹蝕。這和熱鍍鋅的白鐵皮不會生銹情況相同，所以國外也常將噴無機富鋅漆叫作冷鍍鋅，以示

8、其卓越的長年限防銹能力。國外使用無機富鋅漆在石油產(chǎn)品貯罐內(nèi)壁的長期實踐顯示，干膜厚度100m的無機富鋅漆層，防銹年期可有（7-10）年。目前常用于制造防靜電涂料的導(dǎo)電填料，除鋅粉之外，其它各種金屬系、金屬氧化物系及碳系的導(dǎo)電填料，其標(biāo)準(zhǔn)電極電位比鐵的標(biāo)準(zhǔn)電極電位較正，因此所制得的防靜電涂層對貯罐內(nèi)壁是腐蝕電池的陰極，使罐壁鋼板成為陽極，當(dāng)水分等腐蝕介質(zhì)存在時，便發(fā)生如下的電化學(xué)腐蝕：陽極（鋼板）反應(yīng)：FcFe2+2e陰極（漆層）反應(yīng)：2H+2eH2T或：2H2O+O2+4e->4OH-在溶液中的綜合反應(yīng)：Fe2+2OH-Fe(OH)22Fe(OH)2+H2O+1/2O2-Fe2O3-XH

9、2O在外觀表征，就可看到漆層(陰極)下產(chǎn)生的氫氣將漆層鼓起一個個小泡，挑破了泡泡，下面見到鐵銹(Fe2O3XH2Q,看到鋼板腐蝕形成許多小麻點坑坑。出現(xiàn)鋼板腐蝕時間的長短，取決于水分多長時間滲到鋼板與漆層接觸的介面。如，對于碳系的炭黑，由于炭黑粒子表面一般及附有1%-3%的水分，碰上噴漆時天氣潮濕，溶劑揮發(fā)令水汽變?yōu)槟堆诼裨谄崮ぶ?，這些水分加起來足夠令炭黑和鋼板接觸點出現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)，是完全可能的。因此舟山半仙洞某一涂過炭黑系防靜電涂料末裝過任何物料的油罐，也發(fā)生了點狀腐蝕，腐蝕速度可謂快極。3 2漆層的抗?jié)B透性漆層阻抗水分和氧氣滲透的能力，對防靜電涂料防銹年限極為重要。目前國內(nèi)的防靜電涂料，

10、只有無機富鋅漆一種是以犧牲陽極原理防止油罐內(nèi)壁腐蝕，其他品種防靜電漆涂層全都使罐壁成為腐蝕電池的陽極，漆層作為陰極覆蓋在陽極表層。陰極覆蓋層必須能夠阻隔水分氧氣等滲透到鐵的表面才能防止鐵的腐蝕。如鍍錫的馬口鐵，錫的標(biāo)準(zhǔn)電極電位-0.136伏特，成為陰極，但錫鍍層能完全隔絕水分等介質(zhì)的滲透，所以馬口鐵皮制的罐頭受各種汁液浸漬都絕不銹蝕。陰極覆蓋層防腐方法，最大危險是一旦讓水分氧氣等介質(zhì)滲透到鐵的表面，例如馬口鐵的錫層刮有損口之后，鐵的腐蝕就會被急劇加快，比沒有這保護層更壞。任何涂料都不能像鍍錫層那樣絕對阻隔水分和氧氣滲透，都有一定程度的可滲透性。涂料的抗?jié)B透性主要與粘結(jié)劑的極性與填料的體積比例、

11、填寫料的幾何形狀及分散度有關(guān)，也和噴涂后成膜過程產(chǎn)生針孔的多少關(guān)系很大。綜合這些因素，各類型不同品種的防靜電涂層抗?jié)B透性，是會有差別的。一些簡易的檢測方法，可定性地判定防靜電漆層抗?jié)B透性優(yōu)劣： 用10倍放大鏡檢查漆膜外觀，應(yīng)無孔穴無針孔。有針孔或孔穴或有漏涂，將會導(dǎo)致水分迅速擴散滲透的不良效果； 用10倍放大鏡觀察，若漆面明顯粗糙甚或可見粉團狀凸起之顆粒，表示導(dǎo)電填料沒有充分分散，水分將通過這些填料粒子之間的空隙快速擴散滲透； 施工完畢，在漆膜固化或投入使用一段時間后，漆膜應(yīng)能耐受適應(yīng)力度柔軟物體的揩擦，不會掉下漆膜任何組成物；反這，若能揩擦下漆膜的任何物料，證明粘結(jié)劑對導(dǎo)電填料或其它顏料的包

