聚氨酯树脂及管道用聚氨酯重防腐涂料

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管道技术与设备
1998 年
出 。如果防腐涂料不具备消化潮气的功能 ,则 腐蚀的发生就是必然的了 。
①管道 表 面 这 层 潮 气 被 涂 层 包 裹 难 以 蒸 发 ,自然会使管道发生电化学腐蚀 ;
②这层水份大大降低了涂层对基体的结合 力;
③施工完毕后 ,在管道升温运行过程中 ,这 部分称之为潮气的水份会受热膨胀 ,使已经结 合上去的涂层再被剥离下来而形成脱离了管道 的空壳 ,这层空壳在土壤应力等的外力作用下 , 极易破裂进水 ,从而导致防腐失败 ;
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管道技术与设备
1998 年
聚氨酯树脂及管道用 聚氨酯重防腐涂料
李银罗 (高级工程师) 石志华 郝旭东 中国石油天然气总公司管道科学研究院 河北省廊坊市 065000
【摘要】聚氨酯树脂是一种新型的具有独特 性能和多方面用途的高聚物 。我国第一次研制 成功的钢质管道用聚氨酯重防腐涂料 (即聚氨 酯石油沥青橡胶塑料重防腐涂料) 于 1989 年通 过技术鉴定 ,研究单位是中国石油天然气总公 司管道科学研究院 。十年来 ,在多条原油长输 管道及煤气管道上应用 ,都获得了成功的现场 施工经验和质量检测技术 。 叙词 :聚氨酯树脂 重防腐涂料 管道 厚涂
a. 重 型 Aco - THane 聚 氨 酯 涂 料 ( 双 组 分) ;
b. 重型 U - Coat 聚氨酯涂料 (单组分) ; c. 重型 Essguart (双组分) 用于建筑表面装 饰和防护 :沿海建筑 ,医院及食品加工区等提供 符合卫生条件的洁净表面 ; d. 重 型 Aco - THane 聚 氨 酯 涂 料 ( 双 组 分) :用于穿越尼日利亚河的多种成品油管线的 防腐 ; e. 重 型 Aco - THane 聚 氨 酯 涂 料 ( 双 组 分) :用于希腊一条由 Bulgatia 边界至 At hens 地段的气体干线上 ,厚度 115mm ,该涂料还可 用于阴极保护连接器的密封 。 21 聚氨酯涂料的特性 从分子结构上分析 ,它的特殊结构就决定 了其性能有多方面的优异特性 。在聚氨酯分子 中 ,除含有氨基甲酸酯键外 ,还含有许多脂键或 油脂的不饱和双键 ,并且分子的端基 —异氰酸 基又有极强的活性 ,能与基体发生强烈的吸引 作用 ,这就决定了它的附着力是优秀的 。 (1) 漆膜防腐性能优良 ,能耐油 、耐酸 、碱 、 盐等化学药品和工业废气 ; (2) 粘结力强 。广泛地用于地板 、甲板 、金 属 、水泥 、橡胶 、塑料等 ; (3) 耐磨 。可以用于煤浆管道等受磨擦的 部分防腐 ; (4) 优良的机械性能 。漆膜坚硬 ,柔韧 、光 亮 、致密 、高弹 ; (5) 施工温度范围广 。可以常温固化 ,0 ℃
总之 ,上述的消化管道表面潮气和涂层高 伸缩率的理论用于管道是行之有效的 ,文章对 高伸缩率的阐述在国内外管道史上是第一次提 出来的 。
21 国产聚氨酯石油沥青橡胶塑料重防腐 涂料的性能特点
(1) 配方科学合理 。配方中有橡胶 、塑料对 聚氨酯树脂和石油沥青进行改性 ,所以性能特 点有许多独到之处 (详见技术指标) ;
用本涂料常温修补石油沥青层 ,涂层干燥 后 ,在搭接处不但没有裂纹脱落现象 ,而且新涂 层与旧的石油沥青层溶成了一体 ,看不出搭接 部位 ,用手撕拉也无法把涂料和石油沥青分开 。 这个成功的实践比理论上的预料还要好 。
(3) 适应圆形结构物体对涂层的特殊要求 涂敷到大口径圆形结构如管道和储罐等物体 表面的涂料必须有较大的伸缩性 ,才能保证涂 层能随金属热胀冷缩而同步运动 ;否则 ,涂层的 附着力和柔韧性再好也不能保证在圆形物体上 涂敷成功 。原理是由涂料中高分子物质的分子 结构决定的 。一般来说 ,固化后呈网状结构的
(8) 涂层富有高伸缩性 ,从而保证了补口补
伤的搭接处不会因涂层干燥收缩而出现裂纹或
脱落现象 ,从而保证了补口补伤的质量 。
31 国产聚氨酯石油沥青橡胶塑料重防腐
