一种富镍防腐导电涂料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种富镍防腐导电涂料及其制备方法，采用以下组分及重量份含量的原料制备得到：成膜物质300-450，导电填料100-400，溶剂150-225，固化剂90-135，增塑剂30-45，消泡剂30-45，其中，所述的导电填料为镍粉，在复合体系中的含量为10-40wt％。与现有技术相比，本发明以镍粉和丙烯酸为主，确定了制备防腐导电涂料的最佳配方；在防腐导电涂料中，镍粉填充质量越大，涂料的导电性越好，耐蚀性越差。综合考虑涂层的导电性和防腐性能，镍粉填充质量分数为在18％左右时，既有较好的导电性能，又表现出优良的防腐性能。
【专利说明】一种富镍防腐导电涂料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于腐蚀与防护【技术领域】，尤其是涉及一种富镍防腐导电涂料及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 变电站接地网是用于工作接地、防雷接地、保护接地的必备设施，是确保人身、设 备、系统安全的重要环节，它在防雷电、静电和故障电流起着泄流和均压的作用。
[0003] 接地极在土壤中因受到电化学腐蚀而遭到破坏，在腐蚀性严重的土壤中，接地极 在几年内就会被腐蚀殆尽。许多接地体未考虑防腐蚀措施，运行多年后地网腐蚀严重，满足 不了热稳定要求，当发生短路事故时，地网烧断，地电位升高，高压串入二次回路，使事故扩 大，造成重大经济损失。
[0004] 目前世界上普遍采用钢材为接地材料，我国和许多国家也采用钢材，美国和一些 欧洲国家则采用铜材，铜抗腐蚀性较好，但价格昂贵，投资成本增加5?6倍，而且易发生电 偶腐蚀。钢作为接地体，热稳定性较铜好，价格便宜，但其耐腐蚀性能较差，为提高其耐腐蚀 性能，目前最常用的方法是采用镀锌钢以使腐蚀速度减慢，但在腐蚀性严重的土壤中，镀锌 层很快被腐蚀掉，无法从根本上解决腐蚀问题，开发出兼具耐蚀性和导电功能的涂料为解 决接地材料的腐蚀问题提供了新途径。
[0005] 目前，国内外研究较多的导电涂料有银系、铜系、镍系、炭系等。镍系导电填料由于 价格适中，导电效果也较好，化学稳定性好已经被应用于很多领域。导电涂料中的树脂常用 丙烯酸树脂和聚氨酯。其中以镍-丙烯酸树脂体系最为常用。
[0006] 中国专利CN103333574A公开了一种能在高温下使用并且耐腐蚀的涂料；在高温 下使用时仍然具有机械强度强，附着力强，耐腐蚀的涂料；采用原料包括基料、溶剂、固化 齐IJ、颜填料、硅烷偶联剂、催干剂、助剂。导电涂料是指电导率大于KT 12SAu具有半导体或 导体性能的功能性涂料。导电涂料按照应用特征可以分为四大类：1.作为导电体使用的涂 料，具有传导电流的能力；2.防屏蔽导电涂料，可以屏蔽无线电波、电磁波等；3.抗静电涂 料；4.其他，如电致变色涂层，光电导涂层。该专利公开的是能在高温下使用并且耐腐蚀的 涂料，它是防屏蔽涂料，可以屏蔽辐射的无线电波和电磁波等，这与本申请公开的富镍防腐 导电涂料，具有耐腐蚀性能，具有传导电流的能力，作为导电体使用的涂料是不相同的。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种既有较好的导 电性能，又表现出优良的防腐性能的富镍防腐导电涂料及其制备方法。
[0008] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009] -种富镍防腐导电涂料，采用以下组分及重量份含量的原料制备得到：
[0010] 成膜物质300-450,导电填料100-400,溶剂150-225,固化剂90-135,增塑剂 30-45,消泡剂30-45,其中，所述的导电填料为镍粉，在复合体系中的含量为10-40wt %。
[0011] 优选的，成膜物质为高粘度丙烯酸树脂为PH = 6-7,固含量49± I %，外观为乳白 色液体，粘度是17_19s/常温，T4杯的丙烯酸乳液或pH = 7-8,固含量49±1%，外观是乳 白色液体，粘度是5000-9000CP. S的丙烯酸乳液。
