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石油管道及設(shè)備用水性防腐涂料的研究

2019-05-16 15:09:13 作者：吳軍萍來源：浙江雙嶼實業(yè)有限公司分享至：

1　防腐涂料的發(fā)展

我國每年因為腐蝕造成的經(jīng)濟損失達到國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的 5%，不僅造成嚴重的環(huán)境污染，還嚴重影響著經(jīng)濟的發(fā)展，所以近幾年我國對于防腐涂料的研究進入快速發(fā)展階段，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，防腐涂料也開始朝著高效、環(huán)保的材料方向發(fā)展。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和防腐要求、程度的不同，目前主要有三大類防腐涂料：

（1）重防腐涂料。重防腐涂料的適用領(lǐng)域是腐蝕性很強，特別惡劣的環(huán)境中，該涂料的使用壽命很長，如果是用于海洋環(huán)境設(shè)備或者化工環(huán)境中，其使用的壽命有 10-15 年，而用在酸堿性很強的環(huán)境中使用壽命也在5 年以上。目前重防腐涂料的種類有聚硅氧烷重防腐涂料、鋅鋁基重防腐涂料以及新型綠色生物基重防腐涂料等，這些重防腐涂料一般被廣泛應(yīng)用在化工企業(yè)各種成品油等溶劑的儲罐中，也適用于海上石油平臺，港灣碼頭和船舶工程的各種設(shè)備中。

（2）環(huán)氧樹脂防腐涂料。傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂防腐涂料雖然具有較好的穩(wěn)定性、粘接性和強度等優(yōu)點，但是該涂料無法溶于水溶液中，如果添加有機溶劑于涂料中一方面有機溶劑價格較高，經(jīng)濟成本較大，另一方面有機溶劑容易揮發(fā)，含有毒性，并不適合環(huán)境保護要求。所以需要研發(fā)環(huán)保型的環(huán)氧樹脂防腐涂料。在研究方面目前吳雪梅等人使用交流阻抗技術(shù)研究了二氧化鈦改性的環(huán)氧樹脂防腐涂料的性能，發(fā)現(xiàn)該涂料具有較強的耐腐蝕性和耐水性；李明等人研制了一種含有 25% ～ 35%環(huán)氧樹脂、25% ～ 35% 玻璃鱗片、25% ～ 35% 固化劑和顏添料為基本配方的長效防腐涂料，在經(jīng)過耐鹽霧和耐濕熱的反復(fù)實驗中發(fā)現(xiàn)，該防腐涂料沒有發(fā)生異常，說明涂料有較強的耐腐蝕能力，可以被應(yīng)用在海洋石油平臺以及其他石油化工產(chǎn)業(yè)的金屬構(gòu)件防腐保護中。

（3）水性防腐涂料。隨著環(huán)境保護觀念的深入人心，以及防腐涂料的進一步研究發(fā)展，發(fā)現(xiàn)過去大多數(shù)防腐涂料都是以溶劑型為主，但是溶劑型的防腐涂料含有苯類等易發(fā)揮物質(zhì)，會對環(huán)境造成污染，而且轉(zhuǎn)化效率也并不高。所以目前隨著研究的發(fā)展，已經(jīng)開始使用用水性防腐涂料來代替溶劑型的防腐涂料，尤其在化工石油領(lǐng)域，用水性防腐涂料被廣泛應(yīng)用在石油管道及其設(shè)備的防腐工程中。

孫秀萍等研制了主要原料為自制水性丙烯酸樹脂 50%~60%、鈦白粉 15%~25%、稀釋劑 15%~20%及少量添加劑的面漆和防銹顏料 25%~30%、填料20%~25%、水 10%~15% 及其他助劑底漆的新型涂料。

