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论文:重防腐涂料发展现状与未来展望

http://www.coatings.hc360.com2015年07月21日11:34 来源:化工新材料网T|T

    慧聪涂料网讯:随着社会经济的快速发展和大型建设工程的涌现,人们对防腐涂料的应用条件和使用时效要求也越来越高,重防腐涂料因此应运而生。重防腐涂料是指在严酷腐蚀工程环境中下使用并具有长效防腐寿命的一种特殊涂料。与常规防腐涂料相比,重防腐涂料具有更长防腐保护时限优势,在化工和海洋环境等苛刻条件下能使用10-15年以上,因而广泛应用于腐蚀问题突出和不便于短期维修的工程领域。

    作为涂料工业中发展潜力巨大的品种,重防腐涂料具有科技含量高、工程应用领域广等特点,国内外都将某个国家重防腐涂料发展水平的高低作为衡量该国家涂料工业先进程度的标志。本研究较为系统地梳理近年来几种主要重防腐涂料的研究现状,在此基础上对国内外重防腐涂料的发展趋势进行总结和展望。

    1.重防腐涂料的主要类型

    近年来,重防腐涂料的研究开发发展迅猛,在传统的常规防腐涂料的基础上,研究出众多性能优异的品种,其中最为常见的重防腐涂料有:环氧类重防腐涂料、聚氨酯重防腐涂料、无机富锌重防腐涂料、氟碳涂料和聚脲重防腐涂料等。

    1.1环氧类重防腐涂料

    环氧树脂是大分子链上含有两个或两个以上的环氧基团的热固性树脂,具有良好的成膜性能和优异的耐腐蚀特性。每年全球大概40%以上的环氧树脂用于生产环氧防腐涂料,广泛应用于各种严重腐蚀环境中钢铁建筑物的防腐。目前国内外已开发出众多性能优异的环氧类防腐涂料:环氧煤沥青、熔结环氧粉末、环氧玻璃鳞片、环氧云铁、环氧铝粉和环氧聚硅氧烷重防腐涂料等。

    海洋化工研究院开发出一种环保型环氧重防腐涂料,其采用双酚F型和双酚A型环氧树脂的混合体系作为成膜树脂,选用腰果酚改性胺固化剂EH3895进行固化,并加以无毒性的磷酸盐系防锈颜料进行复配。该涂层体系具有优良的附着性能和抗阴极剥削性能,目前该产品应用在青岛胶州湾跨海大桥工程上。美国RBM公司开发的Rust-Oleum9100厚膜型环氧涂料,采用环氧树脂为成膜树脂,以聚胺改性固化剂进行固化。该产品施工对钢材表面处理的要求低,固体分含量高,一次喷涂可达到150μm膜厚,已应用于上海南浦大桥工程中。

    同时为了克服溶剂型环氧重防腐涂料中有机溶剂挥发,污染环境的不足,1961年美国Valspar公司成功开发出熔结环氧粉末防腐涂料,此后在其他国家得到更进一步的研究和推广。熔结环氧粉末防腐涂料一般采用分子结构中有活性基团的改性环氧树脂,加入多官能度的胺类和酚类固化剂进行固化。在港珠澳大桥建设项目中,美国Valspar公司Greenbar熔结环氧粉末(FBE)涂料被指定为主要供应产品,为项目的钢筋、传力杆及相关桥梁构件提供长期优质的防腐保护。

    为适应日益苛刻的腐蚀环境,国内外学者常对普通环氧重防腐涂料进行物理改性和化学改性,来进一步改善其成膜性能和耐腐蚀能力。Mitsukazu等通过在体系中加入增容剂(甲基丙烯酸酯和硅氧烷的接枝共聚物),来增强聚硅氧烷在环氧树脂中的相容性,该防腐涂料膜层的机械力学性能得到较大的改善。Robort Aiezzi等采用氟树脂对环氧树脂进行改性,在改善了涂层的物理力学性能同时,也进一步增强了其电绝缘性和耐化学品性。通过形成互穿聚合物网络(IPN)对环氧树脂进行化学改性,以改变环氧防腐涂料的性能,是现时的研究重点之一。Ying Li研究小组采用末端为异氰酸酯的聚醚聚氨酯低聚物和双酚A型环氧树脂的复配体系在溶剂四氢呋喃中进行化学改性,并用DDM固化剂进行固化,生成了线性聚氨酯-环氧的互穿网络结构,该防腐涂料的耐酸碱性和耐盐水性得到了极大的提升。

