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酚醛环氧涂料在石化污水罐重防腐中的应用

来源:江苏长江涂料有限公司|发布时间:2018-12-04 00:00|浏览次数:1052

0 引言

 

    在现今的重防腐涂料领域,环氧类涂料是基本的品种之一,有着广泛的应用。常规环氧涂料采用双酚A型环氧树脂作为涂料的基料,与胺类固化剂组成双组分环氧涂料。常规环氧涂料可常温固化,采用特殊改性固化剂后也可低温固化,对金属底材具有优异的附着力,在恶劣腐蚀环境下具有较好的防腐性能,施工性能好。在涂料环保化的发展方向下,逐渐形成了高固体分环氧涂料、无溶剂环氧涂料及水性环氧涂料等环境友好型涂料,发展前景广阔。


    石油化工设备的涂装防护有着较高的防腐要求,化工厂的污水罐中成分比较复杂,一般含有较多的含硫物质、盐、油等,对于内壁防腐涂料的要求要高,需要优异的耐化学稳定性。常规的环氧涂料不能满足要求,而酚醛环氧树脂是由酚醛树脂与环氧氯丙烷作原料合成的线性结构聚合物,具有较高的环氧官能度,反应成膜后具有较高的交联密度,耐热性和耐化学品性较好,防腐性能大大提升。因而,本试验采用酚醛环氧树脂制备污水罐内壁防腐漆。


    1  试验部分

 

    1.1 试验原料

 

    酚醛环氧树脂,F-51,进口;改性脂环胺固化剂,空气化工;颜填料,国产;助剂,毕克化学;溶剂,国产。


    1.2 试验配方

 

    试验基本配方见表1。


表1  试验基本配方

 

项 目

底漆/ %

面漆/ %

 

甲组分

酚醛环氧树脂

25~35

40~60

颜填料

40~50

20~30

助剂

1~5

1~5

混合溶剂

5~20

10~25

乙组分

改性脂环胺

10~15

20~30


    1.3 制备方法

 

    底漆甲组分:先加入配方量的F-51酚醛环氧树脂、部分混合溶剂、分散剂进行充分搅拌,然后加入配方量的颜填料、流变助剂进行高速分散20 min,研磨至细度≤40 μm,投入流平剂、混合溶剂高速分散,调节黏度合适。


    面漆甲组分:先加入部分F-51酚醛环氧树脂、部分混合溶剂、分散剂进行充分搅拌,然后加入配方量的颜填料进行高速分散20 min,研磨至细度≤20 μm,投入剩余酚醛环氧树脂、流平剂、消泡剂等进行高速搅拌分散均匀,调节黏度合适后完成制备。


    乙组分:外购成品。


    1.4 性能试板制作及性能测试结果

 

    将底漆甲组分与乙组分按质量比10∶1混合,面漆甲组分与乙组分按质量比5∶1混合,充分搅拌稀释后按测试要求制作试板,恒温恒湿下调节养护7 d后进行测试。测试结果见表2 ~ 3。


表2 涂料性能指标及结果

 

序号

项目

底漆

面漆

试验方法

指标

结果

指标

结果

1

黏度(涂-4,25℃)/s

 

80

 

150

 

80

 

120

GB/T 1723

2

表干时间/h

4

1

4

2

GB/T 1728

3

实干时间/h

24

6

24

10

GB/T 1728

4

固体含量/%

80

90

80

87

GB/T 1725

5

耐冲击性/cm

50

50

50

50

GB/T 1732

6

柔韧性/mm

1

1

1

1

GB/T 1731

7

附着力/

0

0

0

0

GB/T 1720

 

表3 复合涂层性能指标及结果

 

序号

项目

指标

结果

试验方法

1

外观

平整光滑

平整光滑

目测

2

10%NaOH溶液

12个月漆膜完整、无气泡、无脱落

通过

GB/T 1763

3

10%H2SO4溶液

12个月漆膜完整、无气泡、无脱落

通过

GB/T 1763

4

3%NaCl溶液

12个月漆膜完整、无气泡、无脱落

通过

GB/T 1763

5

30%

12个月漆膜完整、无气泡、无脱落

通过

GB/T 1763

6

耐含油污水性(80 ℃)

12个月漆膜完整、无气泡、无脱落

通过

GB/T 1733

7

抗阴极剥离性能(2个月)/mm

10

10

GB/T 7790

8

耐盐雾(1 000 h/级

1

1

GB/T 1771

9

附着力/MPa

8

12.7

GB/T 5210


注:试板采用复合涂层,底漆膜厚(100±10)μm,面漆膜厚(100±10)μm。


    2 结果与讨论

 

    2.1 树脂的选择

 

    酚醛环氧树脂中平均每个分子的环氧官能度>2,具有较高的反应交联密度,使得涂层具有较高的化学稳定性。分子结构中具有酚醛和环氧结构,涂层同时具有一定的物理机械性能。适合应用在耐化学性要求较高的石油化工设备领域,本试验选择F-51型酚醛环氧树脂作为基料。


    2.2 固化剂的选择

 

    为使涂层具有较好的耐化学性,本试验选取了腰果酚改性酚醛胺固化剂和改性脂环胺固化剂做对比性试验,腰果酚改性酚醛胺分子中含有抗化学性较强的苯环结构,同时黏度适中,低温固化性能好;改性脂环胺具有较强的耐化学性和较低的黏度,有助于提高涂料的固体分及施工性能。对比试验分别使用腰果酚改性酚醛胺固化剂、改性脂环胺固化剂与酚醛环氧树脂制备清漆,同比进行表干、实干、耐冲击、柔韧性、适用期、耐酸碱性对比试验,试验结果见表4。


