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无溶剂环氧导静电防腐涂料的研制及性能测试(下),根据国家相关部门对储油罐导静电防腐涂料的新的要求
2019年11月15日    阅读量:2384     新闻来源:中国建材网 cnprofit.com    |  投稿

4 无溶剂环氧导静电防腐涂料的研制

4.1 成膜机理

众所周知,“水”是造成各种类型电化学腐蚀的必要条件并对涂层产生极大的危害。所以,如果要解决在100%潮湿表面带锈涂装的重大技术难题,必须解决水在各种环境条件下对涂层所造成的“外忧内患”的问题。


为了解决这个问题,突破了国内外传统涂料的防腐理念,设计出“无溶剂环氧导静电漆料把水和氧化铁闪锈乳化溶解在漆料中,通过化学反应和离子交换,环氧导静电漆料与金属表层产生化学反应分子强力结合”的全新的无溶剂环氧涂层成膜机理中国建材网cnprofit.com


优龙无溶剂环氧导静电涂料环保配方设计原理,通过改性合成出具有多维高活性反应基团的无溶剂环氧树脂和环保高效型颜填料以及具有独特功效的添加剂和助剂等,在高温高压下通过化学聚合反应,制备出高性能低黏度无溶剂环氧导静电涂料。


无溶剂环氧导静电涂料与经过特殊改性的含有大量活泼氢原子的低黏度聚酰胺固化剂,在常温下产生化学亲核反应,生成无溶剂环氧立体型网状结构的金属氧化物聚合涂层。高性能无溶剂环氧涂料对潮湿带瞬锈的金属表层可以产生极强的浸润性和渗透性,无溶剂环氧涂料中极具活性的大分子极性基团与金属表层的分子极性基团相互吸引,从而使涂层与金属表层发生化学反应,产生分子强力结合。


优龙无溶剂环氧导静电涂料涂刷在潮湿带瞬锈的金属表面上时,极具浸润性和渗透性的涂料可充分渗入到金属表面的针孔中,与金属基体分子强力亲合并把针孔中的水汽和氧化铁锈乳化溶解于涂层中,涂料中加入的经特殊亲水改性的某些颜填料,会形成可疏水的活性基团,配合了漆膜固化反应时所产生的化学强力排水功能,通过离子交换,可把金属表面的水汽和氧化铁锈中分解出来的结晶水彻底排出涂层。


当无溶剂环氧涂层固化封闭后,该疏水活性基团的分子键也随着固化而消失,从而钝化了金属表面,防止金属活化,金属表面获得了理想的干燥封闭状态。当金属表面获得强固密闭,在完全干燥无水分的情况下,各种类型的电化学腐蚀就不易发生。由高性能无溶剂环氧导静电涂料和水汽、氧化铁锈转化物在金属表层所强力化合形成的强固屏蔽的导静电涂层,坚韧致密,有超强的附着力和优良的抗冲耐磨性能,有优异的防锈耐蚀性能,更具有独特的长效疏水功能,可持久地阻止水汽、盐雾等有害介质对涂层的侵蚀。


4.2 主要技术性能指标

优龙无溶剂环氧导静电涂料技术指标见表2。

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4.3 优龙无溶剂环氧高边棱保持率涂料的研究

4.3.1 溶剂型低边棱涂层的后果

由于涂层厚度不同而导致的早期腐蚀过程与钢铁涂料的防腐方式有关。涂料的防腐机制有多种,以下2种涉及到涂层厚度:物理障碍和抗电解。低涂层厚度意味着钢表面的物理障碍小,从而使导致腐蚀的化学物(如水汽和盐雾)易于侵入。


