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佐敦推出海洋石油平臺改性環氧涂料

管偉，卞直兵 (揚州美涂士金陵特種涂料有限公司，江蘇揚州225212) 摘要：介紹了高效無溶劑環氧重防腐涂料的研制過程、施工方法、性能特點和配套預算，討論了樹脂、稀釋劑、固化劑、顏料、填料、助劑等對涂料性能的影響。關鍵詞：無溶劑；環氧涂料；重防腐 0.引言重防腐蝕涂料是指能夠在苛刻腐蝕環境下長效防護的一類高性能涂料，防護壽命一般為15年以上。高性能防腐蝕涂料不僅可起到良好的防腐蝕作用，而且可改善勞動條件，節約能源和保護資源。所以，在近20年來受到普遍重視。目前，己開發了多種性能良好的重防腐蝕涂料。因耐蝕性能優異、使用期長、維護涂裝費少而被廣泛應用于各種腐蝕環境中，產生了明顯的經濟效益。高效無溶劑環氧重防腐蝕涂料采用復合的反應型稀釋劑為溶劑，由于帶有羥基、環氧基，而能與固化劑固化成膜。該產品的固體含量高達98%以上，大大減少了溶劑揮發造成的資源浪費、環境污染以及對施工人員的傷害。在同樣設計厚度下，降低了單位面積基材所用涂料的成本。 1.實驗部分 1.1主要原材料改性環氧樹脂：上海新華；反應型增韌稀釋劑：武漢森茂；分散劑：上海四海；脫泡劑：德國迪高；觸變劑：海明斯；高鈦粉：美國TORMINERALS；硫酸鋇：江蘇群鑫；消泡劑：德國迪高；腰果酚改性胺類固化劑：卡德萊。 1.2配方高效無溶劑環氧重防腐蝕涂料配方見表1。
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1.3涂料的制備將改性環氧樹脂和反應型增韌稀釋劑混合攪拌均勻后加入分散劑、脫泡劑、高鈦粉、硫酸鋇，高速分散至細度小于100μm后加入觸變劑、消泡劑，分散均勻后過震動篩包裝。 1.4樣板的制備按GB/T1727—1992中6.1刷涂法制備樣板，檢測漆膜物理性能，干膜厚度為(45±5)μm；檢測漆膜耐化學藥品性能，干膜厚度為(200±5)μm。 1.5涂料性能及指標涂料性能及指標見表2。
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2.結果與討論 2.1原材料的選擇 2.1.1活性稀釋劑的選擇使用改性液體環氧樹脂仍難以滿足施工的要求，因此需加入適量的活性稀釋劑和增韌劑。經過大量實驗證明反應型增韌稀釋劑可以滿足高效無溶劑環氧重防腐蝕涂料的要求。反應型增韌稀釋劑與常規活性稀釋劑的比較見表3。
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注：反應型增韌稀釋劑與常規活性稀釋劑和環氧樹脂、固化劑的比例相同。反應型增韌稀釋劑的用量選擇見表4。
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使用紅外光譜儀對反應型增韌稀釋劑進行結構分析，發現有2個強吸收峰，3436.96cm-1是酚羥基，1708.82cm-1是苯酚的典型吸收峰。2931.22cm-1、2857.23cm-1是—CH2—伸展峰、環己烷結構的特征峰；969.83cm-1是環氧基的吸收峰；1616.00cm-1是烯烴碳碳雙鍵的吸收峰，說明分子鏈中含有羥基、環氧基等活性基團，因而具有很好的增韌性和反應活性，可大幅度地提高環氧樹脂[3]固化物的耐沖擊性、抗開裂以及粘結強度等物理機械性能。由于反應型增韌稀釋劑黏度低，其與改性環氧樹脂混合可以降低環氧樹脂黏度，改善施工性能。