专利名称：电力系统接地网用的纳米碳防腐导电涂料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种防腐导电涂料，特别是电力系统接地网用的防腐导电涂料。
某科研所用石墨做的地网防腐导电涂料防腐性能较差，因为其一，石墨具有层状结构，漆膜干燥后产生的应力收缩足以使石墨层间开裂，导致电解质入侵，严重威胁地网安全；其二，大于1微米的导电填料与高分子粘接料具有明显的界面，涂料的封闭性能差，防腐性能亦差。
某企业用200目镍粉做的地网防腐导电涂料防腐性能较差，同样是导电填料与高分子粘接料具有明显的界面，涂料的封闭性能差，防腐性能亦差，如果镍粉太细，其表面因氧化而导电性能变差。
石墨是碳元素按SP2杂化轨道构成的物质，具有层状结构和导电性。用石墨做成的导电涂料导电性能好，但防腐性能却不尽人意。石墨的层状结构决定了涂料封闭性能差。该涂料在干燥固化过程中产生的收缩应力使石墨层间开裂，电解质溶液便乘虚而入。由于碳的电极电位比铁高，在导电涂层与地网碳钢构成的腐蚀原电池中，碳钢作为牺牲阳极而加快了地网腐蚀。涂有石墨导电涂料的碳钢样片在浓度为10％的食盐溶液中作浸泡实验，15天即有点腐蚀产生，3个月已是锈迹斑斑，烧杯底部还可观察到一层铁锈。
镍粉导电涂料防腐性能不好的根本原因，就是因为只能使用200目左右的镍粉，而镍粉太细，镍粉表面即被氧化。用这种200目左右的镍粉与有机高分子材料混合，其界面分明，毫无补强性，封闭性能很差。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是电力系统接地网用的纳米碳防腐导电涂料，其特征是它由纳米碳、环氧漆酚树脂、有机溶剂组成，各组份所占总重量百分比为纳米碳10-55、环氧漆酚树脂10-55、有机溶剂10-50，其中有机溶剂为二甲苯与乙酸乙酯按1∶1混合而成。
如上所述的各组份所占总重量最佳百分比为纳米碳35、环氧漆酚树脂35、有机溶剂30。
所述的纳米碳由市售导电碳黑、表面活性剂烷基三甲基氯化铵或表面活性剂烷基二甲基苄基氯化铵、三乙醇胺组成，各组份所占总重量百分比为市售导电碳黑97-99、表面活性剂烷基三甲基氯化铵或表面活性剂烷基二甲基苄基氯化铵0.8-2.4、三乙醇胺0.2-0.6。
如上所述的纳米碳各组份所占总重量最佳百分比为市售导电碳黑98、表面活性剂烷基三甲基氯化铵或表面活性剂烷基二甲基苄基氯化铵1.6、三乙醇胺0.4。
如上所述的烷基三甲基氯化铵为十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵等。
如上所述的烷基二甲基苄基氯化铵为十八烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵等。
本发明采用上述配方，纳米碳与有机高分子以几乎同一数量级的粒径相互渗透，无明显的界面。此时纳米碳不仅具备补强功能和封闭功能，防腐性能很好，还能大大提高涂料的导电性能。由于采用纳米技术，涂料补强性能、封闭性能和导电性能更好，该涂料在干燥固化过程中不会开裂，电解质溶液无法渗透到涂层内部，因而本发明防腐、导电性能很好。
纳米碳防腐导电涂料既然是一种胶体分散系，那么它必然具有热力学的稳定性和动力学的不稳定性。由于表面活性剂烷基三甲基氯化铵或表面活性剂烷基二甲基苄基氯化铵的作用，分层后的涂料稍加搅拌，纳米碳即可重新均匀分散，并不影响涂料的施工性能。加入环氧漆酚树脂(即改性国漆)，防腐性能极佳，对人体无过敏反应，且干燥快。有机溶剂可调节涂料粘度，便于施工。
纳米碳实例 如上所述的烷基三甲基氯化铵为十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵。
如上所述的烷基二甲基苄基氯化铵为十八烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵。1、本发明的制备方法1.1纳米碳的制备方法根据文献报道，纳米碳的制备方法有气相法、气流粉碎法和液相分级法等多种方法。气相法是利用烃类气态物质发生还原反应而得到纳米碳，可一次性得到纯度高且粒径分布合理的制品，其缺点是纳米碳发生二次聚集而形成微米碳粉。这种二次聚集体用于橡胶补强，在混炼机强大剪切力的作用下，将重新被分散成纳米碳黑，因而补强性能极佳。这种二次聚集体碳黑如果用于涂料的填充料，则无法破坏碳黑的二次结构。气流粉碎法虽能制备大量的、粒径分布广的纳米碳粉，但其设备昂贵且对工作环境污染较大。
液相分级法不失为一种经济的、可批量生产纳米导电碳的方法，只要工艺条件选择得当，可以制得粒径分布合理、且成本较低的制品。商品导电碳黑经球磨后，可得到细度分布较广的碳粉，它们是纳米碳粉和微米碳粉的混合物。经采用静电场分级工艺可得到细度分布合理且纯度较高的纳米碳有机溶胶。
