高性能防腐涂料的进展及应用

高性能防腐涂料的进展及应用

吴宗汉　(湖南本安新材料有限公司,长沙410126)

摘　要:概述了国内外高性能防腐涂料主要品种的开发和应用情况,并提出了高性能防腐涂料的发展方向。

关键词:防腐涂料;开发;应用;方向

中图分类号:T Q 63017 文献标识码:A 文章编号:0253-4312(2007)01-0045-05

作者简介:吴宗汉(1940—),男,正高,技术总监,长期从事涂料开发及管理工作。

Progress and Appli cati on of Hi gh Perfor mance Corrosi on Protecti ve Coati n gs

W u Zonghan

(Hunan China Science B enan N e w M aterials Co .,L td .Changsha,410126China )

Abstract:This article has revie wed the devel opment and app licati on of corr osi on p r otective coatings at

home and abr oad and indicated the devel opment trend .

Key W ords:corr osi on p r ot octive coatings;develepment;app licati on;trend

0　引　言

在国民经济中腐蚀造成了大量的资源和能源浪费,全世界每年因腐蚀造成的经济损失约在10000亿美元,为火灾、风灾和地震造成损失的总和。涂装防腐涂料作为最有效、最经济、应用最普遍的防腐方法,受到了国内外广泛地关注和重视

[1]

。随着建筑、交通、石化、电力等行业的发展,防腐涂料的

市场规模已经仅次于建筑涂料而位居第二位。据统计,2004年我国防腐涂料总产量达到60万t,预计2020年将突破100万t 大关。另一方面,这些领域又对防腐涂料的品种和性能提出了更高、更新的要求,进而推动了传统品种的改进提高以及高性能品种的开发和应用。

1　品种发展

1.1　改性环氧树脂涂料

环氧树脂涂料是最具代表性的、用量最大的高性能防腐涂料品种。为了增进其柔韧性和低温施工性,常常采用相对分子质量高的橡胶和热塑性树脂,如丁腈橡胶、尼龙、聚酚氧、聚砜等进行改性。这些高聚物与环氧树脂有一定的相容性,固化过程中能产生相分离,在固化中形成海岛结构,从而使固化物具有高强度和高韧性。国内研制出集环氧与橡胶于一体的高固体分防腐涂料,既克服了环氧涂料脆性大、耐候性差的不足,又克服了氯磺化聚乙烯橡胶涂料变色和难增厚的缺陷,涂料综合性能更好。其次采用低相对分子质量的聚硫橡胶进行改性,通过极性的HS 基与环氧基反应形成高分子橡塑网络结构,使涂层更具有良好的柔韧性、耐冲击性、耐磨性、防腐、

耐热性等,国内已有开林油漆厂[2]、锦州石化公司[3]、湖南本安新材料有限公司等生产,并用于石油、化工、电力、水厂等行业。上海和氏壁化工有限公司[4]用C AP A2054聚己内酯进行扩链或者冷拼、分别用胺类或酸类对环氧进行开环,制得水性和溶剂型改性环氧涂料,可明显改善其柔韧性和耐冲击性及耐溶剂性。

日本关西涂料公司[5]开发成功兼具环氧涂料的防腐性和丙烯酸脂涂料耐候性的多功能防腐涂料。涂膜结构中导入了微观取向性。在漆膜固化过程中,环氧树脂成分取向底材的表面,丙烯酸树脂成分则取向涂层表面。该涂料涂布量少,

VOC 排放也可减少10%,总涂装成本仅为传统涂料的75%。

无溶剂环氧及其改性防腐涂料因无溶剂、无毒、无味、无污染,而受到行业普遍的关注,不断推出了环氧-胺类、环氧

-聚氨酯类、环氧-不饱和聚酯类等许多品种。涂层流平性

好、无针孔、抗渗性能好、耐酸碱盐和溶剂腐蚀,且绝缘性能优良。美国Devoe Maren 涂料公司的Devren 230、234QC 是知名

的品牌,Amer on 公司的SP -Guard 涂料和171型涂料(Iide

Guard )是环氧砂浆型产品

[6]

