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石油管道及設備用水性防腐涂料的研究

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

1　防腐涂料的發展

我國每年因為腐蝕造成的經濟損失達到國民經濟總產值的 5%，不僅造成嚴重的環境污染，還嚴重影響著經濟的發展，所以近幾年我國對于防腐涂料的研究進入快速發展階段，隨著科學技術的進步，防腐涂料也開始朝著高效、環保的材料方向發展。根據應用領域和防腐要求、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域是腐蝕性很強，特別惡劣的環境中，該涂料的使用壽命很長，如果是用于海洋環境設備或者化工環境中，其使用的壽命有 10-15 年，而用在酸堿性很強的環境中使用壽命也在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用在化工企業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備中。

（2）環氧樹脂防腐涂料。傳統的環氧樹脂防腐涂料雖然具有較好的穩定性、粘接性和強度等優點，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，經濟成本較大，另一方面有機溶劑容易揮發，含有毒性，并不適合環境保護要求。所以需要研發環保型的環氧樹脂防腐涂料。在研究方面目前吳雪梅等人使用交流阻抗技術研究了二氧化鈦改性的環氧樹脂防腐涂料的性能，發現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，在經過耐鹽霧和耐濕熱的反復實驗中發現，該防腐涂料沒有發生異常，說明涂料有較強的耐腐蝕能力，可以被應用在海洋石油平臺以及其他石油化工產業的金屬構件防腐保護中。

（3）水性防腐涂料。隨著環境保護觀念的深入人心，以及防腐涂料的進一步研究發展，發現過去大多數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揮物質，會對環境造成污染，而且轉化效率也并不高。所以目前隨著研究的發展，已經開始使用用水性防腐涂料來代替溶劑型的防腐涂料，尤其在化工石油領域，用水性防腐涂料被廣泛應用在石油管道及其設備的防腐工程中。

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。

經過研究發現該涂料具有很強的耐水性、耐酸性和耐堿性等，能被用于船舶內部鋼制結構的防腐蝕工程中。蔡繼權等用水性改性胺環氧固化劑和液體環氧樹脂 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氧防腐涂料。經過研究表明該涂料的耐水性能和耐腐蝕性能在同類產品中具有明顯的優勢，可用于儲油罐、蓄水池、船艙等的內壁防腐保護。張曉娜以水性環氧乳液 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氧防腐涂料，經過測試研究，發現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，物理和化學性能優越，適用于船舶、集裝箱、石油化工管道等鋼鐵構件的防銹和防腐涂裝。劉宗晨以環氧樹脂、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 組份研制的水性環氧煤瀝青防腐涂料，其防腐性能與溶劑型環氧煤涂料相當，而且具有不燃不爆，使用方便的優點，特別適用于地下室、水下設施中，不過其中的助劑也可能存在毒性，而目前在該涂料生產中無法解決毒性擴散的問題。

2　石油管道及設備用水性防腐涂料的實驗研究

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

在防腐工程施工前，首先應該對管道及設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氧乳液作為種子乳液，然后通過添加組分丙烯酸單體、引發劑、交聯劑等合成乳膠互穿網絡，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 環氧樹脂、多元酚、脂肪族多環氧化物、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該完成水性環氧乳液、互穿網絡等的合成工藝。在制作水性環氧樹脂固化劑時，第一步先將雙酚 A 環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，并放入脂肪族多環氧化物，將溫度上調至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后便可制得水性環氧樹脂固化劑。

在制作水性環氧乳液時，第一步將雙酚A環氧樹脂、多元酚和此前已經制成的水性環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 ℃，在出現放熱反應后使用冷凝器將溫度冷卻保持在 150~160 ℃，并保溫 1 h。第二步當混合反應物的放熱反應結束后，應該繼續加熱將溫度上調至 190，并保持一段時間。第三步繼續冷卻到 160 ℃，并放入穩定劑攪拌。

在合成聚合物互穿網絡的時候，第一步將制成的環氧乳液與交聯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，從而制成較為穩定的互穿網絡。

在所有的合成制成完畢后，開始制作涂料漆漿，將已經制得的加成物與其他補助劑一起混合攪拌，繼續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，在比如水性環氧加成物的反應制作過程中，因為其反應原理和其他外界因素的影響會干擾加成物的合成穩定性，繼而影響其存儲、運輸的穩定性。其中，影響合成物穩定性的最關鍵因素是反應中剩余的有機胺，其會和產物發生反應從而影響產物的水溶性，所以必須注意將反應物中剩余的有機胺去除干凈。關于水性環氧乳液的合成，在本文實驗中，基于環氧乳液的合成工藝和化學反應，直接將自制的環氧加成物作為乳化劑乳化環氧樹脂，比加入傳統的乳化劑優越性更強，能避免乳化劑對產物性能的影響。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壁起到防結垢和防結蠟的作用。最后關于引發劑和交聯劑的作用，實驗表明引發劑在前期使用量增多后，轉化率提高，對聚合反應具有明顯的促進作用，但是在量加入過多以后，反應速度和轉化率下降，所以在實際的制作過程中要注意引發劑量的控制。

3　結語

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

本文通過用水性防腐涂料生產的實驗表明生產的原料、補助劑、顏填料、引發劑和交聯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中必須改進生產工藝，注意各種反應物使用的量和順序等。

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