涂料技术指标
(1) 耐水蒸气渗透率 (见表 1)
表 1 水蒸气渗透率技术指标
序号
P/ mm.μm/ mm. h
试验依据 (美国)
1
0112
ASTM1653 - 85
2
0110
ASTM1653 - 85
3
0112
ASTM1653 - 85
(2) 漆膜综合技术指标 (见表 2)
表 2 漆膜综合技术指标
序号
项目
指标 试验依据
1
外观
黑色 GB1729 - 79
2
密度 (涂 - 4) (s)
第1期
Baidu Nhomakorabea
管道技术与设备
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(2) 能消化管道表面的潮气 ;
(3) 有优良的理化性能和厚涂层的许多特
殊性能 (详见技术指标) ;
(4) 常温施工 、常温短时间干燥 ;
(5) 单组份结构 ,不用固化剂 ,简化了施工
程序 ;
(6) 吸水率低 ,固化后有强防水性 ;
(7) 有优良的耐化学介质性能 ;
(1) 合理地解决了消化管道表面潮气的问 题 不论什么涂料 ,在施工时尤其是在野外现 场施工时 ,钢管表面或多或少总有一层潮气 ,因 此埋下了腐蚀的隐患 ,这是个长期以来容易被 人忽视的问题 。我们面临的是野外露天或野外 埋地管线防腐 ,野外的潮气和水份及各种酸 、 碱 、盐介质对防腐层的侵袭是不可忽视的 。不 同材质对水份具有不同的吸附能力 ,在潮湿环 境中 ,钢管表面的潮气总是比木材或棉布织物 多得多 ,在相对湿度较大的季节和场合尤其突
四 、国产聚氨酯石油沥青橡胶塑料 重防腐涂料 (单组分)
11 理论基础及创新性 本项研究的主攻方向 :首先要解决管道表
面的潮气问题 ;对石油沥青层补口补伤时干燥 收缩容易引起搭接部位开裂或脱落问题 ;解决 涂层与钢质管道由于膨胀系数的差别较大容易 使涂层破裂或成为空壳的问题 ;解决防腐涂料 必备的常规性能 ,如 :干燥性能 、电气性能 、机械 性能 、耐化学介质性能 、施工性能及检测指标 等。
左右固化 ; (6) 优良的电气性能 。可以做电气元件的
绝缘和仪表线圈的绝缘 ,制成的漆包线具有自 焊 、自粘性 ;
(7) 不仅有优良的防腐和保护性能 ,而且还 有美观的装饰性能 ;
(8) 工作温度范围广 。可以在常温 , 中高 温 、低温 ( - 40 ℃) 正常工作 ,尤其耐低温性能是 一般涂料不能比拟的 ;
层 火花检漏
一 、前 言
聚氨酯树脂是一种新型的具有独特性能和 多方面用途的高聚物 。聚氨酯树脂一般由二 (或多) 异氰酸酯与多元醇为基本原料加聚而 成 。用它可以制成聚氨酯泡沫塑料 、橡胶 、涂 料 、粘合剂 、合成纤维 、合成皮革 、防水灌浆材料 等一系列产品 。又由于这种高聚物具有独特的 加工性能 ,所以被广泛用于工业 ,如机电 、航空 、 车辆 、土木建筑 、轻工 、纺织等部门及日常生活 中 ,并几乎渗透到国民经济各个部门 。其产量 与品种与年俱增 。国外有人说 :“70 年代聚氨 酯树脂工业的地位相当于 20 年代的钢铁工业 、 40 年代的聚烯烃”〔1〕。目前 ,在材料工业中占 有相当的地位 ,因此 ,各国都竞相发展聚氨酯树 脂工业 。
二 、聚氨酯树脂的性能特点
聚氨酯树脂为链状结构 ,端基为强极性基 团氰酸根 ,因此 ,它有许多独特的优点 :可发泡 性 、耐磨性 、粘接性 、耐低温性 、耐热冲击性 、抗
剥离性 、耐溶剂性 、耐震动疲劳性 、耐生物老化 性 、耐潮气性 、耐大气性等 。目前 ,还研制出了 阻燃 、高强度等性能的新品种 ,满足了科学技术 和宇航事业的需要 。
(4) 解决了在常温下与热塑性材料 (如石油 沥青) 难以粘结的问题 在胶粘剂行业一直存 在着在常温条件下与热塑性材料难以粘结的难 题 ,例如 :管道用的聚乙烯黄夹克 、黑夹克和石 油沥青都是热塑性材料 ,现场补口就存在常温 难以粘结的问题 ,因此 ,直到现在还常常用热补 口的方法解决 。而聚氨酯石油沥青橡胶塑料重 防腐涂料有效地解决了这个问题 ,常温施工 、常 温短时间干燥 。