[0012] 优选的，导电填料的含量优选为10_18wt%。
[0013] 优选的，镍粉的粒径为200?300目，镍粉为导电填料，填料的细度直接影响涂料 的浸涂性能、耐蚀性能和导电性能。填料粒径较大时，涂料的浸涂性能较差，涂层针孔较多， 致密性差，导致涂层抗渗性差，耐蚀性不好。填料越细，其表面积越大，涂料的导电性越好； 然而，填料细度增加，其表面氧化性将加剧，表面生成的氧化物会导致涂料的导电性降低。 综合考虑，填料的粒径在200?300目为宜。
[0014] 作为更加优选的实施方式，镍粉粒径为250目。
[0015] 优选的，溶剂为正丙醇和/或正丁醇。
[0016] 优选的，固化剂为市售的固化剂T31。
[0017] 优选的，增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
[0018] 优选的，消泡剂为乙酸乙酯。
[0019] 富镍防腐导电涂料的制备方法采用以下步骤：将溶剂、固化剂、增塑剂和消泡剂加 入到成膜物质中，然后加入镍粉，使用搅拌机以4000r/min的速度搅拌20-40min，使镍粉在 成膜物质中分散均匀，搅拌时加入玻璃珠，研磨镍粉，将镍粉的细度控制在20微米以下，搅 拌结束后，使用过滤网布过滤去除玻璃珠，即制备得到富镍防腐导电涂料。
[0020] 与现有技术相比，本发明以镍粉和丙烯酸为主，确定了制备防腐导电涂料的最佳 配方；在防腐导电涂料中，镍粉填充质量越大，涂料的导电性越好，耐蚀性越差。综合考虑涂 层的导电性和防腐性能，镍粉填充质量分数为在18%左右时，既有较好的导电性能，又表现 出优良的防腐性能，由图1可以看出，当镍粉填充质量分数很小（< 10% )时，涂层的表面 接触电阻很大，涂层几乎处于绝缘状态。这是因为镍粉填充质量分数较小时，导电填料粒子 相互独立分布，很难形成导电网络结构。当镍粉填充质量分数为10%时，涂层的电阻率为 0. 225Q/cm2 ;当镍粉填充质量分数增大到15%时，涂层的表面电阻率减小很多；然后随着 镍粉含量的进一步增大，表面电阻率下降幅度逐渐减缓。研究结果表明，添加型导电聚合物 的导电原理主要有"渗流作用"和"隧道效应"两种机制来控制。
[0021] 量子力学的"隧道效应"认为，当两导电粒子之间的非导电层间距离很小时 (< IOnm)，在电场作用下，电子可以越过势鱼进行流动。
[0022] 渗流作用理论认为出现这一现象是由于随着镍粉填充质量分数增大，镍粉粒子形 成导电网络结构的几率越来越大，粒子的间隙越来越小，这时再加入少量填料就可以把原 来间距不算很大、又不连续的网络结构桥接起来，网络结构得以沟通，使涂层的导电性能急 剧增强。超过渗透阈值（以镍粉填充质量分数的特征值表示）后，新加入的导电填料粒子 主要参与已经形成的网络结构，对形成新的导电通道的贡献明显减小。因此，当镍粉填充质 量分数大于15%以后，涂层的表面电阻率的减小较为平缓。
[0023] 从图2、3、4中可以观察到，镍粉填充质量分数越大，容抗弧半径越小，说明涂层的 耐蚀性能越差。涂层的固化过程为失水固化，涂层内部的水分会通过涂层中的微孔散失，因 此在固化后的涂层中也就存在了微孔。从涂层的结构看，镍粉的填充质量分数越大，丙烯酸 树脂的相对含量越小。丙烯酸树脂在镍粉间起粘结作用，形成一个有机层。由于有机层很 薄，故电解质溶液很容易渗入涂层，导致涂层中形成更多的离子通道，使涂层电阻下降，弓丨 起被保护基体的局部腐蚀。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1为导电涂层的表面接触电阻率与镍粉含量的关系图；
[0025] 图2为不同涂层在NaCl溶液中浸泡2天的电化学阻抗谱图；
[0026] 图3为不同涂层在NaCl溶液中浸泡6天的电化学阻抗谱图；
[0027] 图4为不同涂层在NaCl溶液中浸泡36天的电化学阻抗谱图；
[0028] 图5为Ni含量为IOwt%的涂层在NaCl溶液中随浸泡天数的电化学阻抗谱图；
[0029] 图6为Ni含量为20wt %的涂层在NaCl溶液中随浸泡天数的电化学阻抗谱图；