;澳大利亚SPC 公司的SP 系列无

溶剂环氧涂料适用期较长,可用于油气工业高温环境;美国

Siga ma 公司、I P 国际公司等均有系列产品用于舰船、潜艇的防

腐涂装。国内中石化、中船总公司、江南公司及海虹、开林、秀珀等多家企业亦有各类无溶剂涂料产品,广泛用于石油化工、海洋船舶、工业地坪、电气绝缘等许多领域。

1.2　新型环氧涂料固化剂

环氧涂料的性能特点很大程度上取决于固化剂,高性能的环氧涂料必须配套使用高性能和良好施工性的环氧固化剂。但国内研究偏重于环氧树脂,而对固化剂的开发滞后于

45第37卷第1期涂料工业

Vol .37　No .1

2007年1月P A I N T &COATI N GS I N DUSTRY Jan .2007

国外,主要停留在脂肪胺及其改性产品上。国外环氧固化剂的品种较多,一般的防腐底漆使用改性聚酰胺,而用于较高要求场合的高固体涂料或无溶剂涂料则全部使用改性芳脂胺、改性脂环胺或多醚胺类固化剂。

美国卡德莱公司利用腰果壳液开发了系列改性胺环氧树脂固化剂,属天然长链取代酚醛胺固化剂,含有脂肪族氨基,弱酸性的酚醛基以及苯环上带的含双键C

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长链。这种独特的分子结构使其兼具一般的酚醛胺和低分子聚酰胺的性能,与环氧树脂配合适用期长,可在室温快速固化,亦能在低温、潮湿条件下固化。且无毒,涂膜韧性、耐磨性、耐腐蚀性优良。国内上海杜尔化工公司、长风化工厂亦有同类产品开发面市。

中昊晨光化工研究院开发了CGH-1低黏度环氧树脂增韧固化剂[7],可常温固化,涂膜韧性好,容易排泡,流动性好,性能优于市场普通固化剂。

欧洲专利[8]报导了一种低黏度、且不含环境有害物质(如苯酚和溶剂)的环氧树脂固化剂,含聚氨化合物和固化促进剂,其组成物可低温固化,且固化膜外观及性能优异。

陶氏化学开发的特种固化剂XZ92441101可用于工业防腐涂料;D1E1H129为氨基乙基呱嗪固化剂,可提高产品耐冲击性;D1E1H158为混合胺类固化剂,可室温快干。

1.3　无机涂料

水性无机富锌涂料是用于高性能防腐涂料的主要品种。它是通过硅酸盐的羟基、金属锌粉和基材中的铁原子进行多重交联反应,形成牢固致密的硅酸锌铁络合物,具有优异的防腐、耐热、抗静电性能,且无VOC污染,属环保型防腐涂料,大量用作钢结构重防腐底漆。第一代水性硅酸锌涂料需高温热固化,第二代水性硅酸锌涂料需用固化剂固化,第三代水性硅酸锌涂料为自固化,它突破了高模数(>515)、低黏度(<20 s,4#杯)、快干性(表干<20m in)的难关。

国外最早的无机硅酸锌涂料诞生于20世纪30年代的澳大利亚,发明人是N ightingate[9],并应用于南澳洲长达250公里长的管道工程,40年后依然正常。在20世纪80年代,美国太空总署(NAS A)研制出了高模数(>515)水性硅酸钾自固化富锌涂料I C531,随后转到台湾地区,并向内地销售,牌号为KZ-707,又称为卫钢宝。其应用实例有美国卫星发射架、自由女神像、金门大桥、海军舰船等钢结构,经跟踪证实,具有优异的防蚀、耐候和耐热等特性[10]。国内在20世纪80年代首先由冶金部建筑研究总院研制生产了TH-X型系列无机硅酸锌防锈、耐热涂料,90年代开始研制高模数的自固化型水性硅酸锌涂料,如上海星桥科技公司生产的QSZ-1型硅酸锌涂料,用于徐浦大桥,中船集团船舶工艺研究所生产的E06-99硅酸锌涂料,用于上海浦东机场和秦山核电站。另有北京恒劲庭、湖北华新、武汉赫斯特、湖南本安等多家公司开发并生产高模数硅酸钾树脂或涂料。还有江苏金陵和成都宏业等公司开发并生产无机磷酸锌富锌涂料,两者均为阴极保护型涂料,具有优异的防腐性,适于作金属底漆,但漆膜无光、致密性差,需用中间漆或面漆配套,已被广泛应用于桥梁、船舶、石油、化工等重防腐领域。