隨著其用量的增加，黏度逐漸減少的。當用量達到40%時，體系黏度變化很小，趨于平緩。因此反應型增韌稀釋劑對改性環氧樹脂具有很好的降黏和稀釋性能。反應型增韌稀釋劑不含溶劑，在施工過程中不會產生溶劑蒸氣。小鼠LD50：7940mg/kg，為實際無毒級產品。 2.1.2固化劑的選擇高效無溶劑環氧重防腐蝕涂料系雙組分涂料，要求所用__固化劑的黏度較低，使用期較長，與基料成膜后的涂層具有足夠的強度和韌性。密實性好，并有較強的粘附性，使涂層具有長期抵抗外界機械磨損和化學腐蝕的良好性能。因此，固化劑及交聯固化效果是決定涂層性能的關鍵。高效無溶劑環氧重防腐蝕涂料所用固化劑為腰果酚改性胺類固化劑，其不僅具有像脂肪族多元胺[1]一樣快速固化的特性，而且還具有像聚酰胺一樣的不揮發性和無毒性。這種多元胺類固化劑，其化學結構是由一個帶有苯環的芳香族骨架和一個脂肪族側鏈所共同形成，這種獨特的結構見式(1)。使其把各類固化劑的理想性能優勢結合到一身，從而賦予其以下優異性能：①低溫(5℃以上)固化；②較長的適用期及快速固化；③優良的耐水、鹽水性和耐化學品性；④優良的致密性及耐油性；⑤良好的柔韌性；⑥現場施工時，混合比例范圍寬；⑦小鼠LD50>5000mg/kg，為實際無毒級產品。
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高效無溶劑環氧重防腐蝕涂料的研制及其施工 2.1.3顏料的選擇為使漆膜具有遮蓋力，所采用顏料的品種和用量對涂料的穩定性、涂層的耐蝕性能和物理機械性能具有相當大的影響，合理地選擇顏料，是高性能防腐蝕涂料配方設計的重要環節。本文選擇高鈦粉，是因為高鈦粉含有堅固的晶體結構、其能耐酸堿，暴露于酸性或堿性的環境后，能保持良好的顏色穩定性；暴露于硫酸后，用二氧化鈦的2個配方有嚴重褪色跡象，相比之下，用高鈦粉的配方，其色澤差異很少。同樣的情況出現在堿性試驗，采用高鈦粉的配方經堿性試驗后，還是保持無損，然而相當大的色澤差異出現在2個采用二氧化鈦的配方。高鈦粉與二氧化鈦的比較見表5。
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2.1.4助劑的選擇高效無溶劑環氧重防腐蝕涂料屬厚漿型涂料，由于一次涂刷形成的涂層較厚，往往會由于膠液的滑動而導致涂層在固化前出現嚴重的流掛，因此，必須添加適量的觸變劑[2]，以改善涂料的沉降和涂層的流掛。常用的觸變劑有氫化蓖麻油、有機膨潤土和超細二氧化硅等。觸變劑的加入量必須恰到好處，這樣既能在低黏度時予以適當流平，但時間又不過長而避免產生流掛，其用量一般為涂料總量的1%～3%。通過實驗，采用約0.5%～2.0%的蓖麻油有機衍生物作為防沉防流掛劑。蓖麻油有機衍生物有以下特性：①容易分散，可直接添加；②提供較優異的觸變性、流平性、涂膜防垂流性；③提供顏填料防沉性或沉淀后的再分散性；④不改變涂層的光澤。 2.2高效無溶劑環氧重防腐涂料的特性探討 2.2.1優異的物理機械性能高效無溶劑環氧重防腐蝕涂料在交聯固化后能夠形成類似瓷釉一樣的光潔涂層，由于交聯密度高，使涂層堅硬且具有較好的柔韌性、耐磨性、耐劃傷性、耐沖擊性。該涂料在反應固化過程中收縮率低，具有一次性成膜較厚、邊緣覆蓋性好、內應力較小，不易產生裂紋等特點。 2.2.2優異的耐化學品性和防腐性能高度交聯的高效無溶劑環氧重防腐蝕涂料涂層具有優異的耐化學品性，能耐海水、高度的酸、堿、鹽、各種油品、脂肪烴等化學品的長期浸泡。