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海洋钢结构用环氧玻璃鳞片涂料的开发,采用中碱玻璃鳞片为主要功能填料,制备了一种适用于苛刻海洋环境中工程钢结构防腐的高固含环氧重防腐涂料,中国化工网,okmart.com - 注册送捕鱼金币19元,电玩城捕注册送金币3,全民捕鱼注册送金币吧
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海洋钢结构用环氧玻璃鳞片涂料的开发,采用中碱玻璃鳞片为主要功能填料,制备了一种适用于苛刻海洋环境中工程钢结构防腐的高固含环氧重防腐涂料
2019年09月29日    阅读量:387    新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

玻璃鳞片是美国Owens-Coming 公司于20 世纪50 年代开发制造的,有较高的纵横比( 鳞片长度与厚度比) ,腐蚀介质要从外界渗入到底材表面需要经过一段漫长而曲折的“道路”。由于鳞片涂料是多层片状结构,在漆膜中有数十层的鳞片排列,可以形成平行叠加的错层厚膜,切断了漆膜中的微孔,产生“迷宫效应”,大大延长了腐蚀性介质在涂膜中的扩散路径,延缓了腐蚀介质通过涂层到达金属基材的时间,从而有效延缓了基底金属的腐蚀,提高金属的使用寿命。


海洋环境是一个严酷的腐蚀环境,其中浪溅区的腐蚀速率是最高的,浪溅区的平均腐蚀速率比海水浸没区高3—10 倍中国化工网okmart.com。同时由于海水夹杂着泥沙的冲刷,因此要求浪溅区结构物的防腐涂层不仅具有优异的防腐性能,而且应具有较高的耐磨性。玻璃鳞片因具有较高的硬度和良好的化学稳定性,制备的环氧玻璃鳞片涂料兼有高的防腐性、耐磨性和耐化学品性等诸多优点,在冶金、化工、火电脱硫、钢结构建筑等领域应用广泛,特别是在各种海洋工程设备、海上石油天然气平台、港湾码头及船舶防腐蚀工程上的应用极为广泛。


 

本文探讨了玻璃鳞片的表面处理方法对涂料性能的影响,考察了影响涂层耐阴极剥离性、耐循环老化性能的主要因素。进行了涂层耐人工海水、紫外—盐雾—冷冻循环老化试验( ISO20340) 、阴极剥离试验。检测结果表明,研发的环氧玻璃鳞片涂料完全满足了NORSOK standardM-501 标准中对浪溅区和水下浸没区涂层的性能要求,涂层可应用与苛刻海洋环境下钢结构的腐蚀防护要求。

 

1 海洋工程用环氧玻璃鳞片涂料的性能指标

NORSOK Standard M-501 标准是挪威石油工业对海上采油设施的涂料保护规范,代表了重防腐涂料的最高技术规范。

NORSOK Standard M-501 对浪溅区及水下浸没区涂层的性能要求主要有:

( 1) 循环老化试验: 经4 200 h 循环老化试验即25 周期的试验,其中72 h 紫外老化试验( UVA-340) —72 h 盐雾试验—24 h 冷冻试验( - 20 ± 2℃) 为一个周期。划线处的腐蚀蔓延≤8 mm。

( 2) 耐阴极剥离性能: 耐4 200 h 阴极剥离试验,剥离直径不超过20 mm。

( 3) 耐海水浸泡性能: 经4 200 h 海水浸泡试验,漆膜完好,划线处的腐蚀蔓延≤8 mm。

 

2 试验部分

2. 1 玻璃鳞片的表面处理

由于玻璃鳞片的亲水性以及和树脂的粘附性较差,如采用未处理的玻璃鳞片制备涂料,涂层屏蔽水蒸气和腐蚀介质的效果差,水气在鳞片和树脂表面渗透、迁移,从而降低涂膜的抗渗性和耐蚀性。因此需要对玻璃鳞片表面进行处理在玻璃鳞片表面接枝上有机基团,提高玻璃鳞片与树脂的相容性,同时提高玻璃鳞片与基材的平行效果。经大量的试验总结玻璃鳞片的最佳处理方式为:在20 份环氧活性稀释剂中加入10 份的二甲苯、1. 5 份硅烷偶联剂( 商品名KH-560) 、1 份鳞片定向排列剂( Levaslip 432 ∶ BYK-110 = 2 ∶ 1; Levaslip432,海明斯特殊化学; BYK-110,毕克公司) 、0. 5 份消泡剂( 商品名BYK-085,毕克公司) 、获得表面处理的溶液。然后向该表面处理的溶液中加入30份玻璃鳞片( 商品名RCF-016,日本板硝子公司) ,在室温下高速搅拌20 min,以此进行玻璃鳞片的表面处理。采用本技术不仅能提高对玻璃鳞片表面改性的处理效果,提高涂层的寿命,还能大大降低最后涂料中的气泡的含量,而且玻璃鳞片在最终形成的漆膜中与底材平行,能有效延长渗透介质的扩散路径,大大提高漆膜的屏蔽性能。

表1 为采用不同表面处理玻璃鳞片采用的时间与处理效果的对比。从中可得出,在处理玻璃鳞片的同时加入消泡剂和鳞片定向排列剂不仅大大提高了玻璃鳞片的表面处理速度,而且制备的涂层性能较其他方式处理的玻璃鳞片制备的涂料性能防腐性能更好。


 海洋钢结构用环氧玻璃鳞片涂料的开发,采用中碱玻璃鳞片为主要功能填料,制备了一种适用于苛刻海洋环境中工程钢结构防腐的高固含环氧重防腐涂料 中国化工网,okmart.com