(9) 与其他树脂的配套性好 。能与聚酯 、环 氧 、醇酸 、有机硅 、丙烯酸酯 、纤维素 、沥青 、干性 油 、热塑性树脂等共聚而成为不同品种 、不同用 途 、不同性能的多种涂料 ;
(10) 有的品种允许在基体表面的处理不够 严格的界面上施工 ;
(11) 有的品种允许在潮湿界面上施工 。这 是一般涂料不允许的 ,因为几乎所有涂料都要 求施工界面必须干燥洁净 。
(5) 提高了工作效率 ,改善了劳动条件 ,提 高了涂层质量 石油沥青这种热塑性材料 ,长 时间以来一直用热涂敷方法 ,在用于补口补伤 时 ,由于各个口之间有一定距离 ,使得施工点分 散 ,熬好的沥青经常在仅仅涂敷了不多的口的 情况下就冷下来 ,再使用又必须重新熬制 。这 样就造成了高温施工的一系列缺陷 :工作效率 低 、劳动强度大 、工作环境恶劣 、涂层质量不易 保证等 。秦皇岛输油公司在秋 、冬季管道大修 过程中 ,应用常温施工的聚氨酯石油沥青橡胶 塑料涂料能使工作效率提高五倍以上 。
三 、聚氨酯涂料
80 年代由中国石油天然气总公司管道科 学研究院在国内率先研究并生产出了聚氨酯重 防腐涂料 ,经过十年在长输管道的现场应用 ,效 果优良 。
近年来 ,还发展了高固体份聚氨酯涂料 。 可节约大量溶剂 ,降低了成本 ,减少了污染 。为 了消除污染 ,还发展了水性聚氨酯涂料和粉末 聚氨酯涂料等品种 。
涂料难于适应圆形结构物体的这种特殊要求 , 除非用线形结构的分子进行改性才行 。如果有 一种涂料的伸缩性达不到这么高的要求 ,在金 属基体热胀冷缩时 ,要么把已经固化的涂层撑 破 ,要么使涂层成为脱离基体的空壳 。石油沥 青防腐层圆满地解决了这个问题 ,所以 ,使用了 20 多年的石油沥青层从没有出现过空壳现象 和开裂现象 。石油沥青的缺点是高温热施工 , 并且寿命较短 。国产的重型聚氨酯石油沥青橡 胶塑料防腐涂料也成功地解决了这个难题 ,并 且是常温施工 、寿命较长 。
11 聚氨酯涂料的分类 普通型 :用于一般场合的防腐 、装饰 、防水 等; 重防腐型 :用于条件恶劣的环境防腐 ,要求 涂料的寿命长 、涂层厚 ,技术指标苛刻 。 (1) 普通型聚氨酯涂料分类 ①按固化机理分类 氧固化聚氨酯改性油 (单组分) ;多羟基化合物固化型聚氨酯涂料 (双 组分) ;催化固化型聚氨酯涂料 (双组成) ;封闭 型聚氨酯涂料 (单组分) ;潮气固化型聚氨酯涂 料 (单组分) ; ②按树脂种类分类 芳香族 ;脂肪族 ; ③按分散介质分类 溶剂型 ;无溶剂型 ;水 分散型 ;粉末型 ; ④按树脂成分分类 聚氨酯沥青 ;聚氨酯 弹性涂料 ;水性聚氨酯涂料 。 (2) 重防腐型聚氨酯涂料分类
第1期
管道技术与设备
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①国产品种 聚氨酯石油沥青橡胶塑料重 防腐涂料 (单组分) ,是我国首次将重型聚氨酯 涂料用于钢质管道防腐和带有石油沥青层的旧 管道大修防腐 ,使用效果相当成功 。
②英国 Metrotect 公司的品种及应用情况 用于海洋设施防护 :海洋环境相对陆地而言 , 不论是海水还是海洋大气中含腐蚀性成分 (如 : 氯化物 、碳化物) 多 ,而且湿度大 ,尤其处于飞溅 区的设施 ,其工作条件十分恶劣 。事实证明 ,将 陆地上各种设施的涂料简单地挪用到海洋工程 上是不成功的 ;
④这层水份还会渗透到涂层中 ,破坏涂层 中各材质间的凝聚力 ,降低涂层的机械强度 。
因此 ,如果涂层能够消化掉这层潮气 (或简 称可以带潮作业) ,那么 ,防腐工作的第一大难 题就解决了 。
(2) 干燥收缩裂纹问题 用于管道的防腐 涂料 ,如果刚性太强而弹性太弱 ,做为补口补伤 涂料时 ,在干燥过程中必然会在搭接部位出现 开裂现象 。要解决这个问题 ,就要力求涂料有 相当大的弹性 ;技术措施之一是配方中采用高 弹性物质橡胶 ;措施之二是配方中采用抗震动 疲劳优良的聚氨酯树脂 ,试验证明 ,聚氨酯树脂 震动 1M 次性能仍然很好 ,比柔性环氧树脂和 聚酰胺都好 ,当然比一般的环氧树脂更好得多 ; 措施之三是配方中各组分互相关联 ,所选用的 热塑性树脂 —塑料能提高橡胶和聚氨酯树脂的 粘结强度高达 30 %。