[0030] 图7为Ni含量为30wt%的涂层在NaCl溶液中随浸泡天数的电化学阻抗谱图；
[0031] 图8为Ni含量为40wt %的涂层在NaCl溶液中随浸泡天数的电化学阻抗谱图；
[0032] 图9为不同涂层的I Z I α C15随浸泡时间的变化图；
[0033] 图10为不同涂层的极化曲线图；
[0034] 图11为Ni含量为IOwt %的涂层的SEM照片；
[0035] 图12为Ni含量为40wt %的涂层的SEM照片。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0037] -种富镍防腐导电涂料，采用以下组分及重量份含量的原料制备得到：
[0038] 高粘度丙烯酸树脂作为成膜物质300-450,导电填料镍粉100-400,正丙醇和/或 正丁醇作为溶剂150-225,固化剂T3190-135,增塑剂邻苯二甲酸二丁酯30-45,消泡剂乙酸 乙酯30-45,其中，镍粉在复合体系中的含量为10-40wt %。
[0039] 将溶剂、固化剂、增塑剂和消泡剂加入到成膜物质中，然后加入镍粉，使用搅拌机 以4000r/min的速度搅拌20-40min，使镍粉在成膜物质中分散均匀，搅拌时加入玻璃珠，研 磨镍粉，将镍粉的细度控制在20微米以下，搅拌结束后，使用过滤网布过滤去除玻璃珠，即 制备得到富镍防腐导电涂料。
[0040] 以下是具体的实施方式。
[0041] 实施例1-4
[0042] 在高粘度的丙烯酸树脂中加入分散剂、消泡剂、增塑剂和镍粉等，制备出具有导电 功能的防腐涂料。把不同镍粉填充质量分数的涂料涂覆在碳钢片上，制成电极，然后把电极 浸泡到一定浓度的氯化钠溶液中，采用交流阻抗，Tafel极化曲线，SEM等方法，研究镍粉的 含量与涂料导电性、耐蚀性的关系。
[0043] 实验方法如下：
[0044] 1、制备镍粉填充质量分数分别为10^20^30^40%的防腐导电涂料。其配方 如表1?4所示。
[0045] 表1镍粉填充质量分数为10 %的涂料配方
[0046]
【权利要求】
1. 一种富镍防腐导电涂料，其特征在于，该导电涂料采用以下组分及重量份含量的原 料制备得到： 成膜物质300-450,导电填料100-400,溶剂150-225,固化剂90-135,增塑剂30-45,消 泡剂30-45,其中，所述的导电填料为镍粉，在复合体系中的含量为10-40wt%。
2. 根据权利要求1所述的一种富镍防腐导电涂料，其特征在于，所述的成膜物质为高 粘度丙烯酸树脂为PH = 6-7,固含量49± 1 %，外观为乳白色液体，粘度是17-19s/常温，T4 杯的丙烯酸乳液或pH = 7-8,固含量49± 1 %，外观是乳白色液体，粘度是5000-9000CP. S 的丙烯酸乳液。
3. 根据权利要求1所述的一种富镍防腐导电涂料，其特征在于，所述的导电填料的含 量优选为l〇_18wt%。
4. 根据权利要求1所述的一种富镍防腐导电涂料，其特征在于，所述的镍粉的粒径为 200 ?300 目。
5. 根据权利要求1所述的一种富镍防腐导电涂料，其特征在于，所述的溶剂为正丙醇 和/或正丁醇。
6. 根据权利要求1所述的一种富镍防腐导电涂料，其特征在于，所述的固化剂为市售 的固化剂T31。
7. 根据权利要求1所述的一种富镍防腐导电涂料，其特征在于，所述的增塑剂为邻苯 二甲酸二丁酯。
8. 根据权利要求1所述的一种富镍防腐导电涂料，其特征在于，所述的消泡剂为乙酸 乙醋。
9. 如权利要求1-8中任一项所述的富镍防腐导电涂料的制备方法，其特征在于，该方 法采用以下步骤：将溶剂、固化剂、增塑剂和消泡剂加入到成膜物质中，然后加入镍粉，使用 搅拌机以4000r/min的速度搅拌20-40min，使镍粉在成膜物质中分散均匀，搅拌时加入玻 璃珠，研磨镍粉，将镍粉的细度控制在20微米以下，搅拌结束后，使用过滤网布过滤去除玻 璃珠，即制备得到富镍防腐导电涂料。
【文档编号】C09D133/00GK104312333SQ201410567806
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】廖强强, 张心华, 赵书奇, 姚瑶, 金 雨 申请人:上海电力学院