【地坪網資訊】 劉慶剛

(中國石油大學石油工程學院山東勝利職業學院)

摘要：HR重防腐耐磨防腐涂料,是以環氧樹脂為成膜物質,陶瓷粉作為耐磨填料的可在常溫固化的雙組分涂料。該涂料具有耐磨性、耐蝕性優異、綜合物理、機械性能較高,施工方便等特點,文中著重探討了陶瓷涂料的成膜機理,實驗、應用。

關鍵詞：石油;耐磨;防腐;環氧樹脂;涂料

中圖分類號：TQ630.1文獻標識碼：A文章編號：1006—7981(2010)17—0008—02

石油金屬管道腐蝕給石化行業建設帶來巨大的損失,石化行業每年為金屬管道防腐工作投入巨大的資金,管道內防腐一直是石化行業生產建設中的重要工作,目前,國內管道內防腐主要有不銹鋼內襯,環氧粉末、納米鈦等技術。HR新型耐磨防腐涂料是與海瑞石油合作開發,主要應用于各類管道內防腐新型防腐涂料,它解決了不銹鋼內襯管在使用中出現的內襯脫落現象,填補了我國在利用陶瓷涂料進行管道內防腐的技術空白。

1HR耐磨陶瓷防腐涂料主要機理

HR耐磨陶瓷防腐涂料采用亞微級的陶瓷顆粒做填料,是一種能夠保護大多數金屬管道表面的耐磨防腐涂料,分為甲、乙兩組分。甲組分是陶瓷粉末、環氧樹脂和揮發性有機物的混合物,乙組分是固化劑。當配置好的HR耐磨防腐涂料經高壓空氣噴涂設備噴涂到經過表面預處理的工件表面后,涂料就會在常溫下逐漸固化,進而與基體粘結成具有高硬度、耐磨、耐腐蝕、抗高溫氧化等優點的陶瓷涂層。該涂料可以在常溫下進行噴涂、刷涂或滾涂,操作非常簡便。該涂料可用于含大量CO2、H2S和鹽水等化學物質的油氣井中的管壁上,可大大提高管道的使用壽命。

HR耐磨陶瓷防腐涂料以環氧樹脂為基料,配以柔性陶瓷粉等耐磨顏料制成的雙組分高耐磨陶瓷防腐涂料,其中主要陶瓷組分為A、B、C三種。(A,B,C——特定種類的陶瓷粉代號)陶瓷A組分是白色松散的結晶粉末,粉末顆粒平均大小為40~70μm,每個顆粒是由許多粒徑小于0.1μm的小晶體組成的,為多孔球形聚焦體,每個顆?？砂鄠€小晶體。顆粒內部的氣孔分整個體積的25%~30%,這種多孔疏松結構不利于A晶體的相互接觸。

一定數量的陶瓷B組分復合微米級A陶瓷顯微結構發生較大的變化,復相材料的晶體尺寸明顯下降,并且克服了A陶瓷主晶體的異常長大現象,其斷裂方式為穿晶和沿晶斷裂并存。納米粒子除了分布在主晶相的晶界之間,部分分布在主晶相的穿晶斷裂面上。

B具有低的膨脹系數,較高的硬度和高的導熱性,加入A能提高陶瓷的抗熱沖擊性能,提高韌性。

1HR耐磨陶瓷防腐涂料配方研制

1.1實驗準備

1.1.1主要實驗原材料

成膜物質E-44型環氧樹脂、主要助劑、混合溶劑(二甲苯:正丁醇=7:3)、增塑劑、流平劑、消泡劑、填料A、B、C(三種陶瓷填料),固化劑T-31(三木產品)。

1.1.2試片

50mm×100mm×0.2~0.3mm馬口鐵試片,50mm×100mm×10mm玻璃片。

1.2成膜物質篩選

選用環氧樹脂作為耐磨陶防腐涂料的成膜物質。環氧樹脂能同各種樹脂、陶瓷粉和助劑良好的相溶,配制成一系列的常用防腐涂料。為了適應各種填料的要求,達到較高的涂料性能指標,環氧樹脂選用E-44型環氧樹脂,其中E-44型環氧樹脂的質量分數在40~45%以上。在實驗中選擇(三木環氧樹脂)。