另据报导[11],韩国京兴产业株氏会社研发了“A t ometal”新型超陶防腐涂料,由超陶粉末、金属粉末和无机高分子组成,可成为传统环氧防腐涂料的新型替代品。该涂料具有优异的附着力和硬度,并且可以在水中固化。同时具有涂膜厚度薄,防腐寿命长,现场施工简便,可对各种泄露、焊接等薄弱破损部分进行修补强化,修补部位固化后可耐水压,对人体无毒无害(符合中国卫生部饮用水卫生标准)等优点。其厚度平均为200μm,防腐寿命经韩国建设防腐研究所进行排水闸门涂装工艺比较可达22a以上。

1.4　I PN涂料

互穿聚合物网络(I P N)是用化学方法将两种以上的聚合物互相贯穿交织形成网络状的复合聚合物材料。其性能将比单一聚合物成倍增长,是国内外致力研究的一种新型高聚物共混技术。

国外[12]有采用含氯结构共聚物的Hetr on树脂用于盐化工设备的防腐,美国Pr odorite L td公司成功地将聚氨酯-呋喃I P N用于氯乙烯反应器,可耐乙烯、氯、三氯化铝等高温腐蚀介质。

国内[13]中科院金属所开发了以蓖麻油、甲苯二异氰酸酯、苯乙烯与丙烯腈为原料的I P N防腐涂料,该涂料附着力强,可带锈涂装,耐磨性及防腐性优异,适用于化工大气的严酷环境。武汉现代化工技术研究院研究成功由环氧、聚氨酯、聚酯、烯烃聚合物组成的I P N防腐涂料。该涂料固体分可达9918%,单位面积用量比常规涂料减少30%左右,且耐酸、碱、盐、油等化学腐蚀性突出,耐水解、耐老化性能优良。特别适用于高塔、桥梁、化工管道与设备等涂装防护。研究发现,聚硅氧烷-环氧树脂组成的I P N具有比环氧树脂更优良的耐水性、耐酸性,和热稳定性。涂层可室温固化,操作方便。适宜作化工厂、炼油厂、近海钻井平台的外露钢铁构件的保护涂料,也可用作各种油罐的内部保护涂料。还有一些I P N的品种,如环氧聚氨酯加烯类聚合物、呋喃树脂-丙烯酸酯聚氨酯等防腐涂料,曾在国内许多著名的油田、P VC工程和三峡工程中得到广泛应用。

1.5　无机-有机聚合物涂料

为了适应国防军工发展的需要,美国先进聚合物科学公司将具有高度耐蚀和耐温性的无机二氧化硅与有机环氧丙烷苯基醚相连接形成了新的无机-有机结构化合物———环硅的五缩水甘油醚[14]。由于结构中有—C—O—C—这个最强的化学键,具有突出的耐蚀性,又有环的结构,具有良好的柔韧性。1987年开发成功的第一代产品,商标为Sil oxirane;1994年第二代产品开发成功;至1998年开发出最新一代产品系列———含有784个交联点的Che m line784重防腐高韧性表面涂料。由于形成高交联密度的环状结构,故该涂料具有高度防腐性和高韧性,优越的耐温性和耐磨性。广泛地应用于石油、化工、电力、运输、钢铁、造纸等各个行业的反应器、贮罐、管道、烟道、地坪、废水处理装置等。

为提高防腐涂层的耐磨性,在涂料配方中通常加入一定量的无机溶胶(无机粒子)或烷氧基化合物[15],最常用的这类

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