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)該涂料具有很強的耐水性、耐酸性和耐堿性等，能被用于船舶內(nèi)部鋼制結(jié)構(gòu)的防腐蝕工程中。蔡繼權(quán)等用水性改性胺環(huán)氧固化劑和液體環(huán)氧樹脂 828 中加入三聚磷酸鋁、滑石粉、云母氧化鐵紅、磷酸鋅及助劑研制了一種水性環(huán)氧防腐涂料。經(jīng)過研究表明該涂料的耐水性能和耐腐蝕性能在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢，可用于儲油罐、蓄水池、船艙等的內(nèi)壁防腐保護。張曉娜以水性環(huán)氧乳液 40%~50%、三聚磷酸鋁15%~20%、氧化鐵黑 8% · 10% 及多種助劑制備的雙組分水性環(huán)氧防腐涂料，經(jīng)過測試研究，發(fā)現(xiàn)該合成的水性氧化樹脂乳液和水性氧化固化加成物具有較高的相容性，物理和化學(xué)性能優(yōu)越，適用于船舶、集裝箱、石油化工管道等鋼鐵構(gòu)件的防銹和防腐涂裝。劉宗晨以環(huán)氧樹脂、煤瀝青、助劑和乳化劑為 A 組份，以固化劑、顏填料、助劑和水為 B 組份研制的水性環(huán)氧煤瀝青防腐涂料，其防腐性能與溶劑型環(huán)氧煤涂料相當(dāng)，而且具有不燃不爆，使用方便的優(yōu)點，特別適用于地下室、水下設(shè)施中，不過其中的助劑也可能存在毒性，而目前在該涂料生產(chǎn)中無法解決毒性擴散的問題。

2　石油管道及設(shè)備用水性防腐涂料的實驗研究

（1）石油管道及設(shè)備的防腐工程簡析。化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)引起的石油管道及設(shè)備腐蝕一方面將降低金屬設(shè)備的使用壽命，使得有用的金屬變成廢品，造成資源浪費，影響石油的生產(chǎn)及運輸；另一方面如果有毒、易燃易爆的石油管道及設(shè)備被腐蝕以后會造成有害物質(zhì)的泄漏，從而造成環(huán)境污染，對人們的生命安全也構(gòu)成威脅。所以需要對石油管道及設(shè)備采取防腐措施，一般的防腐措施有金屬鍍層、金屬純化和陰極保護等，對地上的石油管道及設(shè)備采取的是油漆涂料的涂料工藝，對地下管道及設(shè)備采取的是瀝青涂料。

在防腐工程施工前，首先應(yīng)該對管道及設(shè)備未刷過底漆的表面做清潔除污工作，可先使用汽油類溶劑進行除油，然后采用噴砂、化學(xué)酸洗的辦法進行除銹。

（2）用水性防腐涂料的實驗。用水性防腐涂料將水性環(huán)氧乳液作為種子乳液，然后通過添加組分丙烯酸單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑等合成乳膠互穿網(wǎng)絡(luò)，配合合適的閃蝕抑制劑及活性顏料，可以很好地解決水性涂料的易閃蝕問題。

在實驗部分，所需的實驗原材料包括雙酚 A 環(huán)氧樹脂、多元酚、脂肪族多環(huán)氧化物、二乙烯三胺、丙烯酸丁酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、鄰苯二甲酸二烯丙酯等。在實驗探究中首先應(yīng)該完成水性環(huán)氧乳液、互穿網(wǎng)絡(luò)等的合成工藝。在制作水性環(huán)氧樹脂固化劑時，第一步先將雙酚 A 環(huán)氧樹脂和足量的二乙烯三胺放入三口燒瓶中，加熱攪拌，保持溫度在 120~130 ℃，加熱保溫 2 h 后制成環(huán)氧樹脂加成物；第二步將多余的二乙烯三胺去除，并放入脂肪族多環(huán)氧化物，將溫度上調(diào)至140 ℃左右并保溫2 h；第三步將溫度控制在100 ℃左右，然后放入乙酸保溫1 h后便可制得水性環(huán)氧樹脂固化劑。