表面处理时间对玻璃鳞片性能的影响

注: ( 1) 方法A 为与本方法相比仅采用的是活性稀释剂与偶联剂,未加入消泡剂、鳞片定向排列剂。

( 2) 方法B 与本处理方法相似,但未加入鳞片定向排列剂。

( 3) 方法C 与本处理方法相似,但未加入消泡剂。

2. 2 耐阴极剥离试验

通过前期的试验及经验的筛选出具有优良性能的原材料,对于配方中原材料的用量及搭配,进行进一步的分析。为了考察混合因素对试验结果的影响,采用试验设计的方法设计了一系列的配方,并进行加速耐阴极剥离试验。试验完成后,对试验结果进行拟合。拟合曲线与试验值之间的对比见图1。从中可以发现拟合曲线与试验结果非常吻合。

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阴极剥离实际值与拟合曲线之间的关系

我们采用软件对配方进行了进一步的分析,其中各种原材料的用量及原材料之间的相互作用结果见图2。可以发现树脂、粉料的种类和用量对阴极剥离的结果有较大影响。不仅树脂与部分粉料自身的用量对试验结果有影响,而且树脂和特定粉料之间存在一定的相互作用关系,并对最终的结果产生影响。

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原材料对阴极剥离的影响

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根据不同的原材料的影响因素、不同原材料的配伍对试验结果的影响程度进行线性回归拟合。对配方进行进一步的优化,选取综合性能较为优异的配方进行长周期阴极剥离试验,试验结果见图3。


环氧玻璃鳞片涂料经4 200 h 耐阴极剥离试验后的数据: 剥离最大面积直径为17mm,单边最大剥离半径为5. 5 mm,见图3 ( a) 、( b) 。对照板几乎剥不开,单边最大剥离半径为1 mm,见图3( c) 。试验样板的耐阴极剥离完全满足标准要求的≤20 mm,说明涂层的耐阴极剥离性能良好。对照样板经4 200 h 海水浸泡,单边剥离较小,说明涂层具有优异的耐海水性能。

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阴极剥离试验( 4 200 h) 后的试验板与对照板


2. 3 循环老化试验

循环老化试验的主要失效机理是: 涂层老化后,Cl -、水气容易沿划线部位进入涂膜中,在冻融的作用下,水的热胀冷缩,使得涂膜的与基材的附着发生破坏,同时水气和Cl - 与基材作用生成锈,体积增大进一步对涂膜进行破坏。IP 公司的Rowell指出,样板在不含有冻融过程进行4 200 h循环老化试验,样板的单边剥离为7. 3mm; 样板在含有冻融过程进行4 200 h 循环老化试验,样板的单边剥离为13 mm,可见冻融是影响涂层循环老化性能的决定因素。


经试验发现不同的固化剂、环氧活性稀释剂、防锈剂均对最后的配方影响较大。表2 为不同配方的测试结果,从中可以得出结论: ( 1) 不同的胺固化剂对产品最终的性能影响较大; ( 2) 采用双管能团活性稀释剂,由于交联密度的提高,能有效提高漆膜的防锈性能,同时大幅提高耐阴极剥离性能; ( 3) 防锈剂的防锈能力对循环老化试验的影响较大。防锈剂的防锈能力好,循环老化试验样板的单边剥离较小; 但防锈剂的防锈能力对样板的耐阴极剥离性能影响较小。

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不同配方的测试结果

环氧玻璃鳞片涂料经耐老化试验前后附着力变化情况见图4。采用与阴极剥离相同的配方C 进行4 200 h 的循环老化试验,试验结果见图4( b) 。循环老化试验后环氧玻璃鳞片涂料的平均单边剥离为6. 37 mm,满足NORSOKStandard M-501 标准的要求。


循环老化试验前环氧玻璃鳞片涂料的附着力为8. 81 MPa 且为内聚破坏( GB /T 5210—2006 的9. 4. 2 ) 。循环老化试验后环氧玻璃鳞片涂料的平均附着力为3. 93 MPa( GB /T 5210—2006 的9. 4. 2) ,但断裂部位为胶黏剂的内聚破坏,其实际平均附着力应大于3. 93 MPa。

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循环老化试验( 4 200 h) 前后涂料的附着力

3 与国外同类产品性能对比

将725-H53-38 环氧玻璃鳞片涂料与某跨国涂料公司相应的产品( 通过NORSOK Standard M-501) 进行同步试验,测试性能区别,测试结果见表3。

725-H53-38 环氧玻璃鳞片涂料与某国外涂料公司产品性能对比

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从中可以看出,725-H53-38 环氧玻璃鳞片涂料产品的性能与某跨国涂料公司的产品性能接近,具有更好的耐热海水性能。本体系产品体积固含量较高,产品的粘度低,可完全满足有气喷涂和无气喷涂的要求,施工性能具有一定的优势。

 

4 结论

( 1) 在玻璃鳞片偶联剂处理液中加入消泡剂和定向排列剂,不仅大大提高了玻璃鳞片的表面处理效率,而且最终产品性能较好。

( 2) 环氧玻璃鳞片涂料的耐阴极剥离性能不仅与树脂和粉料有关,而且树脂和粉料的搭配也会对阴极剥离的性能产生影响。

( 3) 涂层的循环老化性能主要与涂料中树脂有关,选用较好的防锈剂能减小涂层循环老化试验中涂层的单边剥离。

( 4) 所研制的环氧玻璃鳞片涂料满足NORSOKStandard M-501 试验的要求,技术水平不低于某跨国公司同类产品,耐热海水等性能甚至优于国外产品。该涂料产品可为苛刻海洋环境中的钢结构、船舶、管道、储罐等提供长效保护。


海洋钢结构用环氧玻璃鳞片涂料的开发

张贤慧,方大庆,高波,徐静,李陈郭,陈瑜( 厦门双瑞船舶涂料有限公司,福建厦门361101)


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