表4 不同固化剂与甲组分配套的性能对比

项目

腰果酚改性酚醛胺

改性脂环胺

表干时间/h

2.5

2.0

实干时间/h

12.0

10.0

耐冲击性/cm

10

20

柔韧性/mm

2

2

适用期/h

8

6

10%NaOH溶液/

12

12

10%H2SO4溶液/

8

12


注:耐酸、耐碱试板的清漆膜厚为50μm。


    通过表4可以看出,改性脂环胺与酚醛环氧树脂固化的表干和实干时间均较短,具有较好的干性,可提高施工效率。适用期方面,改性脂环胺稍短,也可满足施工要求。物理机械性能上,二者都不足,由于二者相对分子质量较小,交联密度大,脆性较大。耐介质性方面,改性脂环胺表现更好。综合考虑,本试验选用改性脂环胺作为固化剂。


    2.3 颜填料的选择

 

    在选择颜填料时,需要选择具有较好的耐酸碱性的粉料。本试验选用钛白粉、绢云母粉、磷酸锌、沉淀硫酸钡等颜填料。


    钛白粉,主要成分为TiO2,具有较强的着色力,遮盖力好,白度高。在涂料中作为着色颜料,底漆中添加10% ~ 15%,面漆中20% ~ 25%即可达到较好的遮盖力效果。


    绢云母粉属层状结构的硅酸盐,晶体为鳞片状,具有弹性,可弯曲,吸油量较小,具有良好的耐酸性、耐碱性,化学稳定性好。其层状的结构有利于阻止水汽穿透,可延长腐蚀物质的扩散路径。试验测试底漆基础配方中,比较不同添加量的绢云母粉对漆膜性能的影响,试板均为复合涂层,总膜厚200 μm,测试结果见表5。


表5 不同添加量的绢云母粉对漆膜性能的影响

 

项目

添加量/%

5

8

12

柔韧性/mm

1

1

2

10%NaOH溶液/

8

12

12

10%H2SO4溶液/

12

12

9

3%NaCl溶液/

12

12

12

 


    通过表5可以看出,绢云母的添加有助于提升漆膜的耐介质性,综合考虑成本、性能添加量在8% ~ 10%即可。


    沉淀硫酸钡具有较好的耐酸、耐碱、耐热性能,可增加漆膜的硬度和耐磨性,吸油量低,添加量可适当提升,从而降低成本。


    2.4 流变助剂的使用

 

    重防腐涂装需要漆膜达到较高的厚度,为提升施工效率,增加一次成膜厚度是很有必要的。添加合适的流变助剂,提高施工后的抗流挂性,可大大提高一次成膜厚度。在涂料中添加不同流变助剂并测试不同转速下的黏度见表6。


表6 添加不同流变助剂在不同转速下的黏度

 

流变助剂

黏度/(mP·s)

触变指数

转速6 r/min

转速60 r/min

膨润土

3 130

1 490

2.10

氢化蓖麻油

23 000

5 110

4.50

聚酰胺蜡

7 800

2 620

2.98

气相二氧化硅

4 230

2 380

1.78

改性脲

14 200

2 950

4.81

 

 

    在涂料的流变特性中,有假塑性流体和触变性流体,二者均可改善抗流挂性。不同的是,假塑性材料施工后黏度恢复非常迅速,因其黏度与剪切速率成反比,施工后剪切力减小,黏度迅速增大,避免产生流挂;而触变性流体的黏度除了与剪切速率有关,还与时间有关,施工后其黏度恢复的过程较慢,抗流挂效果不如前者。这里选择能够赋予涂料假塑性流变特性的BYK-430流变助剂。其成分为改性聚酰胺,相对于常用的聚酰胺类流变助剂(粉末或膏状),具有易添加,易分散,避免出现起粒的优点。


    2.5 增韧剂的选择

 

    酚醛环氧树脂中平均每个分子的环氧官能度>2,交联密度大,脆性较大,通过添加苯甲醇、改性液体石油树脂均能达到提高韧性,单苯甲醇存在迁移问题,改性液体石油树脂不存在此问题,比使用苯甲醇的耐酸性提高。通过在涂料配方中分别添加苯甲醇和改性液体石油树脂并对比机械性能、耐醇、失重数据,结果见表7。


表7 苯甲醇与改性液体石油树脂性能对比

 

项目

苯甲醇

改性液体石油树脂

耐冲击性/cm

50

50

柔韧性/mm

1

1

30%/

5

12

失重(100 ℃,2 h)/%

3.30

0.82

 

 

    从测试结果来看,二者的增韧性能都比较好,明显改善了涂料的机械性能,相比较下,改性液体石油树脂的综合性能更好,本试验选取其作为增韧树脂。


    3 结语

 

    采用酚醛环氧树脂,改性脂环胺作为固化剂,搭配颜填料制备出一种具有优异耐化学稳定性的防腐涂料,同时固含量较高,符合环境友好型涂料的发展方向,适用于石油化工设备中污水罐内壁的涂装,能有效抵挡酸碱油污的腐蚀,是一款高性能重防腐涂料。

(摘自:中国腐蚀与防护网)作者:陈芳,吴远程,高凌俊,吴冰,刘保磊 来源:江苏长江涂料有限公司




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