在制作水性環(huán)氧乳液時，第一步將雙酚A環(huán)氧樹脂、多元酚和此前已經(jīng)制成的水性環(huán)氧固化加成劑放入三口燒瓶中，然后加入催化劑攪拌加熱到 150 ℃，在出現(xiàn)放熱反應(yīng)后使用冷凝器將溫度冷卻保持在 150~160 ℃，并保溫 1 h。第二步當(dāng)混合反應(yīng)物的放熱反應(yīng)結(jié)束后，應(yīng)該繼續(xù)加熱將溫度上調(diào)至 190，并保持一段時間。第三步繼續(xù)冷卻到 160 ℃，并放入穩(wěn)定劑攪拌。

在合成聚合物互穿網(wǎng)絡(luò)的時候，第一步將制成的環(huán)氧乳液與交聯(lián)劑放入燒瓶中加熱攪拌，并加入丙烯酸丁酯、苯乙烯等；第二步繼續(xù)加熱將溫度保持在 50 ℃，并保溫 2 h ；第三步緩慢升溫并控制在 80 ℃左右，保溫2 h，從而制成較為穩(wěn)定的互穿網(wǎng)絡(luò)。

在所有的合成制成完畢后，開始制作涂料漆漿，將已經(jīng)制得的加成物與其他補助劑一起混合攪拌，繼續(xù)加入閃侵蝕抑制劑中速攪拌 20 min 后，用離子水稀釋，然后再研磨、過濾。

（3）用水性防腐涂料的實驗結(jié)果。在上述的實驗中，首先是固化劑等基料的合成，在比如水性環(huán)氧加成物的反應(yīng)制作過程中，因為其反應(yīng)原理和其他外界因素的影響會干擾加成物的合成穩(wěn)定性，繼而影響其存儲、運輸?shù)姆€(wěn)定性。其中，影響合成物穩(wěn)定性的最關(guān)鍵因素是反應(yīng)中剩余的有機胺，其會和產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)從而影響產(chǎn)物的水溶性，所以必須注意將反應(yīng)物中剩余的有機胺去除干凈。關(guān)于水性環(huán)氧乳液的合成，在本文實驗中，基于環(huán)氧乳液的合成工藝和化學(xué)反應(yīng)，直接將自制的環(huán)氧加成物作為乳化劑乳化環(huán)氧樹脂，比加入傳統(tǒng)的乳化劑優(yōu)越性更強，能避免乳化劑對產(chǎn)物性能的影響。而為了解決水性涂料的閃蝕問題，本實驗中使用了閃蝕抑制劑和活性顏料。

此外，在本實驗中加入了有機助溶劑，是為了改進水性涂料的凍融穩(wěn)定性，使得水性涂料的涂層變得光澤。

在實驗中加入功能性助劑是為了解決水性涂料涂層表面有微孔，表面張力大的問題，在張力降低以后可以對石油管道的內(nèi)壁起到防結(jié)垢和防結(jié)蠟的作用。最后關(guān)于引發(fā)劑和交聯(lián)劑的作用，實驗表明引發(fā)劑在前期使用量增多后，轉(zhuǎn)化率提高，對聚合反應(yīng)具有明顯的促進作用，但是在量加入過多以后，反應(yīng)速度和轉(zhuǎn)化率下降，所以在實際的制作過程中要注意引發(fā)劑量的控制。

3　結(jié)語

綜上，石油管道及設(shè)備的用水性防腐涂料是一種環(huán)保性能強，耐腐蝕、耐老化強以及強度高的環(huán)保型防腐涂料，該防腐涂料既解決了傳統(tǒng)的溶劑型防腐涂料容易揮發(fā)，造成環(huán)境污染的問題，也解決了水性涂料閃蝕的問題，穩(wěn)定性較強，適用范圍廣。

本文通過用水性防腐涂料生產(chǎn)的實驗表明生產(chǎn)的原料、補助劑、顏填料、引發(fā)劑和交聯(lián)劑等均對用水性防腐涂料起著不可小覷的作用，所以在實際的防腐涂料生產(chǎn)中必須改進生產(chǎn)工藝，注意各種反應(yīng)物使用的量和順序等。

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