1.3固化劑選擇

HR耐磨陶瓷防腐涂料是屬于高固分、雙組分涂料,所用固化劑的粘度較低,使用期較長,與漆料成膜后的涂層具有足夠的強度和韌性。涂層具有抵抗外界機械磨損和化學腐蝕的良好性能。固化劑與成膜物質的交聯固化效果是決定涂層性能的關鍵。HR耐磨陶瓷防腐涂料所用的固化劑為無毒的胺改性固化劑,在涂層中有良好的分散性,所固化的涂層具有良好的韌性和密實性,在常溫下涂層可充分固化。T31固化劑胺含量不一樣,配比比例也不同。

1.4陶瓷粉研究

HR耐磨陶瓷防腐涂料的主要特點是耐磨,為了提高涂料耐磨性,綜合分析美國賽克54重防腐涂料,并進行了大量的實驗與篩選,最后選定含硅、鋁的陶瓷粉作為耐磨涂料的填料:①陶瓷粉是無機填料,與環氧樹脂、溶劑等不發生反應,在固化過程中沒有新物質生成;②陶瓷粉成分在固化過程中收縮小,涂層的內應力小;③陶瓷粉本身的硬度很高,耐磨性很好,是最常用的磨料。

1.4.1陶瓷粉結構的選擇

陶瓷粉的種類不同,它的空間結構也不同,即使同一種陶瓷粉由于生產工藝不同,其在空間結構上也是多種多樣的。因此造成同一化學成分的陶瓷粉性能差異較大,為了探明陶瓷粉空間結構對涂料性能的影響,選擇具有不同形狀的一種陶瓷粉進行對比實驗,實驗結果顯示球型結構陶瓷粉在柔韌性、附著力、抗沖擊性能方面要優于片狀結構和不規則立體結構的陶瓷粉,尤其是在耐磨性方面,充分顯示了球型結構的優點。為此,選用球型結構的A、B、C陶瓷粉。

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球徑小的陶瓷粉顆粒與環氧樹脂更易形成致密的涂層。這是由于陶瓷粉的球徑小,表面積大,易吸附成膜物質而成為準交聯點,陶瓷粉與環氧樹脂的結合更牢固,形成的涂層的附著力、抗沖擊性能及耐磨性等指標均很優良。本實驗選用球型微米級或亞微米級的陶瓷粉。

1.4.2A、B、C三種陶瓷粉在涂料中的作用填料的品種對涂料的耐蝕性和綜合物理機械性能具有相當大的影響。實驗結果表明,選取單一品種陶瓷粉作為填料,會使涂料的綜合性能下降。陶瓷粉的加入會或多或少的影響環氧樹脂成膜,同時降低成膜物質在基體上的附著力。由于環氧樹脂與陶瓷粉形成的準交聯點的結合力比環氧樹脂本身的交聯點的結合力要弱,導致漆膜的附著力和抗沖擊性能、柔韌性等都有所下降。為了把這種影響降到最小,本實驗采用了三種球型的陶瓷粉混用。

每一個陶瓷粉顆粒均被涂上環氧樹脂,緊緊地包在固化膜下。通過陶瓷粉和環氧樹脂的合理調配,使得涂料同時具備了陶瓷的剛性和環氧樹脂的韌性。在實驗中不斷的摸索求證,按照實驗效果,選用A、B、C三種特定的陶瓷粉按4∶4∶7混用,效果較好。

1.5HR耐磨陶瓷防腐涂料的研制成果

1.5.1HR耐磨陶瓷防腐涂料的基本配方

HR耐磨陶瓷防腐涂料是一種高固分的重防腐涂料。它主要由以下四部分組成:環氧樹脂、固化劑、顏填料消泡劑流平劑。本實驗采用E-44環氧樹脂為成膜物質,A,B,C三種陶瓷粉作為填料。通過正交實驗,優化確定涂料的最佳配比組成:環氧樹脂20~24g;各種助劑的總和15~20g;填料總和55~62g;固化劑10~19g。