而厚度的减低也随之降低了涂层的抗电解能力,使腐蚀过程更加容易。焊缝也存在着低边棱保持率的现象。这不仅会导致钢材耗损,还会导致严重的结构问题,因而小区域的腐蚀会引发更大的问题。在很多情况下,锋利边棱的涂层都会受到机械损伤:碰撞和磨损。厚度降低后,边棱就更容易因机械损伤而不易防腐。低边棱保持率还会导致一个区域中出现许多腐蚀了的锋利边棱。整个受腐蚀的区域可能并不会很大,但脱落出的锈迹足以引起视觉上的不满。除了给观者造成视觉上的不良反应外,还令观者很难对真正的腐蚀程度做出评估。


4.3.2 如何解决问题

边棱焊缝涂装保持率问题的解决方案有2 种。传统的方法是打磨锋利的边棱或在关键部位(如边棱或焊缝)使用附加涂层(条形涂层)。这便需要更多的时间、漆料和人力,从而加大了防腐工程施工的总成本。另一种方法便是使用高边棱保持率的涂料。这种涂料需要专门生产加工,以提高其边棱保持率,从而使锋利边棱的膜层厚度在固化后能非常接近平滑表面的膜层厚度。显然,后一种方法是最节省成本并且技术上最易接受的,为此,以无溶剂环氧涂料为基础提出一套双涂层解决方案。


4.3.3 发展无溶剂高边棱保持率涂料

导致低边棱保持率的有害因素之一便是溶剂型涂料中所含的溶剂,它促使了涂料从边棱焊缝上脱落。某些含溶剂的环氧树脂涂料的边棱保持率只有20%。边棱和焊缝上的溶剂挥发相对较快,这就导致了边棱焊缝部位和平面间的密度不均和表面紧缩。由于上述原因,导致边棱焊缝上的涂层脱落的涂料,就是低边棱保持率的涂料。因此,研发高边棱保持率涂料必须使用无溶剂环氧涂料。当然,更高的目标便是研发一种既增强表面耐性又提高边棱保持率的双涂层系统。


5.3 试验结论

优龙无溶剂导静电防腐涂料试片经3 号喷气燃料浸泡10 周后其面电阻率、体电阻率均符合国内外有关规定(见表6);检查试片表面未发现有皱皮、起泡、剥落、变色、变软等异常现象;全部理化指标均符合3 号喷气燃料国家标准(GB 6537)的要求。

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5.4 关注点

为杜绝石油静电引起的火灾及爆炸事故,中石油、中石化、民航、部队等主管部门规定,油品的导电率应控制在50 μS/m 以上,实际上为安全起见,油品出厂时的导电率均控制在300 μS/m 左右(即109 Ω),导静电涂料的使用必须符合油品电导率的安全指标要求,导静电涂料的静电指标(电阻率)理应与油品电阻率相匹配,即至少在109 Ω 以下。APIRP2003、DOD -HDBK -263、MIL -STD -863D、BS 等美、英标准均规定导静电涂料的电阻率为105 ~109 Ω。


按照国家标准应与国际标准相接轨的原则,认为石油罐涂料电阻率指标应与国内外有关标准规定一致,即为105~ 109Ω。最近,建设部颁布的某设计标准规定,涂料电阻率为109 ~ 1011Ω,显然该设计标准违背了GB 13348《石油静电安全标准》、GB 15599《石油雷电安全标准》及GB 6950《石油罐导静电涂料技术指标》等强制性国家安全标准。根据物理学常识:105 ~ 109Ω 系导静电体,1010 Ω以上系绝缘体。显然建设部规定的涂料(电阻率109 ~1011Ω)是绝缘性涂料,潜伏着重大的静电隐患,这是涂料企业要特别关注的。


5.5 优龙无溶剂环氧导静电防腐涂料产品特性和系统特点

表7 列出优龙无溶剂环氧导静电防腐涂料产品特性和系统特点,从中可以看到:优龙无溶剂环氧导静电防腐涂料可以在超高压水射流表面处理的100%潮湿带闪锈、瞬锈金属表面上直接涂装,并产生大于10 ~20 MPa 的超强附着力,闪点大于100 ℃,涂装工艺简单。优龙涂料完全可以满足油品储罐密闭环境下的安全施工要求,并且可以实现长效重防腐的性能要求。