    1.2聚氨酯重防腐涂料

    聚氨酯树脂其分子结构中的活性氰酸根基团,决定了其性能具有许多优异的特性:良好的柔韧性、粘结力强、耐磨性和机械性能优异、漆膜防腐性能好。自上世纪70年代以来,世界各国相继对聚氨酯重防腐涂料进行研究,并开发出众多新型聚氨酯重防腐涂料。

    英国Metrotect材料公司研制的一种双组分的重型Aco-THane聚氨酯防腐涂料,其采用异氰酸酯TDI预聚物与聚烯烃类多元醇的复配体系,该类型涂料的施工涂膜厚度能到1.5mm以上,防腐效果优良,现已成功应用在穿越尼日利亚河的多条成品油管线的防腐工程中。中核凯利集团公司以甲苯二异氰酸酯(TDI)和聚醚多元醇为基础,通过预聚体法研制出一种无溶剂单组份的环保型重防腐聚氨酯涂料,测试结果显示该涂料的耐盐雾、耐老化及附着力等性能良好,能达到现有的国内重防腐涂料标准要求。

    为了进一步增强和扩大聚氨酯涂料的防腐性能以及应用范围,许多的研究者着眼于对聚氨酯涂料的改性。

   PathakSS等采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)与甲基三甲氧基硅烷(MTMS)进行改性聚氨酯涂料,改性后的聚氨酯防腐涂料涂层的机械性能和热稳定性能得到较大增强,其降解温度提升了约206℃,扩宽了其在航天、海洋、汽车等防腐领域的应用范围。

    1.3富锌重防腐涂料

    作为现代重防腐涂料体系中常见的底漆之一,在腐蚀环境中富锌涂料利用牺牲锌粉使涂层导电的方式,来达到保护金属基材的效果,因此其干膜的锌粉含量能达到80%-95%左右。富锌涂料可以分为有机富锌涂料和无机富锌涂料两类。目前常用的有机富锌涂料主要是以环氧树脂为基料,由于其施工时对金属表面的处理要求低、附着力强等特点,所以广泛应用在各个防腐领域。如郭忠诚等选用E-44型环氧树脂、二甲苯和正丁醇的混合溶剂、650聚酰胺固化剂以及鳞片状锌粉作为主要原料,研制出一种溶剂型的鳞片状锌基环氧富锌重防腐涂料。该涂料可在金属表面上进行带锈操作,在国内的部分海洋设施和地下工程得到了应用。

    无机富锌涂料则一般选用硅酸烷基酯和碱性硅酸盐作为基料。与有机富锌涂料相比,无机富锌涂料有极好的涂膜性能,而且在耐溶剂性、耐热性、防锈性等方面都远优异于有机富锌涂料,应用范围更广。

    John B Schutt等选用高摩尔比的硅酸钾粘合剂和锌粉,同时通过甲基三甲氧基硅烷对其进行化学改性以提高该涂料的储存稳定性,制备出一种水性无机硅酸锌涂料,其成膜速度快,与金属底材粘结强,能起到较好的阴极保护作用,从而防止金属的电化学腐蚀。扬州市金陵特种涂料厂创新性地选用磷酸盐作为成膜基料,以鳞片状锌为防锈颜料,研制出一种耐磨性、耐热性优越的ET-98无机富锌涂料,其具有良好的隔热和防腐效果。

    1.4氟碳涂料

    氟碳涂料主要是以有机氟聚合物为成膜树脂的一种常温固化涂料,当前市场上常见的常温固化型氟碳涂料主要采用树脂氟烯烃-乙烯基醚共聚物(FEVE)和端羟基全氟聚醚(PFPE)为主。由于其氟碳树脂含有特殊的C-F基团,赋予了氟碳涂料既有优越的耐候性、耐化学药品性和耐热性,又有优异的防腐性能,因而逐渐成为目前长效免维护工程外用涂料和高性能防腐涂料的主要代表。

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