1.5.2配制工藝

①首先將馬口鐵試片用砂紙打磨干凈,玻璃試片再用丙酮脫脂棉擦試干凈。②按試驗配方稱取環氧樹脂,先加入溶劑、陶瓷粉,混合均勻,放入研磨機中磨至5~10μm后備用。③在上一步的研磨混和物中,按比例加入固化劑,充分攪拌均勻,用噴槍噴涂在實驗開始準備好的涂片上,固化24h后,測試其各種性能。

1.5.3耐鹽水實驗

按照GB/T10834-1989標準,船舶漆耐鹽水性的測定,鹽水和熱鹽水的浸泡法,試驗21天,最后2h用熱鹽水做試驗。實驗結束后,用自來水沖干,涂層沒有出現,失光、生銹、變色、起泡、脫落裂紋等現象。

1.5.4耐磨實驗

采用JM-1型漆膜耐磨儀,在750g的負載、500r/min的條件下,用漆膜的失重表示漆膜的耐磨性(GB1768-79)。HR耐磨陶瓷防腐涂料的耐磨性實驗結果為失重12mg。表明HR耐磨陶瓷防腐涂料的耐磨性非常好。

1.6實驗結果分析

1.6.1HR耐磨陶瓷防腐涂料漆膜致密,抗滲性好,在嚴酷條件下具有優異的防護性能。在油田污水以及酸、堿、鹽等腐蝕介質中能長期使用。該涂料初步經青島海洋化工涂料研究所檢驗達到合格標準,達到了海檢標準。

1.6.2HR耐磨陶瓷防腐涂料具有很好的附著力,極強的抗沖擊性能,優良的硬度和耐磨性能。

2HR耐磨陶瓷防腐涂料的使用

2.1使用技術要求

2.1.1表面預處理

為了提高涂層與基體的粘結力,必須對工件進行噴砂除銹預處理,使表面達到無銹、無油污狀態。通過除銹處理標準達到Sa2級或Sa2.5級。

2.1.2HR耐磨陶瓷防腐涂料配制主要影響因素分析及相應改進措施,HR耐磨陶瓷防腐涂料本身對涂料噴涂效果的影響因素主要有以下二方面:

2.1.2.1固化條件的影響。固化條件的影響主要是指涂料現場施工固化環境的溫度和濕度。隨著溫度和濕度的相應變化,HR涂料A體系與B體系的質量比也發生相應的變化,否則A體系與B體系就不會產生完全反應。在生產施工中發現,在室溫22.2℃下HR涂料的A組分與B組分的質量比維持在15∶1為佳,當溫度高于25℃維持在16∶1為佳,反之當溫度低于18℃時,A與B的質量比維持在14∶1為佳。為了取得更好的防腐效果,現場施工要結合工作環境具體調整。

2.1.2.2稀釋劑的用量對涂料性能的影響因素分析。稀釋劑的作用在于調整粘度,同時稀釋劑對涂膜的密度亦有較大影響,現場施工中二甲苯作為稀釋劑會出現增稠現象,建議以酮類為稀釋劑,通常加入稀釋劑的量,使涂料粘度調整到15~25s比較合適,也可根據施工要求加入適量稀釋劑,達到最佳的噴涂效果。

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總之,在現場應用中影響涂料性能的不確定因素較多如溫度、濕度、員工的操作水平等等,施工人員要注意溫度變化,稀釋劑的配比,在施工過程中要做好各項記錄積累新產品的應用經驗。

[參考文獻]

[1]李肇強.現代涂料的生產及應用[M].上海:上?？茖W技術出版社.

[2]李國萊,管從勝.重防腐涂料[M].北京:化學工業出版社,1999.

[3]何博,黃志杰,等.納米二氧化硅在涂料中的應用[J].涂料工業,1998,(12):29.

[4]賈夢秋,北京化工大學學報.