12、裹覆蓋不完全，亦即漆層中存在很多填料粒子之間的空隙，可讓水分容易滲透擴散。例如，常聽到用戶反映貯罐裝油后的炭黑環(huán)氧或炭黑聚氨酯防靜電漆，用手揩抹漆膜會沾上黑色，這一現(xiàn)象正說明環(huán)氧或聚氨酯基料對炭黑粒子的分散和包覆非常不足，存在很多漆層局部粘結(jié)力為幾近零的空隙，因而抗?jié)B透性差，防銹壽命短。23漆層干膜厚度增加漆層干膜厚度，可相應(yīng)延長其對罐壁的防銹年限。無機富鋅防靜電漆，以犧牲陽極原理防腐，亦即靠鋅粉放出電子換取鐵不被腐蝕。因此，增加漆膜厚度等于增加鋅的數(shù)量，增加可供電子的庫存量。漆膜加厚，自然增加了自身可消耗的年期，使貯罐防銹期相應(yīng)地增長。國外用無機富鋅漆涂裝貯存醇類、醚類、酮類等強溶劑型石油產(chǎn)

13、品的貯罐內(nèi)壁，大多設(shè)計干膜厚度為io0m-i25m。這膜厚通常已能有七年以上防銹期。其他各種防靜電涂料或高電阻防腐涂料，增加漆膜厚度的直接效能是加強涂層抗?jié)B透性，提高阻隔水分等介質(zhì)的能力，使水分等介質(zhì)滲到鐵表面的時間延長及滲入的水分?jǐn)?shù)量減少，從而達到增加防銹年期的目的。國外石油產(chǎn)品貯罐長期涂裝高固體分環(huán)氧漆或環(huán)氧酚醛等高電阻防腐涂料的經(jīng)驗數(shù)據(jù)是，要求五年以上維修期的貯罐內(nèi)壁，漆層干膜厚度250m左右、罐底和側(cè)板下部約1m有油析水相的位置、漆膜加厚到約300師左右。防靜電漆處于陰極覆蓋層的電極電位狀態(tài)時，選取的漆膜厚度不應(yīng)低于高電阻率環(huán)氧漆的經(jīng)驗數(shù)值才合理。因為防靜電漆的填料分散度相對較差等因素

14、，都必須令防靜電漆抗?jié)B透性比高電阻率環(huán)氧漆差，漆膜厚度自然不應(yīng)比高電阻率環(huán)氧漆薄。3石油產(chǎn)品貯罐內(nèi)壁涂層設(shè)計原則3.1 石油產(chǎn)品貯罐內(nèi)壁油漆選擇通用原則國外大型練油廠的貯罐，依據(jù)不同油品的使用要求及不同結(jié)構(gòu)類型貯罐，而分別選擇不同種類的涂料。一個有綜合產(chǎn)品的練油廠，幾乎都會采用無機富鋅漆、酚醛環(huán)氧漆、環(huán)氧漆及聚氨酯漆四類涂料，以分別滿足不同的技術(shù)要求。通常是遵循下列通則選用涂料品種。（I）苯類、醇類、醍類、酯類等有強溶解能力的石油產(chǎn)品，只使用無機富鋅漆。因為其他漆種均不能耐受這些石油產(chǎn)品的長期浸泡。例如，涂環(huán)氧漆的貯罐，若貯存甲醇、丁醇、燃料級酒精等醇類產(chǎn)品和乙醚異丙醚等醚類產(chǎn)品時，連續(xù)貯存不

15、能超過60天；酮類酯類的大多數(shù)品種，更不能盛載于涂環(huán)氧漆的貯罐。但涂裝無機富鋅淅的貯罐，對上述產(chǎn)品的貯存時間則無限制。（n）要求工作溫度較高的貯罐，大多選擇酚醛環(huán)氧漆。例如高含蠟的原油罐，設(shè)計工作溫度高達80，就只能選擇酚醛環(huán)氧漆。酚醛環(huán)氧漆不但能耐受較高浸泡溫度且漆膜耐水性、耐硫化氫等腐蝕介質(zhì)性能也優(yōu)異，所以十分適合不同產(chǎn)地來源的原油貯罐選用。（田）浮頂罐內(nèi)壁，宜選擇耐太陽照曬以及耐磨擦性能較其他涂料品種優(yōu)越的聚氨酯漆。（IV）沒有上述特定要求的貯罐內(nèi)壁，大多選用環(huán)氧漆，特別是涉及盛載有衛(wèi)生要求的物料，環(huán)氧漆更是首選涂料。32防靜電涂料油漆配套方案討論（I）貯罐內(nèi)壁應(yīng)以無機富鋅漆為必用漆因為除無機富鋅漆之外，目前市場的所有其他防靜電涂料品種，假若直接噴涂在貯罐內(nèi)壁，均會使罐壁成為腐蝕電池的陽極，一旦有水分滲過漆膜，罐壁的腐蝕就會被加速進行。當(dāng)貯罐內(nèi)壁有一層對鐵有犧牲陽極功能的無機富鋅漆阻隔開其上的陰極覆蓋層時，貯罐內(nèi)壁才能避過被防靜電漆層加速腐蝕的反效果。以無機富鋅作底漆，在涂裝工藝上有利于噴砂除銹工程進度。因為無機富鋅漆的表干時間只需約30分鐘，罐內(nèi)仍需噴砂的表面就可噴砂，而漆膜不會粘結(jié)砂粒了。無機富鋅漆作為底漆使用，干膜