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这里,还需要说明的是,在没有使用超高压水射流表面处理技术的情况下,单独使用优龙无溶剂环氧导静电防腐涂料创新涂层系统,同样可以达到长效重防腐保护的效果。超强的附着力、在潮湿带锈表面直接施工、良好的边缘保持率以及超高压水射流先进环保的表面处理新工艺是这一高性能无溶剂环氧创新涂层体系的基础。


6 优龙无溶剂环氧重防腐涂料的工程应用

6.1 中国船舶油舱和压载舱

采用优龙ES301 涂料对中远洋“紫云峰号”、“洞庭湖号”、“吉利湖号”等8 艘油轮的压载舱和舟山近海油轮的储油舱进行维修涂装防腐(见图4 和图5)。涂装工艺如下:①对油舱和压载舱进行喷砂除锈;②用30 MPa高压水冲洗除盐;③在100%潮湿带瞬锈的表面涂装优龙ES301,涂装2 道,每道125 μm,共计250 μm。

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6.2 中国南极长城站

中国南极长城站处于德雷克海峡绕极气旋的低压带中。该地区主要受来自于西路、西北路、西南路气旋及南美和极地高压脊天气系统的影响。长城站地区常年以阴到多云和多雾天气为主,夏季风力达7~10 级,冬季风力达9 ~ 12 级,平均湿度为95%左右,最低温度达到-80 ℃左右,空气中弥漫高盐雾腐蚀,天气晴朗时,南极长城站又处于强烈的紫外线辐射之中。


2005年底,优龙(北京)重防腐涂料有限公司受国家海洋局极地中心委派,飞赴中国南极长城站,采用优龙无溶剂环氧ES301 创新涂层体系,承接了中国南极长城站钢结构和混凝土结构的防腐工程。由于严酷的腐蚀环境,南极长城站存放各种油品的钢结构储油罐腐蚀严重,仅在这几个储油罐外壁表面敲下的铁锈就有5 t 多。


为了南极长城站这块净土不被污染,这些5 t 多铁锈全部要装袋运回国内,其费用是非常高的。目前,优龙ES301 涂层体系在南极长城站严酷恶劣的海洋腐蚀环境中,经受了5 年的考验,至今运行良好(见图6)。

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7 结语

优龙无溶剂环氧导静电重防腐涂层系统与超高压水射流表面处理新工艺相结合,是我国防腐领域“生态环保、节能减排”工业发展战略的创新性解决方案,在制定适宜的防腐保护技术方案时,优龙这一创新无溶剂环氧技术的采用,被确信为解决海洋工程和船舶、石油石化等工业领域的防腐技术难题提供了成功可靠的解决方案。


为了提高海洋工程和船舶防腐维护的工作效能,这一涂层系统配套体系可以随时更新。为了满足对更低的成本(包括延长的防腐年限带来的长期成本节省)、环境友好性、增强的涂层性能和安全使用等方面的要求,现在针对石油石化油品储罐的长效重防腐应用明确以下几点:

⑴超高压水处理至Wj2-M (SSPC SP12 / SSPCVis-4)作为可取的表面准备方法;

⑵涂层最少12 MPa 的附着力,可以超过喷砂Sa2.5 的涂层质量标准;

⑶强制性规定:使用无溶剂环氧涂料;

⑷与施工相关的涂料特性被采用[如,开罐使用时间(25 ℃)大于2 h,使用喷涂方法施工,压力比为60 ∶1,与热焊接相兼容]。

⑸涂层系统必须能够在海洋环境条件下使用在潮湿、闪锈、瞬锈钢结构表面,无露点限制,表面粗糙度不是必要条件,施工工艺简单,程序少,节约成本,减少质量问题的出现。

⑹优龙创新无溶剂环氧涂层体系的推广,意味着一些有关喷干砂和传统的溶剂型环氧涂料的涂装规定的停止或修改,这的确不太容易,但这又确实是面对创新和环保、安全、长效防腐所必须的。


