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无溶剂环氧涂料的抗阴极剥离性能,研究了环氧涂层抗阴极剥离性能的主要影响因素,结果表明,涂料自身性能、表面处理状况以及阴极保护电位均对涂层的抗阴极剥离性能产生影响,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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无溶剂环氧涂料的抗阴极剥离性能,研究了环氧涂层抗阴极剥离性能的主要影响因素,结果表明,涂料自身性能、表面处理状况以及阴极保护电位均对涂层的抗阴极剥离性能产生影响
2019年10月04日    阅读量:428    新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

无溶剂环氧涂料具有优异的防腐蚀性能和便捷的施工性能,在国内外被广泛应用于长输管道外防腐蚀层大修、补口及站场地下管线的外腐蚀防护。为了避免因涂层缺陷而造成的腐蚀问题,保证管道安全,地下管线通常采用涂层加阴极保护的联合保护方式,由于阴极保护电流会加速涂层的老化和剥离,因此涂料的抗阴极剥离性能是评价涂料防腐蚀性能的一项重要技术指标。


本工作通过对涂料基树脂、固化剂、助剂、表面处理和阴极保护电位等影响涂料阴极剥离性能的因素进行研究,期望能够对无溶剂环氧涂料的配方研制和涂料的施工提供有益的参考中国化工网okmart.com


1 阴极剥离的机理

在使用环境中,当水、氧、离子等渗入涂层后,在阴极保护条件下的有机涂层会逐渐丧失其屏障保护作用,表现为涂层起泡或开裂[1],这一现象被称作涂层的阴极剥离。在涂层缺陷处,由于需要较大的电流密度才能将金属极化到保护电位以上,因此缺陷周围的电场强度也比其它位置要大,在电场的作用下,水、氧和离子的渗透过程会得到加剧,从而加速涂层起泡和剥离。

在阴极保护条件下,阴极主要发生如下两个反应:

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  根据上述两个反应,目前对阴极剥离机理的主要研究结论可以概括为以下三点:① 在涂层和金属界面之间由于阴极反应生成的碱性物质的降解作用,使涂膜与金属底材的粘合力失去;② 由于涂层下金属表面上的氧化物被溶解,导致阴极剥离;③由于涂层和金属界面上的高pH 值水使涂膜发生位移,引起剥离。对阴极反应产生的H2是否会加速涂层的剥离,国内外学者还存有分歧,但一致认为阴极反应产生的高浓度的OH- 是涂层产生阴极剥离的主要因素,因此,提高无溶剂环氧涂料抗阴极剥离性能的可能途径有:抑制水和氧向涂层与金属粘结界面的扩散;降低涂层与金属粘结界面OH- 的浓度;提高涂层材料本身抗OH- 降解作用的能力。


2 试验

阴极剥离试验方法按照SY/T0315-2005附录C的规定进行,装置及原理见图1。

阴极剥离试验装置示意图

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试验采用的试件按照标准规定的尺寸:100mm×100mm×6mm。试验在恒温干燥箱中进行,辅助电极为213型铂电极,参比电极为饱和甘汞电极,电解液为3%NaCl。试样在室温(23±2)℃条件下自然干燥7天,涂层厚度500~600μm,试验时恒温箱温度设定为65℃,阴极剥离试验时间为7d。通过改变基树脂、固化剂的类型、添加抗阴极剥离助剂、基材表面处理等级以及阴极保护电位研究不同条件因素对无溶剂环氧涂料抗阴极剥离性能的影响。此外,通过在两道涂层之间加一层铝箔的方法,研究水和氧等介质到达剥离涂层前沿的主要通道。


3 结果与讨论

3.1 介质渗透的影响

为了研究水、氧和离子到达剥离涂层前沿的主要路径,在试样上先涂一道涂料,然后立即铺一层铝箔,最后在铝箔上面再涂一道涂料,室温下放置7天后,打孔进行阴极剥离试验。在相同的试验条件下,含有铝箔试样的剥离半径为9mm,不含有铝箔试样的剥离半径为13mm,见图2,说明阴极反应需要的氧和水有很大一部分是穿过涂层到达剥离涂层前沿的。通过提高无溶剂环氧涂料的交联密度和添加片状填料,降低水和氧的渗透率,可以提高涂料的抗阴极剥离性能。