由于不含揮發性有機溶劑，在干燥成膜過程中不會形成因溶劑揮發留下的孔隙，且成膜厚，涂膜致密性佳，能有效抵擋水、氧等腐蝕性介質透過涂層而腐蝕基材。 2.2.3環保和無毒性高效無溶劑環氧重防腐蝕涂料的有效成分高達98%以上，在施工應用過程中不需采用揮發性有機溶劑作為分散介質，可揮發的有機物含量(VOC)極低，降低了對通風量的要求，減少了有機物揮發造成的資源浪費和環境污染，以及對施工人員們的損害。且高效無溶劑環氧重防腐蝕涂料經檢驗符合衛生標準要求。 3.施工方法 3.1表面處理涂料的性能與表面處理的程度成正比，通常噴砂處理是最有效及最經濟的方法，當噴砂處理無法使用時，在機械清潔達到St3級的表面上亦可使用本品。對于更惡劣的環境或浸泡設施使用以下表面處理方法：(1)鋼材———除去表面上所有的鐵銹、臟物、水分、油脂或其他污垢。采用干噴砂處理方法達到Sa2.5級。(2)鋁材、鍍鋅鐵———用中性洗滌劑或乳液清潔劑洗去油脂或皂膜，或用細磨料作輕微的噴砂處理。(3)混凝土———混凝土采用酸蝕或噴砂處理方法。新混凝土至少固化14天以上。 3.2施工設備施工設備采用無氣噴涂機，壓力比65∶1，空載排量13L/min，進氣壓力0.3～0.6MPa，噴嘴020B40。 3.3施工步驟 (1)使用之前用清洗劑沖洗所有設備。 (2)將固化劑加入樹脂中，徹底混合至均勻狀態。混合料應在混合后1h內用完，不要混合過多。 (3)為達最佳施工效果，漆料溫度應在10～32℃之間，環境溫度應高于5℃。 (4)為了減少橘皮現象，可調節噴涂裝置以獲得良好的霧化。 (5)在進行連續同向濕涂布時，每1道應覆蓋前1道的50%，以避免空隙和針孔的出現。如有需要，再對第一道以合適的角度進行交叉噴涂。 (6)當直接施涂于無機硅酸鋅或富鋅底漆上時，可采用霧涂/全涂技術減少起泡現象。這取決于老化程度，表面粗糙度和固化條件。 4.防腐工程配套及預算根據承接的鋼結構防腐工程的經驗，進行如下配套和成本分析，供參考。 4.1高度腐蝕環境(ISO12944中C4-C5M環境) 高度腐蝕環境的涂裝預算如表6所示。
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注：(1)理論使用量=(密度×干膜厚度)/體積固含量，下同；(2)設計防腐年限20年，平均每年防腐費用21885元/m2。 4.2強度腐蝕環境(惡劣環境或浸泡設施環境) 強度腐蝕環境的涂裝預算如表7所示。佐敦推出海洋石油平臺改性環氧涂料

注：設計防腐年限20年，平均每年防腐費用4.030元/m2。高效無溶劑環氧重防腐蝕涂料固化過程中溶劑揮發量極少，1道涂裝可得膜厚達(150～300μm的涂膜)而不會發生針孔，只需2～3道即可達到設計厚度。近年來國際上流行的無空氣噴涂[4]使得該類厚漿型涂料的大面積施工成為可能。目前無溶劑環氧涂料的單價雖然高于溶劑型環氧涂料，但衡量防腐涂料的經濟性不能只憑單價，高效無溶劑環氧重防腐蝕涂料的固體分近100%，在達到相同的涂膜厚度的情況下，所需要的涂料量比采用溶劑型環氧涂料要少；另外，由于1道可達高膜厚，減少了施工道數，從而降低涂裝施工費用。__ 5.結語高效無溶劑環氧重防腐蝕涂料是新一代的節能環保型重防腐蝕涂料。該產品物理機械性能突出、對各種腐蝕介質有很強的耐蝕能力，施工方便，工程造價低，防護壽命長，在國民經濟工程建設中具有廣泛的應用前景，必將產生良好的社會效益和經濟效益。

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