综上所述,优龙无溶剂环氧重防腐涂料作为生态环保、无毒阻燃、长效重防腐先进产品,与超高压水射流表面处理新技术结合使用,有效地解决了海洋工程、造船、修船、石油化工、国防军事装备和水电设施等防腐工程中的许多的技术难题,使各种恶劣环境条件下的防腐施工方便易行,在大量节省工时、大幅降低防腐造价的同时,更能确保涂层的长效防腐功能,减少了停产及设备维护次数,有效地保护并延长设备的使用寿命,


从而大幅度节省防腐治理的投资费用,大幅减少因金属腐蚀所造成的经济损失及社会危害。


可以说:优龙生态环保无溶剂环氧导静电重防腐涂料与超高压水射流表面处理新技术是我国石油石化油品储罐防腐领域的革命性的解决方案,它改变了我国“环境污染严重、安全性能差、成本高并且涂层寿命短”的传统落后的防腐工艺,开创了我国石油石化油品储罐重防腐领域“生态环保、节能减排、降低成本、提高寿命”的新纪元。



4.3.4 技术参数

无溶剂环氧涂料应显示其高于含溶剂涂料的边棱保持率。而人们已经发现,即便不含溶剂,也必须考虑涂料的表面张力和流变能力。涂料是一个具有触变作用的流体。最初,涂料是稠厚的液体,当轻微的力作用于它时,它便变得有了相对的流动性。而作用力撤去后,涂料应较快地恢复其流变结构。流变结构的快速恢复对边棱保持率极为重要。此外,涂料的表面张力也起着不可忽视的作用。由于边棱和焊缝面积较大,因而边棱和焊缝外表层分子被“拉走”在别处积聚的趋势要强于单独的平面处。这种“拉”将会导致局部的体积减小,从而导致膜层厚度的减低。上述“拉”的影响力随表面张力的减少而递减,因而降低表面张力有助于提高边棱保持率。正是基于对上述流变能力和表面张力的考虑,研制出了无溶剂高边棱保持率环氧涂料系统。


4.3.5 测试结果

对研制的高边棱焊缝保持率无溶剂环氧涂料的评估借助了盐雾试验机和显微镜检查。试验研究表明:研发的高边棱保持率无溶剂环氧涂料的边棱保持率最高达到了90%。经过1 000 h 盐雾试验后边棱焊缝部位的涂层附着力等防腐性能的测试结果见表3。

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5 优龙无溶剂环氧导静电涂料涂层系统导静电性能测试

为了贯彻实施“液体石油产品静电安全规程”和“石油与石油设施雷电安全规范”2 项强制性国家标准,国家经贸委、国家技术监督局、中石油、中石化等主管部门明确规定:油罐进行内壁防腐时,应采用防静电涂料,涂料体电阻率应小于108 Ω(面电阻率小于109Ω),同时要经过认真试验,确定涂料对所储油品性质无害,方可应用。

根据上述要求,对优龙油品储罐用无溶剂环氧导静电防腐涂料进行了综合评定。


5.1 无溶剂导静电防腐涂料静电性能的评定

⑴涂料试片:试片共3 片,编号分别为1#、2#、3#。

⑵试验用油:3 号喷气燃料。

⑶测试方法:GB 16906—1997《石油罐导静电涂料电阻率测定法》。

⑷测试仪器:YFT 型耐油防腐涂料电阻率测定仪(GB 16906—1997 指定仪器)。

⑸测试结果:首先分别测试每个试片的电阻率,之后将涂料试片分别浸泡在4 L 3 号喷气燃料的铁质容器中,常温下存放10 周后再分别测试涂料试片的电阻率。测试结果见表4。

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5.2 无溶剂导静电防腐涂料试片对3 号喷气燃料理化指标影响考察试验

首先分析3 号喷气燃料的理化指标,之后将涂料试片分别浸泡在盛有4 L 3 号喷气燃料的铁质容器中,常温下存放10 周,再分析3 号喷气燃料的理化指标。分析结果见表5。

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