超细粒子的静电湿式分级技术，在日、美等工业发达国家研究较早，它是利用电场力对粒径不同的带电荷的粒子具有不同的吸引力或排斥力，在静电场中实现。
根据固体在液体中的沉降速度公式V=2r2(ρ-ρ0)gη9......(1)]]>当固体密度ρ、液体密度ρ0、动力粘度η和重力加速度g不变时，公式(1)可表示为v1/v2＝r12/r22＝d12/d22(2)公式(2)中d为粒子的直径。
由公式(2)可知，微米粒子比纳米粒子在重力场中的沉降速度快得多。另一方面，纳米粒子又比微米粒子在静电场中作水平方向运动的速度快得多。只要控制好电场强度，就能将纳米粒子和微米粒子分开。问题的关键是经球磨后的碳粉是怎样带上电荷的呢？我们在球磨工艺过程中，使用了表面活性剂烷基三甲基氯化铵或表面活性剂烷基二甲基苄基氯化铵将碳黑表面改性，改性后的碳黑在静电场中被极化，并在电场力的作用下，带正电荷的超细碳黑发生电泳而移向负极。粒径越小，极化程度越大，其电泳速度也就越快，从而达到分级之目的。1.2纳米碳防腐导电涂料制备工艺流程采用液相分级法制备纳米碳防腐导电涂料的工艺流程如
图1所示。2、纳米碳防腐导电涂料的防腐性能研究2.1实验方法用砂纸将20片120mm×25mm马口铁上的镀锡层打磨掉，再用纳米碳防腐导电涂料浸涂两次，实干后分成10组分别在10％ NaCl、10％NaOH溶液中浸泡涂有防腐导电涂料的样片。2.2实验结论经过720h浸泡后，观察所有样片的涂层表面，无一发生起泡和锈蚀斑点。2.3纳米碳导电涂料与石墨导电涂料防腐性能对比试验实验方法与2.1相同，经过720h浸泡后，观察涂有石墨导电涂料的样片表面，发现所有样片表面大量起泡并布满锈蚀斑点，且烧杯底部有大量褐色沉淀物；观察涂有纳米碳导电涂料的样片表面，发现所有样片表面完好无损，无一起泡，无一锈蚀斑点。2.4纳米碳导电涂料与镍粉导电涂料防腐性能对比试验实验方法与2.1相同，经过720h浸泡后，观察涂有镍粉导电涂料的样片表面，发现有大量锈蚀斑点；观察涂有纳米碳导电涂料的样片表面，发现所有样片表面完好无损，无一起泡，无一锈蚀斑点。2.5实验结果讨论纳米碳作为涂料的功能填料，除了导电功能外，还具备补强和封闭功能。当填料的粒径＞1μm时，填料与有机高分子之间仅仅是一种机械的物理混合，其界面分明，不具备补强和封闭功能；当填料的粒径＜100nm时，其比表面积很大，表面能也很大，具备纳米材料的共性，该填料与有机高分子材料已不是一种简单机械的物理混合了。纳米碳与有机高分子以几乎同一数量级的粒径相互渗透，无明显的界面。此时纳米碳不仅具备补强功能和封闭功能，还能大大提高涂料的导电性能。由于采用纳米技术，涂料补强性能、封闭性能和导电性能更好，该涂料在干燥固化过程中不会开裂，电解质溶液无法渗透到涂层内部，因而本发明防腐导电性能很好。
权利要求
1.电力系统接地网用的纳米碳防腐导电涂料，其特征是它由纳米碳、环氧漆酚树脂、有机溶剂组成，各组份所占总重量百分比为纳米碳10-55、环氧漆酚树脂10-55、有机溶剂10-50，其中有机溶剂为二甲苯与乙酸乙酯按1.1混合而成。
2.根据权利要求1所述的电力系统接地网用的纳米碳防腐导电涂料，其特征是所述的各组份所占总重量最佳百分比为纳米碳35、环氧漆酚树脂35、有机溶剂30。
3.根据权利要求1或2所述的电力系统接地网用的纳米碳防腐导电涂料，其特征是所述的纳米碳由市售导电碳黑、表面活性剂烷基三甲基氯化铵或表面活性剂烷基二甲基苄基氯化铵、三乙醇胺组成，各组份所占总重量百分比为市售导电碳黑97-99、表面活性剂烷基三甲基氯化铵或表面活性剂烷基二甲基苄基氯化铵0.8-2.4、三乙醇胺0.2-0.6。
4.根据权利要求3所述的电力系统接地网用的纳米碳防腐导电涂料，其特征是所述的纳米碳各组份所占总重量最佳百分比为市售导电碳黑98、表面活性剂烷基三甲基氯化铵或表面活性剂烷基二甲基苄基氯化铵1.6、三乙醇胺0.4。
5.根据权利要求3或4所述的电力系统接地网用的纳米碳防腐导电涂料，其特征是所述的烷基三甲基氯化铵为十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵。
6.根据权利要求3或4所述的电力系统接地网用的纳米碳防腐导电涂料，其特征是所述的烷基二甲基苄基氯化铵为十八烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵。
全文摘要
本发明涉及一种防腐导电涂料。电力系统接地网用的纳米碳防腐导电涂料，其特征是它由纳米碳、环氧漆酚树脂、有机溶剂组成，各组份所占总重量百分比为纳米碳10－55、环氧漆酚树脂 10－55、有机溶剂 10－50，其中有机溶剂为二甲苯与乙酸乙酯按1∶1混合而成。本发明具有防腐导电性能好的特点。
文档编号C09D163/00GK1473895SQ0312523
公开日2004年2月11日 申请日期2003年8月7日 优先权日2003年8月7日
发明者邵建人 申请人:武汉二十一世纪防腐科技有限公司