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加铝箔和未加铝箔的涂料的阴极剥离情况


3.2 基树脂的影响

试验采用的环氧树脂型号为双酚A型A,改性双酚A型B,线形酚醛环氧C,固化剂选择脂环胺与酚醛胺的混合型固化剂F。改变混合树脂的比例,配方中树脂用量保持不变,其它组分配比相同,阴极剥离试验结果见表1。

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不同比例树脂的阴极剥离值


表1试验结果可以看出,双酚A环氧A与改性双酚A环氧B以1∶1的比例混合时,涂料的抗阴极剥离性能最好。这是由于在该种体系中,固化产物的交联密度提高,固化物获得较好的机械性能和较低的吸水率,提高了涂层的抗阴极剥离性能。理论上线形酚醛环氧固化物的交连密度较高,应该有更好的表现,但试验结果表明其效果并不理想,原因可能是在常温下酚醛环氧的固化百分率低,造成涂层的耐碱性差,阴极剥离性能反而变差。


3.3 固化剂的影响

为了满足现场施工要求,无溶剂环氧涂料对固化剂的要求比较高,除了需要在常温下能够有较快的固化速度外,还要求固化物具有较高的机械性能和耐化学介质性能。根据以上要求,共选择改性脂肪胺A、B、C、D和改性环脂胺E、F、G 两大类共7种固化剂进行试验,结果见表2。

不同固化剂涂料的阴极剥离半径

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从表2可以看出,采用改性环脂胺的涂料的抗阴极剥离性能最好。试验中发现用改性环脂胺固化的涂层,在进行撬剥时,涂层仍表现出较高的抗撬剥能力,而采用改性脂肪胺固化的涂层,撬剥下来的涂层的内聚强度明显降低,涂层老化变脆,说明涂层抗OH- 降解作用的能力较差。两类固化剂中比较典型的是用固化剂B、G进行的剥离试验,结果见图3。


试验表明固化剂对涂层的抗阴极剥离性能具有较大的影响。

采用固化剂B、G涂料的阴极剥离情况

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(a) 固化剂B (b) 固化剂G

图3 采用固化剂B、G涂料的阴极剥离情况


3.4 助剂的影响

由于涂层在阴极保护条件下的剥离主要是高浓度的OH- 对涂层与金属粘结界面的破坏作用,因此可以采用助剂来降低OH- 的浓度,以提高涂层的抗阴极剥离性能。有研究表明[2],在涂料中添加V2O5或铝粉可以提高涂层的抗阴极剥离性能。本工作采用化学纯的V2O5对涂料进行改性研究,采用C、B、D、G 4种固化剂进行试验研究,试验结果分别见表3和图4。从结果可以看出,涂料中加入V2O5后,除固化剂G变化不显著外,其它固化剂固化的涂层抗阴极剥离性能明显提高。

添加V2O5前后涂料的阴极剥离情况

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添加V2O5前后涂料的阴极剥离情况


3.5 表面处理的影响

分别将试件喷砂除锈至Sa2.5级,锚纹深度75μm,手工电动除锈至St3级和St2级,试验结果分别见表4和图5,试验表明基材的表面处理等级对无溶剂环氧涂料的抗阴极剥离性能影响显著。

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不同除锈等级涂料的阴极剥离情况

3.6 电位的影响

不同电位条件下无溶剂环氧涂料的阴极剥离试验结果分别见表5和图6。试验表明当电位低于氢的还原电位-1.05V 时,阴极剥离数值明显增大,且随着电位的负向增加而增大。可能的原因是负向电位的增加有利于阴极反应(1)和(2)的进行,OH-浓度增大造成涂层阴极剥离增加。

不同电位下涂料的阴极剥离情况

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4 结论

(1)通过涂层渗透的水和氧对无溶剂环氧涂料的抗阴极剥离性能影响显著。

 (2)基树脂和固化剂对无溶剂环氧涂料的抗阴极剥离性能的影响较大。

(3)添加助剂V2O5可以提高无溶剂环氧涂料的抗阴极剥离性能。

(4)基材表面处理必须达到Sa2.5或St3级才能保证涂层具有良好的抗阴极剥离性能。

(5)阴极保护电位的升高会增加涂料的阴极剥离数值。



无溶剂环氧涂料的抗阴极剥离性能


董彬1,王宪军2,叶春艳1,崔超2,张宝华2

(1.中国石油天然气管道科学研究院,廊坊065000;2.中油管道防腐工程有限责任公司,廊坊065001)


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